一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法及其应用

本发明涉及冶金，具体而言，涉及一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法及其应用。

背景技术：

1、利用电弧炉生产不锈钢的过程中，会产生大量的不锈钢粉尘和不锈钢渣。据统计，每生产1吨不锈钢约产生18～33kg粉尘和270～330kg钢渣，不锈钢粉尘和不锈钢渣的主要化学成分包括cr2o3、cao、sio2等。其中未被处理的铬会以多价态形式存在，不同价态的铬赋存在不同的含铬物相中，当铬赋存在某些水溶性物相中，自然条件下，不稳定的三价铬可以在空气中转化成六价铬，有一定的铬溶出风险。这一因素限制了电弧炉不锈钢粉尘和不锈钢渣向其他硅酸盐材料(如玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等)方向应用的可能。长期以来，大量的不锈钢粉尘和不锈钢渣被填埋或作为危险固体废物储存，不仅占用大量土地，而且污染环境。

2、现有技术中针对含铬不锈钢固废中六价铬的溶出问题作出一些解决方案：(1)在使用过程中通过调节冷却方式、添加改质熔剂和还原性物质以改变铬的赋存状态，但随着时间的延长，添加还原性物质来抑制六价铬溶出的作用将会逐渐消失，不能确保获得长期安全性的产品。(2)采用快速冷却的方式使熔体中形成玻璃相，从而将铬固封在其内部，达到抑制六价铬溶出的效果，但由于冷却速率有限，导致玻璃相的形成有限。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，该方法能够分离获得可再利用的玻璃态硅酸盐材料和富铬尖晶石材料，在降低铬溶出率的同时，提高了电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的利用率。

2、本发明的第二目的在于提供电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的玻璃态硅酸盐材料在制得混凝土、水泥和路基中的应用。

3、本发明的第三目的在于提供电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的富铬尖晶石材料在制得水泥回转窑炉内衬和钢包精炼耐火材料中的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明首先提供了一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，包括如下步骤：

6、将含有电弧炉不锈钢粉尘、炉渣和石英砂的混合料进行加热，得到熔液；其中，所述电弧炉不锈钢粉尘中含有zno和nio；

7、将所述熔液降温至预设温度后保温，使所述熔液中的铬元素以尖晶石相的形式析出并沉降，得到分层物料；

8、分离所述分层物料中的液态料和固态料，所述液态料经水淬后得到玻璃态硅酸盐材料，所述固态料经自然冷却后得到富铬尖晶石材料。

9、本发明又提供了所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的玻璃态硅酸盐材料在制得混凝土、水泥和路基中的应用。

10、本发明还提供了所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的富铬尖晶石材料在制得水泥回转窑炉内衬和钢包精炼耐火材料中的应用。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

12、(1)本发明提供的电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，能够将电弧炉不锈钢粉尘和不锈钢炉渣中的铬进行协同稳定化处理，通过控制样料配比、碱度和热处理条件，可使熔液中的铬元素富集于尖晶石晶相中并受重力作用沉降至体系底部；上层液态熔化料经水淬形成玻璃态硅酸盐，可作为建筑材料使用；底部残留的固态料经自然冷却为富铬尖晶石材料，可作为耐高温材料使用；该方法将电弧炉不锈钢粉尘和炉渣综合利用，提高了废料的利用率及附加值，并且处理后所得产物中总铬的浸出浓度完全满足国家含铬固体废物的综合利用标准，可以解决不锈钢固废中铬对环境的污染问题。

13、(2)本发明提供的电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，操作流程简单，原料来源广泛，生产成本较低。

技术特征：

1.一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述混合料中，所述电弧炉不锈钢粉尘和所述炉渣的质量比为5～20：80～95；

3.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述加热的温度≥1600℃，所述加热的保温时间>1h。

4.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述预设温度为1450～1550℃；

5.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述分离所述分层物料中的液态料和固态料的方法包括：将所述分层物料中的液态料以液态排渣的方式排出，所述分层物料中的固态料留在容器底部自然冷却。

6.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述水淬所用的水与所述液态料的质量之比≥500:1。

7.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述自然冷却为在空气气氛下自然冷却至室温。

8.根据权利要求1所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法，其特征在于，所述玻璃态硅酸盐材料的总铬浸出率<0.5mg/l；

9.如权利要求1～8任一项所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的玻璃态硅酸盐材料在制得混凝土、水泥和路基中的应用。

10.如权利要求1～8任一项所述电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法所获得的富铬尖晶石材料在制得水泥回转窑炉内衬和钢包精炼耐火材料中的应用。

技术总结本发明涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法及其应用。电弧炉不锈钢粉尘和炉渣的协同处理方法包括：将含有电弧炉不锈钢粉尘、炉渣和石英砂的混合料进行加热，得到熔液；其中，电弧炉不锈钢粉尘中含有ZnO和NiO；将熔液降温至预设温度后保温，使熔液中的铬元素以尖晶石相的形式析出并沉降，得到分层物料；分离分层物料中的液态料和固态料，液态料经水淬后得到玻璃态硅酸盐材料，固态料经自然冷却后得到富铬尖晶石材料。该方法能够分离获得可再利用的玻璃态硅酸盐材料和富铬尖晶石材料，实现固铬的同时提高了废物的利用率。技术研发人员：王占军,曹诗圆受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27