一种多孔颗粒材料及利用冶炼废渣制备该多孔颗粒材料的方法与流程

本方法涉及镍铁合金废渣综合利用，具体涉及到一种多孔颗粒材料及利用冶炼废渣制备该多孔颗粒材料的方法。

背景技术：

近年来，随着不锈钢行业迅猛发展，镍铁合金的需求量和生产规模不断增加，同时随着硫化镍矿的资源逐渐枯竭，红土镍矿的使用成为趋势。由于红土矿镍含量低，因此冶炼过程中排放的废渣量相当巨大，成为摆在镍铁合金企业和当地区域的一大难题，给镍铁冶炼的可持续发展带来严峻挑战。

目前国内的镍铁废渣，绝大多数是红土矿在电炉还原熔炼镍铁的工艺过程中产生的，其主要成分是sio2(约52％)、mgo(约32％)、feo(约7.3％)，次要成分是al2o3(约5.9％)、cao(约1.9％)、cr2o3(约1％)。该废渣中可回收有价金属少，同时具有镁高钙低，活性低；抗压强度大，磨细能耗大、成本高等特点。目前的废渣处理方式主要以堆存、填埋为主，不仅占用大量的土地资源，还污染环境。

镍铁冶炼渣中玻璃相含量较高，这使得废渣结构中存在大量的间隙，成为一种优良的多孔性材料。目前，制造建材原料、矿物棉、微晶石是镍铁废渣综合利用研究的主要方面，但上述都只利用了废渣的物理性能，而对渣中的mgo等金属化合物未实现充分利用，利用效率不高。

mgo是一种重要的脱硫剂，已被广泛应用于烟气的湿法脱硫工艺中。专利：cn201210415270中提到一种循环氧化一体结构的氧化镁法烟气脱硫工艺，该方法去掉了传统氧化镁浆洗-再生法脱硫中的氧化镁再生工序，增加清液返回、滤液回收工序，提高了资源利用率。上述专利以及类似专利皆以氧化镁湿法脱硫为主，需要投加氧化镁粉剂，最终都会产生大量含硫酸镁废水或含水硫酸镁废渣，再生能耗大，运行成本高。

本方法通过利用镍铁合金冶炼废渣中存在的mgo和渣体多孔性，制成用于烟气干法脱硫的多孔颗粒材料，显著提高资源利用效率。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中镍铁合金废渣综合利用存在的问题，本发明提供一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料及其制备方法，所制备多孔颗粒材料，可以实现明显的脱硫效果，为废渣的综合利用提供了新的思路和方向，提高了资源利用效率，降低对环境的污染。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种利用冶炼废渣制备多孔颗粒材料的方法，将镍铁合金冶炼废渣送入调制电炉加热保温，当废渣中mgo、feo、cao含量之和占废渣总重低于45％，向调制电炉添加调整剂，所述调整剂为mgo或cao；再注入成型模具中使其成形，再固化冷却得到颗粒材料成品。

优选地，所述调整剂与废渣质量比为15：100至20：100。

优选地，所添加的调整剂和镍铁合金冶炼废渣熔解并均匀混合。

优选地，控制调制电炉温度1350℃-1450℃。

优选地，成型模具为鲍尔环状、阶梯环状、环矩鞍状或球形。

优选地，还包括前步骤：矿热炉排放熔融镍铁合金冶炼废渣。

本发明的一种多孔颗粒材料，采用上述制备方法制备得到多孔颗粒材料，该多孔颗粒材料的mgo、feo和cao含量之和占材料总重45-51.7％。

优选地，mgo在金属氧化物中的占比为59.3％或61.4％或87.7％或88.7％。

优选地，mgo占材料总重29.9％-45.8％。

优选地，多孔颗粒材料比表面积0.8-1.3m2/kg，堆积密度350-500kg/m3。

本发明的一种利用冶炼废渣制备多孔颗粒材料的方法，当镍铁合金冶炼废渣中mgo、feo、cao含量之和占废渣总重达45％以上，其步骤包括：

(1)将高温状态下的镍铁合金冶炼废渣送入调制电炉，控制调制电炉温度，并加温保温，保持其流动性；

(2)将步骤(1)的高温熔浆经熔体流槽注入传送带上的成型模具中，使其成形，得到高温粒化材料；

(3)将步骤(2)的高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到脱硫多孔颗粒材料成品，同时实现显热回收。

一种利用冶炼废渣制备多孔颗粒材料的方法，当废渣中mgo、feo、cao含量之和占废渣总重低于45％，其步骤包括：

(1)将高温状态下的镍铁合金冶炼废渣送入调制电炉，控制调制电炉温度，并加热保温，保持其流动性；

(2)向调制电炉添加调整剂；

(3)加热保温，使所添加的调整剂和步骤(1)中镍铁合金冶炼废渣熔解并均匀混合，进入熔体流槽，得到高温熔浆；

(4)将步骤(3)的高温熔浆经熔体流槽注入传送带上的成型模具中，使其成形，得到高温粒化材料；

(5)将步骤(4)的高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到脱硫多孔颗粒材料，同时实现显热回收。

优选的，所述步骤(2)和(3)中，调整剂为mgo或cao，废渣与调整剂的质量比为100:15至100:20。

优选的，所述步骤(4)中，其中的成型模具为鲍尔环状、阶梯环状、环矩鞍状或球形，以增加使用过程中气体接触的表面积。

优选的，所述步骤(1)还包括前步骤：矿热炉排放熔融镍铁合金冶炼废渣。

一种多孔颗粒材料，该材料比表面积0.8-1.3m2/kg，堆积密度350-500kg/m3，mgo、feo和cao含量之和占材料总重45-51.7％，其中mgo占材料总重29.9％-45.8％，sio含量占41.7-50％，余量为al2o3、cr2o3。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明利用镍铁冶炼废渣为主要原料制备烟气脱硫多孔颗粒材料，为废渣的综合利用提供了新的思路和方向，提高了资源利用效率，降低镍铁冶炼废渣对环境的污染；

(2)本发明制得的多孔颗粒材料充分利用渣中所含mgo、cao的脱硫性能，以及废渣多孔、比表面积大的特点，在烟气干法脱硫方面具有广泛的应用前景；

(3)通过添加一定比例的mgo、cao调整剂，使得生产出来的多孔材料脱硫效果更加优质；

(4)本发明方法实现了炉渣的显热回收，提高了能源利用效率；

(5)与相比传统的氧化镁湿法脱硫，使用本发明方法制备的复合材料能够大大节省脱硫过程的药剂和水投加量，降低氧化镁再生过程的能耗和企业运行成本；

(6)用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料，在脱硫后，可以通过高温处理，进行再生，循环使用，降低了脱硫成本。

附图说明

图1为一种利用冶炼废渣制备多孔颗粒材料的方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料的制备方法，如图1所示，其步骤为：

(1)将高温状态下的镍铁合金冶炼废渣送入调制电炉，控制调制电炉温度1400℃。

(2)按质量比加入mgo粉末，使所添加的调整剂和镍矿炉渣熔化并混合均匀，保温1400℃，进入熔体流槽，mgo粉末与镍铁合金冶炼废渣质量比为15：100。

(3)将高温熔体经流槽注入传送带上的成型模具中，使其成鲍尔环形状。

(4)将鲍尔环状高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到鲍尔环状脱硫多孔颗粒材料成品。

所制备得到的用高温镍铁合金冶炼废渣制备的脱硫多孔颗粒材料，比表面积1.2m²/kg，堆积密度350kg/m³；mgo占多孔颗粒材料质量43.5％，mgo、feo、cao含量之和占多孔颗粒材料质量总重49.6％，mgo在金属氧化物中的占比为87.7％，sio含量占多孔颗粒材料质量43.5％，余量为al2o3、cr2o3，约占7％。

将实施例1指的多孔颗粒材料，用于镍铁合金冶炼废气干法脱硫，经测试脱硫效率可达92％。

实施例2

一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料的制备方法，如图1所示，其步骤为：

(1)将高温状态下的镍矿炉渣送入调制电炉，控制调制电炉温度1350℃。

(2)按质量比加入mgo粉末，使所添加的调整剂和镍矿炉渣熔化并混合均匀，保温1350℃，进入熔体流槽，mgo粉末与镍铁合金冶炼废渣质量比为20：100。

(3)将高温熔体经流槽注入传送带上的成型模具中，使其成鲍尔环形状。

(4)将鲍尔环状高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到鲍尔环状脱硫多孔颗粒材料成品。

所制备得到的颗粒材料比表面积1.3m²/kg，堆积密度315kg/m³。mgo占多孔颗粒材料质量45.8％，mgo、feo和cao含量之和占多孔颗粒材料质量51.7％，mgo在金属氧化物中的占比为88.7％，sio含量占多孔颗粒材料质量41.7％，余量为al2o3、cr2o3。

将实施例2指的多孔颗粒材料，用于镍铁合金冶炼废气干法脱硫，脱硫效率可达94％。

实施例3

一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料的制备方法，如图1所示，其步骤为：

(1)将高温状态下的镍矿炉渣送入调制电炉，控制调制电炉温度1450℃。

(2)按质量比加入cao粉末，使所添加的调整剂和镍矿炉渣熔化并混合均匀，保温1450℃，进入熔体流槽，cao粉末与镍铁合金冶炼废渣质量比为15：100。

(3)将高温熔体经流槽注入传送带上的成型模具中，使其成环矩鞍状。

(4)将球形高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到环矩鞍状颗粒材料成品。

所制备得到的颗粒材料比表面积1.1m²/kg，堆积密度420kg/m³。mgo占多孔颗粒材料质量30.4％，mgo、feo和cao含量之和占总重49.6％，mgo在金属氧化物中的占比为61.4％，sio含量占多孔颗粒材料质量43.5％，余量为al2o3、cr2o3。

将实施例3指的多孔颗粒材料，用于镍铁合金冶炼废气干法脱硫，经测试脱硫效率90％。

实施例4

一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料的制备方法，如图1所示，其步骤为：

(1)将高温状态下的镍矿炉渣送入调制电炉，控制调制电炉温度1450℃。

(2)按质量比加入cao粉末，使所添加的调整剂和镍矿炉渣熔化并混合均匀，保温1450℃，进入熔体流槽，cao粉末与镍铁合金冶炼废渣质量比为17：100。

(3)将高温熔体经流槽注入传送带上的成型模具中，使其成阶梯环状。

(4)将球形高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到阶梯环状颗粒材料成品。

所制备得到的颗粒材料比表面积1.1m²/kg，堆积密度400kg/m³。mgo占多孔颗粒材料质量29.9％，mgo、feo、cao含量之和占总重50.4％，mgo在金属氧化物中的占比为59.3％，sio含量占多孔颗粒材料质量42.7％，余量为al2o3、cr2o3。

将实施例4指的多孔颗粒材料，用于镍铁合金冶炼废气干法脱硫，脱硫效率可达90％。

实施例5

一种用高温镍铁合金冶炼废渣制备脱硫多孔颗粒材料的制备方法，如图1所示，虚框为可选择的操作，实施例中废渣中的mgo、feo、cao含量之和占废渣总重达45％以上，不选择该操作；其步骤为：

(1)将高温状态下的镍矿炉渣送入调制电炉，控制调制电炉温度1350℃。

(2)不添加调整剂，保温，进入熔体流槽。

(3)将高温熔体经流槽注入传送带上的成型模具中，使其成球形。

(4)将球形高温粒化材料在换热室中进行换热，材料固化冷却至低温后，得到球形颗粒材料成品。

所制备得到的颗粒材料比表面积0.8m²/kg，堆积密度500kg/m³。mgo占多孔颗粒材料质量35％，mgo、feo、cao含量之和占总重45％，mgo在金属氧化物中的占比为77.8％，sio含量占多孔颗粒材料质量总重50％，余量为al2o3、cr2o3，约占5％。

将实施例5指的多孔颗粒材料，用于镍铁合金冶炼废气干法脱硫，经测试脱硫效率可达85％。