专利名称：：钢渣碳酸化处理方法
技术领域：
：本发明属于固体废弃物资源化利用领域，具体涉及钢渣的改性处理。技术背景钢渣，特别是转炉渣，是钢铁工业中产生量最大的固体废弃物之一，钢渣的环境友好型处置及资源化在一定程度上影响着全球的生态环境及钢铁工业的可持续发展。但是到目前为止，钢渣的综合利用渠道比较单一，厂内利用主要是做高炉、转炉原料；厂外主要用于道路工程、建材原料、钢渣肥料及填坑造地等，利用附加值较低。另外，还有大量钢渣未得到及时处理和利用。尤其是转炉钢渣中含有大量游离氧化钙，遇水会发生水化作用，发生体积膨胀，性质不稳定，因而成为制约转炉钢渣资源化利用的瓶颈。转炉钢渣成分见表1。表1转炉钢渣的化学成分(％)Ca0Mg0Si02A1203TFeMn0SP205fCa0转1.50.0440-6-9-16-6-炉—4—5-2-34610112218渣2.50.05通常来说，钢渣排放量约占粗钢产量的12—15%，按2005年中国粗钢产量3.49亿吨计算(中国钢铁协会2006年发布的信息)，则2005年一年钢渣产生量将至少有4200万吨。若通过将钢渣(特别是转炉钢渣)进行改性来消减游离氧化钙导致的强碱性，使其性质稳定下来，那么对于钢铁行业中主要副产物一钢渣(特别是转炉钢渣)的应用无疑是一个重大的技术突破，尤其是大大拓宽了转炉钢渣的资源再利用领域。国内外专利文献中公开了以下几种转炉钢渣稳定化的方法US5569314和CA2167334采用两段法第一段是在温度为100—40(TC范围内，将钢渣进行热力学水合作用；第二段是在温度为500—90(TC范围内，使水合作用后的钢渣与二氧化碳气体发生反应。这样处理后，钢渣中的游离氧化钙完全转化成碳酸钙。然后将改性后的钢渣产品应用于道路建设。KR2002050429公开的方法系将粒径小于25mm的钢渣置于含3%—30%二氧化碳的尾气中，放置最少2天。然后将稳定化后的钢渣作为人造礁石或防浪堤材料使用，这样可防止钢渣放入水中后pH突然升高。JP2000350976则将钢渣先进行酸浸，然后在高湿度条件下用二氧化碳水溶液将其碳酸化，碳酸化稳定后的钢渣用于道路表面材料或建筑工程。以上方法均需要较长的时间进行碳酸化处理。到目前为止，尚未见在短时间内即完成钢渣中游离氧化钙完全碳酸化的报道。因此，本发明的目的是提供一种快速钢渣碳酸化处理方法。发明概述本发明提供的钢渣碳酸化处理方法包括在沸腾床反应器中，在350-800。C、0.1-3.6大气压和水蒸气含量5-25%的条件下，使粒径《15mm的钢渣与CO,气体反应2-12小时。沸腾床反应器由自动控制系统和加热炉控制温度。作为碳酸化原料的钢渣采用以筛分机筛分得到的粒径《15mm的颗粒。碳酸化的气源采用工业废气、烟道气(有效成分为C02，气体温度在IO(TC以上并含有一定的水蒸气)，或瓶装二氧化碳气体配水蒸汽发生器。作为碳酸化气源的瓶装二氧化碳气体经预热后进入沸腾床反应器。作为碳酸化气源的气体用压力稳定器控制压力。发明详述本发明提供的钢渣碳酸化处理方法采用沸腾床反应器。该反应器由自动控制系统和加热炉控制温度，反应器可以在立式和卧式之间自由转换。沸腾反应进行时采取立式，反应结束后倾倒物料时，采取卧式。首先在沸腾床反应器中填装钢渣，然后启动加热炉对物料进行加热。当温度升至预置的反应温度时，打开二氧化碳气源和水蒸气发生器开关进行供气，供气量以使反应器中的物料处于沸腾状态为准。钢渣物料在沸腾床反应器中的沸腾状态，使钢渣与二氧化碳和水蒸气充分接触并快速反应，钢渣中的游离氧化钙转化成碳酸钙，完成转炉钢渣性质的稳定化，碱性得到充分消减。本发明可以根据钢渣的不同用途，控制不同的反应条件，达到不同的碳酸化程度。具体的反应参数为-反应器内温度350—80(TC钢渣粒径范围小于15lMl反应系统的压力0.l—3.5atm反应时间2h—12h水蒸气通入量5%—25%反应结束后，将沸腾床反应器调至卧式，倒出碳酸化钢渣备用。为了提高碳酸化的效率，作为碳酸化原料的钢渣宜釆用小颗粒状钢渣，一般采用筛分机进行筛分，得到粒径《15mm的颗粒。气源可选取工业废气、烟道气(有效成分为C02，气体温度在IO(TC以上并含有一定的水蒸气)，或瓶装二氧化碳气体配水蒸汽发生器。用作碳酸化气源的气体在通入沸腾床反应器前，用压力稳定器控制压力，目的是在碳酸化反应过程中控制稳定的压力条件，使系统安全、稳定运行。瓶装二氧化碳需先进行预热。钢渣碳酸化过程中，钢渣中的游离氧化钙与工业废气或烟道气中的二氧化碳气发生了(1)、(2)反应(1)CaO+H20=Ca(OH)2(2)Ca(0H)2+C02=CaC03+H20或游离氧化钙直接与二氧化碳气体反应生成碳酸钙，反应式见(3):(3)CaO+C02=CaC0:!钢渣碳酸化工艺流程图见附图1。具体描述如下设备1和2，通过自动控制来完成转炉钢渣碳酸化反应温度的设定和控制；3.沸腾床反应器，使气体与转炉钢渣混合均匀；4.蒸汽冷凝装置，用于反应后尾气放空前的冷却；5.数字压力调节器，用于尾气放空前的压力控制及系统压力安全性的显现与提示；6.流量计，用于进气流量控制；7.气体加热装置，对进入沸腾床反应器的气体进行预热；8.稳压器，用于控制进入反应器的气体压力；9.气源，采用的是收集的工业废气或烟道气，实验室中可采用二氧化碳气瓶；IO.粉尘过滤器，用于拦截反应过程产生的微小颗粒物；ll水蒸汽发生器(采用瓶装C02作气源时使用)，用于保证反应器中一定的湿度。钢渣碳酸化处理后，添加一些掺和料可将碳酸化钢渣制成水泥、人造大理石；或将碳酸化转炉钢渣铺设于河道两旁做生态护岸材料；或铺设于浅海海底，促进并固定海草等海洋植物生长，形成海藻床；或将碳酸化后的颗粒钢渣直接投放到大洋中，补充大洋中铁的含量，促进海洋藻类生长，吸收大气中二氧化碳气体。以转炉钢渣的碳酸化处理为例，研究结果表明(a)通过碳酸化处理，转炉钢渣中的游离氧化钙得到固定，在水中溶出碱性明显减弱；(b)碳酸化后钢渣中重金属离子的溶出对水环境几乎没有负面影响。具体数据见表1和表2。表1转炉钢渣碳酸化前后在水中溶出pH值对比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2转炉钢渣碳酸化后在水中的溶出试验结果单位Pg/L<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从表中数据可知，碳酸化后钢渣在水中溶出的环境敏感金属元素浓度都远低于《污水综合排放标准GB8978-1996》中的一级排放标准，证明碳酸化钢渣是无毒无害的，可以在水处理中安全使用，达到资源化利用。与其它的钢渣稳定化方法相比，本发明没有采用先水化再碳化的两步反应，碳酸化过程是在沸腾床内一步完成的。由于在一定的温度范围内采用沸腾床的方式反应，接触面积大，反应快速，大大节省了钢渣碳酸化的时间；采用工业废气和烟道气(有效成分为C0"气体温度在10(TC以上并含有一定的水蒸气)作为气源，以废制废，在减少二氧化碳温室气体排放的同时也使余热得到利用，属于环境友好技术；另外还可以根据钢渣不同应用领域的要求控制碳酸化的程度。整个碳酸化方法操作灵活方便。总之，通过本发明，钢渣中的游离氧化钙转化成了碳酸钙，使钢渣(尤其是转炉钢渣)的性质达到了稳定化，从而幵拓了钢渣(尤其是转炉钢渣)的资源化利用领域。图l是钢渣碳酸化的工艺流程图。图中，l.加热炉控制系统；2.加热炉；3.沸腾床实验反应器；4.蒸汽冷凝装置；5.数字压力调节器；6.流量计；7.气体加热及供应装置；8.稳压器；9.气源；IO.粉尘过滤；ll.蒸汽发生器。具体实施方式以下用实施例并结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例1将粒径小于O.5mm的转炉钢渣装入沸腾床反应器内，反应温度为400±5°C，通入二氧化碳，水蒸气通入量为5—8%，系统压力为0.3atm，反应时间为3.5h，进行碳酸化处理后，用国家标准"乙二醇检测法"测得钢渣中的游离氧化钙完全转化成碳酸钙。实施例2将粒径小于l一1.5ram的转炉钢渣装入沸腾床反应器内，反应温度为600±5°C，通入二氧化碳，水蒸气通入量为12—15%，系统压力为0.8atm，反应时间为5h，进行碳酸化处理后，用国家标准"乙二醇检测法"测得钢渣中的游离氧化,丐90%转化成碳酸牵丐。实施例3将粒径小于3mm的转炉钢渣装入沸腾床反应器内，反应温度为650±5°C，通入二氧化碳，水蒸气通入量为15—20%，系统压力为2atm，反应时间为7.5h，进行碳酸化处理后，用国家标准"乙二醇检测法"测得钢渣中的游离氧化钙85%转化成碳酸钙。实施例4将粒径为4一5rnm的转炉钢渣装入沸腾床反应器内，反应温度为750±5°C,通入二氧化碳，水蒸气通入量为20—25%，系统压力为3atm，反应时间为10h，进行碳酸化处理后，用国家标准"乙二醇检测法"测得钢渣中的游离氧化钙82%转化成碳酸钙。权利要求1.钢渣碳酸化处理方法，其特征在于在沸腾床反应器中，在350-800℃、0.1-3.6大气压和水蒸气含量5-25％的条件下，使粒径≤15mm的钢渣与CO2气体反应2-12小时。2.如权利要求1所述的方法，其中所述沸腾床反应器由自动控制系统和加热炉控制温度。3.如权利要求1所述的方法，其中所述粒径《15mm的钢渣是用筛分机筛分得到的。4.如权利要求1所述的方法，其中所述C02气体采用工业废气、烟道气或瓶装二氧化碳气体配水蒸汽发生器。5.如权利要求4所述的方法，其中所述C02气体经预热后进入沸腾床反应器。6.如权利要求4所述的方法，其中所述C02气体经压力稳定器控制压力。全文摘要本发明提供一种钢渣碳酸化处理的方法，包括在沸腾床反应器中，在350-800℃、0.1-3.6大气压和水蒸气含量5-25％的条件下，使粒径≤15mm的钢渣与CO<sub>2</sub>气体反应2-12小时。本发明没有采用常规的先水化再碳化的两步反应，而是在沸腾床内一步完成碳酸化过程，大大缩短了钢渣碳酸化的时间；采用工业废气和烟道气(有效成分为CO<sub>2</sub>，气体温度在100℃以上并含有一定的水蒸气)作为气源，在完成钢渣碳酸化的同时减少了二氧化碳温室气体的排放并充分利用余热；而且，操作灵活方便，可根据钢渣不同应用领域的要求控制碳酸化的程度。文档编号C04B5/00GK101269920SQ20071003838公开日2008年9月24日申请日期2007年3月23日优先权日2007年3月23日发明者石洪志,董晓丹,陈荣欢申请人:宝山钢铁股份有限公司