一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法及装置

本发明涉及钢铁冶金，尤其涉及一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法及装置。

背景技术：

1、钢渣是在1700℃下的炼钢过程中形成的一种工业废渣，我国稳居全球第一的钢产量导致了大量钢渣的形成与堆积，严重破化了周边生态环境，占用了大量宝贵的土地资源。2021年全国粗钢产量10.33亿吨，虽然近年来大力推动钢渣资源化利用，但是堆存量及每年积存量仍然可观。细尾矿砂是经选矿工艺提取铁精矿后排放出的固体废弃物。近年来随着铁矿石消耗量增大，细尾矿砂排放及堆存量也逐年增加。含水量可在15％-50％范围调控，流动性好，但是也同样存在堆存量大，利用率低，环境污染与资源浪费严重。

2、钢渣资源化应用领域包括钢渣水泥，钢渣沥青，烧结材料，污水治理等，其中用作水泥和铺路沥青等胶凝材料比例最高。但是由于钢渣中游离氧化钙含量较高，遇水后发生水化反应，引起钢渣开裂，限制了其大规模应用。细尾矿砂中存在大量的二氧化硅，在高温状态下可与钢渣中的游离氧化钙结合形成硅酸二钙，硅酸三钙，钙长石，辉石等，降低钢渣中游离氧化钙含量。

3、目前大量细尾矿砂通过堆填的方式处理，从而造成土地资源占用，环境污染，同时需要耗费大量人力物力，增加了矿冶行业经济负担。提高细尾矿砂综合利用率，普遍处理方式为固化后达到一定的强度，用于路基材料。然而固化过程耗费成本大，经济效益低，利用率有限。

4、转炉炼钢过程中产生大量的高温熔融钢渣，温度高达约1600℃，渣比热容约为1.2j/(kg·℃)，每吨渣含有的显热大约相当于50-70kg标准煤完全燃烧后所产生的热量。将细尾矿砂喷入钢渣中，可以直接利用这部分显热，细尾矿砂与熔融钢渣混合熔融，实现矿相重构，既解决了钢渣中残存游离氧化钙问题，又解决了细尾矿砂固化问题，对降低钢铁企业能耗，实现资源高效利用具有重要意义。鉴于此，本发明提出一种处理钢渣与细尾矿砂制备胶凝材料的方法与装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法及装置，以解决现有技术中大宗固体废物难以处理的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法，包括：

4、步骤s1、将熔融钢渣与细尾矿砂在混合系统中混合，并经反应生成钢渣-细尾矿砂熔融混合渣；其中熔融钢渣与细尾矿砂的质量比为3-10:1；

5、步骤s2、将钢渣-细尾矿砂熔融混合渣送入冷却系统中依次进行冷却和破碎处理得到渣粒，并将渣粒送入磁选系统；

6、步骤s3：经磁选系统得到含铁的渣钢返回钢厂用于重新冶炼，剩余的磁选渣粒送入胶凝材料制备系统用于制备胶凝材料。

7、可选地，步骤s1中熔融钢渣温度为1500-1700℃，细尾矿砂中含水量不超过50wt％。

8、可选地，步骤s1中细尾矿砂通过顺着熔融钢渣倒入混合系统的方向喷入混合系统与熔融钢渣混合。

9、可选地，步骤s1和/或步骤s2中还产生烟气，并可对烟气进行余热回收。

10、可选地，步骤s3中胶凝材料包括水泥或沥青。

11、进一步的，本发明还提供一种用于上述方法的装置，包括：

12、混合系统、冷却系统、磁选系统、胶凝材料制备系统、第一排气系统以及第二排气系统；

13、其中混合系统包括钢渣-细尾矿砂混合斗，冷却系统包括滚筒，磁选系统包括磁选装置，第一排气系统包括第一烟气处理装置，第二排气系统包括第二烟气处理装置；

14、混合系统、冷却系统、磁选系统、胶凝材料制备系统按顺序依次布置，第一排气系统用于混合系统烟气排出，第二排气系统用于冷却系统烟气排出。

15、可选地，钢渣-细尾矿砂混合斗为旋流漏斗，内衬为耐火材料，底部设置挡板；混合系统还包括渣罐运输系统、行车、渣罐、砂罐、喷吹阀、放砂阀、空气泵以及细尾矿砂喷吹管；通过行车将渣罐从渣罐运输系统送至钢渣-细尾矿砂混合斗，并向钢渣-细尾矿砂混合斗内送入钢渣；通过空气泵将砂罐内的细尾矿砂，经放砂阀、喷吹阀以及细尾矿砂喷吹管，输送至钢渣-细尾矿砂混合斗内。

16、可选地，滚筒还包括滚筒进料口和出渣口，分别用于送入来自混合系统的钢渣-细尾矿砂熔融混合渣和送出渣粒；冷却系统还包括喷淋水管、水处理系统和喷淋水控制阀门，喷淋水管将水处理系统内的冷却用水经喷淋水控制阀门，喷洒至滚筒表面进行冷却。

17、可选地，磁选系统还包括传送带，将来自滚筒出渣口的渣粒输送至磁选装置，经磁选得到渣钢和磁选渣粒。

18、可选地，第一排气装置还包括防尘罩和排气管道，将钢渣-细尾矿砂混合斗内产生的烟气送至第一烟气处理装置；第二排气装置还包括烟道，将滚筒内产生的烟气送至第二烟气处理装置。

19、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

20、利用熔融钢渣热量实现细尾矿砂水分蒸发及熔融，混合物熔点降低；顶部排气系统收集水蒸气可进行余热回收利用；装置操作简单，设备改动小，成本低；在钢渣与细尾矿砂混合熔融过程中发生物相重构，生成硅酸二钙，硅酸三钙，钙长石，辉石等物相，降低了钢渣中游离氧化钙含量；对矿冶大宗固废资源循环利用及节约能源具有重要意义。

技术特征：

1.一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中熔融钢渣温度为1500-1700℃，细尾矿砂中含水量不超过50wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中细尾矿砂通过顺着熔融钢渣倒入混合系统的方向喷入混合系统与熔融钢渣混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1和/或步骤s2中还产生烟气，并可对烟气进行余热回收。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中胶凝材料包括水泥或沥青。

6.一种用于权利要求1-5任一项所述方法的装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，钢渣-细尾矿砂混合斗为旋流漏斗，内衬为耐火材料，底部设置挡板；混合系统还包括渣罐运输系统、行车、渣罐、砂罐、喷吹阀、放砂阀、空气泵以及细尾矿砂喷吹管；通过行车将渣罐从渣罐运输系统送至钢渣-细尾矿砂混合斗，并向钢渣-细尾矿砂混合斗内送入钢渣；通过空气泵将砂罐内的细尾矿砂，经放砂阀、喷吹阀以及细尾矿砂喷吹管，输送至钢渣-细尾矿砂混合斗内。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，滚筒还包括滚筒进料口和出渣口，分别用于送入来自混合系统的钢渣-细尾矿砂熔融混合渣和送出渣粒；冷却系统还包括喷淋水管、水处理系统和喷淋水控制阀门，喷淋水管将水处理系统内的冷却用水经喷淋水控制阀门，喷洒至滚筒表面进行冷却。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，磁选系统还包括传送带，将来自滚筒出渣口的渣粒输送至磁选装置，经磁选得到渣钢和磁选渣粒。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第一排气装置还包括防尘罩和排气管道，将钢渣-细尾矿砂混合斗内产生的烟气送至第一烟气处理装置；第二排气装置还包括烟道，将滚筒内产生的烟气送至第二烟气处理装置。

技术总结本发明提供了一种钢渣混合细尾矿砂制备胶凝材料的方法和装置，包括步骤S1、将熔融钢渣与细尾矿砂在混合系统中混合，并经反应生成钢渣‑细尾矿砂熔融混合渣；其中熔融钢渣与细尾矿砂的质量比为3‑10:1；步骤S2、将钢渣‑细尾矿砂熔融混合渣送入冷却系统中依次进行冷却和破碎处理得到渣粒，并将渣粒送入磁选系统；步骤S3：经磁选系统得到含铁的渣钢返回钢厂用于重新冶炼，剩余的磁选渣粒送入胶凝材料制备系统用于制备胶凝材料。本发明有效利用了钢渣和细尾矿砂废物，实现了资源高效利用。技术研发人员：袁章福,赵林飞,赵宏欣,刘克,王容岳,卢意,施春红受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13