专利名称：一种转炉渣的综合利用方法
技术领域：
本发明涉及冶金环保技术领域，具体涉及一种转炉渣的综合利用方法。
背景技术：
我国是钢铁工业大国，近几年我国钢铁行业快速发展。钢铁工业的进步极大地体现在提高资源的利用率，为了应对竞争局面，必须提高资源利用效率，降低污染物排量。资源和环境成为钢铁企业能否生存和发展的决定性因素。转炉渣是钢铁企业转炉炼钢产生的废弃物，主要含有钙、铁、镁和硅元素，其中一部分钙元素以游离氧化钙的形式存在。由于转炉渣的排放造成了大量铁和钙等资源的流失，同时占用土地，也对环境造成污染，因此对它的利用已成为人们关注的焦点。有人研究了以转炉渣为主要原料，添加其他辅助材料，利用表面成核析晶的烧结法研制出了微晶玻璃，但烧结工艺能耗高，还停留在实验室研究阶段；另外，该方法未利用转炉渣中的铁资源。·有人提出将转炉渣用作混凝土骨料，但由于转炉渣中含有一定量的游离氧化钙和氧化镁，与水或水蒸气接触时，氧化钙迅速水化，其体积可增大8%，破坏转炉渣的体积稳定性；氧化镁的水化进行得较慢，持续很长时间后，逐渐破坏转炉渣的体积稳定性。这会导致建筑物的破坏，造成严重后果，因此限制了它的使用。有人提出将转炉渣用于烧结，但由于转炉渣中含有一定量的P2O5，向高炉中加入转炉渣后，转炉渣中的磷基本全部进入铁水，而铁水又供给转炉炼钢，故铁水中的磷再次进入转炉渣，这样循环冶炼造成磷在转炉渣中富集，而富集磷之后的转炉渣仍需进一步处理及资源化利用。因此，该方法未从根本上消化转炉渣。由于转炉渣具有一定的碱性和较大的比表面积，因此有人考虑用转炉渣处理含磷废水及重金属废水。但是，处理废水之后的转炉渣含有废水中的重金属等污染物，仍需进一步处理及资源化利用；另外，该方法未能充分利用转炉渣中的铁和钙等资源。因此，该方法未从根本上消化转炉渣。综上，目前这些综合利用转炉渣的途径都存在一些弊端，或者处理量有限，铁和钙资源利用率低，或者生产工艺能耗高，且存在二次污染。与高炉渣不同的是，因转炉渣中钙元素的质量分数较高，则很难直接利用，目前转炉渣的应用范围较窄，利用率低，且产品附加值偏低，经济效益差，故转炉渣的综合利用成为长久以来未能解决的问题。如何消除转炉渣对环境的污染、同时能够大量地利用铁和钙资源，是目前急需解决的问题。
发明内容
发明目的本发明提供了一种转炉渣的综合利用方法，是为了利用大量排放的转炉渣，以解决环境污染问题、充分利用铁和钙资源的目的。技术方案本发明是通过以下技术方案来实现的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于所用原料有含游离氧化钙以重量百分比占彡3%，且钙元素的总量以重量百分比占23% 38%，且铁元素的总量以重量百分比占8 % 28 %的转炉渣(不论钙元素和/或铁元素以何种物质存在，下同)，其工艺步骤为(I)转炉渣的预处理将转炉渣破碎并粉磨得到直径50 170 μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为20 80°C，溶解反应时间为20 70min，碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 7 I. 9倍，水的重量为转炉渣粉末重量的2 4倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠；(2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为10 50°C，溶解反应时间为20 70min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. I I. 5倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4 10倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小。下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显。用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在 下层残渣中，避免将上层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度；(3)水解反应将步骤⑵所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为65 95°C，反应时间为50 120min，使滤液I中的含铁化合物水解，生成氢氧化铁，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用；(4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为40 85°C，溶解反应时间为20 70min，以纯H2SOJf的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的O. 9 I. 5倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4 16倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣。最终残渣为水泥添加剂。(5)铁的沉淀反应先向步骤(4)所得的滤液2中加入柠檬酸，再加入氧化镁，同时在20 70°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至pH为4. 5 6. 4，得到沉淀物2和上清液2，其中沉淀物2的成分为氢氧化铁，上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到160 310g/L ；(6)氧化铁的制备将步骤⑶所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在700 860°C灼烧30 80min，得到氧化铁；(7)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集硫酸镁所得的上清液2在40 120°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到镁的硫酸盐。上述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于在步骤(I)中，转炉渣中的游离氧化钙转化为碳酸钙，转化率90%以上；碳酸钙进入转炉渣滤渣。步骤(2)所得柠檬酸钙中的以重量计的钙元素含量占转炉渣中钙元素的总量60%以上，柠檬酸钙的重量纯度95%以上；步骤(2)所得的滤液I含有含铁化合物。
步骤(3)所得上清液I含有柠檬酸；沉淀物I的成分为氢氧化铁。步骤(4)所得的滤液2含有硫酸镁，同时含有铁的硫酸盐，并含有少量硅的化合物。步骤(5)柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的6. 5 8倍。步骤(6)所得的产物氧化铁中的铁元素重量含量占转炉渣中铁元素的总量80%以上。步骤(6)所得的产物氧化铁为a -Fe2O3,重量纯度94%以上，杂质二氧化硅以重量计的含量O. 8%以下。步骤(7)所得的产物镁的硫酸盐包括七水硫酸镁、六水硫酸镁和一水硫酸镁,通过控制加热结晶的温度改变结晶水的数目。
水泥添加剂为固体粉末，成分为钙的硅酸盐和硫酸钙以及含铁的化合物，以氧化铁计的含铁的化合物重量含量9% 20%，水泥添加剂中的游离氧化钙重量含量O. 1%以下，游离氧化镁重量含量O. 1%以下，可以直接作为生产水泥的原料。优点及效果在步骤(I)中，转炉渣中的游离氧化钙转化为碳酸钙，转化率90%以上，因此消耗掉转炉渣中的大部分游离氧化钙；另外，产物氢氧化钠的价格明显比原料碳酸钠高，故产品附加值高，这是现有技术不具备的。在步骤(2)中，柠檬酸的加入进一步消耗转炉渣中剩余的游离氧化钙；产物柠檬酸钙价格高，故本发明高附加值地利用了转炉渣中的钙资源，这是现有技术不具备的。步骤(3)所得上清液I含有柠檬酸，循环至步骤(2)进行再次利用，节省大量原料，降低成本。在步骤(5)中，柠檬酸形成柠檬酸与硅的水溶性化合物，该化合物难以与铁发生共沉淀，因此步骤(6)所得的产物氧化铁中的杂质二氧化硅含量为O. 8%以下。对比实验结果表明，在步骤(5)中不加入柠檬酸的情况下，步骤(6)所得的产物氧化铁中的杂质二氧化硅含量为4%以上，使氧化铁纯度偏低，限制了氧化铁的应用范围和价值。在步骤(5)中，上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到160 310g/L，有利于上清液2中的硫酸镁结晶析出。对比实验结果表明，在上清液2不循环利用的情况下，上清液2中硫酸镁浓度低，欲使硫酸镁结晶析出，需蒸发掉大量水。水泥添加剂中的游离氧化钙重量含量O. I %以下，游离氧化镁重量含量O. 1%以下，用于生产水泥，与水或水蒸气接触时，不破坏水泥的体积稳定性；水泥添加剂中的含铁化合物，可以在水泥生产过程中起到铁质校正材料的作用。转炉渣是一种冶金工业废弃物，如不利用，不仅浪费资源，而且污染环境。转炉渣的高附加值综合利用工艺一直是研究的空白，也是钢铁行业渴望解决的问题。本发明的原料碳酸钠、氧化镁、柠檬酸和硫酸来源广泛，成本低，且柠檬酸可回收；本发明一次性大规模、整体性、高附加值综合利用转炉渣，无二次污染；产品应用范围广，经济效益高。本发明合理利用了转炉渣中的铁和钙资源，解决了由于转炉渣的大量排放造成的环境污染问题以及大量铁和钙等资源流失的问题，是技术上的显著进步。
图I为本发明方法的工艺流程图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明加以具体描述 ，且本发明的技术方案不仅仅包括如下实施例实施例I :(I)转炉渣的预处理将转炉渣(含游离氧化钙以重量百分比占3%，且钙元素的总量以重量百分比占23%，且铁元素的总量以重量百分比占24% )破碎并粉磨得到直径50 μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为35°C，溶解反应时间为20min，碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 9倍，水的重量为转炉渣粉末重量的3. 4倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠；(2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为30°C，溶解反应时间为20min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 5倍，水的重量为转炉渣粉末重量的9倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小。下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显。用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在下层残渣中，避免将上层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度；(3)水解反应将步骤(2)所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为74V，反应时间为120min，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用；(4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为85°C，溶解反应时间为20min，以纯H2SO4计的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 3倍，水的重量为转炉渣粉末重量的16倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣。最终残渣为水泥添加剂。(5)铁的沉淀反应先向步骤⑷所得的滤液2中加入柠檬酸，且柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的6. 5倍；再加入氧化镁，同时在20°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至PH为4. 5，得到沉淀物2和上清液2，其中上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到310g/L ；(6)氧化铁的制备将步骤⑶所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在760°C灼烧80min，得到氧化铁；(7)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集硫酸镁所得的上清液2在40°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到七水硫酸镁。实施例2 (I)转炉渣的预处理将转炉渣(含游离氧化钙以重量百分比占4. 6%，且钙元素的总量以重量百分比占34%，且铁元素的总量以重量百分比占17% )破碎并粉磨得到直径170 μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为60°C，溶解反应时间为60min，碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 7倍，水的重量为转炉渣粉末重量的2倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠；(2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为50°C，溶解反应时间为36min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. I倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小。下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显。用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在下层残渣中，避免将上
层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度；(3)水解反应将步骤(2)所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为65°C，反应时间为lOOmin，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用；(4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为40°C，溶解反应时间为70min，以纯H2SO4计的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 5倍，水的重量为转炉渣粉末重量的13倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣。最终残渣为水泥添加剂。(5)铁的沉淀反应先向步骤⑷所得的滤液2中加入柠檬酸，且柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的7. I倍；再加入氧化镁，同时在36°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至PH为5. 4，得到沉淀物2和上清液2，其中上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到200g/L ；(6)氧化铁的制备将步骤(3)所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在700°C灼烧50min，得到氧化铁；(7)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集硫酸镁所得的上清液2在60°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到六水硫酸镁。实施例3 (I)转炉渣的预处理将转炉渣(含游离氧化钙以重量百分比占5. 1%，且钙元素的总量以重量百分比占28%，且铁元素的总量以重量百分比占28%)破碎并粉磨得到直径120 μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为80°C，溶解反应时间为40min，碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 76倍，水的重量为转炉渣粉末重量的2. 9倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠；(2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为20°C，溶解反应时间为50min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 25倍，水的重量为转炉渣粉末重量的6倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小。下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显。用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在下层残渣中，避免将上层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度；(3)水解反应将步骤(2)所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为86°C，反应时间为80min，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用；(4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为56°C，溶解反应时间为55min，以纯H2SO4计的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 15倍，水的重量为转炉渣粉末重量的8倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣。最终残渣为水泥添加剂。·
(5)铁的沉淀反应先向步骤⑷所得的滤液2中加入柠檬酸，且柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的7. 6倍；再加入氧化镁，同时在50°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至PH为6. 4，得到沉淀物2和上清液2，其中上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到160g/L ；(6)氧化铁的制备将步骤(3)所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在810°C灼烧60min，得到氧化铁；(7)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集硫酸镁所得的上清液2在90°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到一水硫酸镁。实施例4 (I)转炉渣的预处理将转炉渣(含游离氧化钙以重量百分比占6.6%，且钙元素的总量以重量百分比占38%，且铁元素的总量以重量百分比占8% )破碎并粉磨得到直径80 μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为20°C，溶解反应时间为70min，碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 82倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠；(2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为10°c，溶解反应时间为70min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. 4倍，水的重量为转炉渣粉末重量的10倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小。下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显。用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在下层残渣中，避免将上层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度；(3)水解反应将步骤(2)所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为95°C，反应时间为50min，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用；
(4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为67°C，溶解反应时间为38min，以纯H2SO4计的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的O. 9倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4倍。反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣。最终残渣为水泥添加剂。(5)铁的沉淀反应先向步骤⑷所得的滤液2中加入柠檬酸，且柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的8倍；再加入氧化镁，同时在70°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至PH为5. 9，得到沉淀物2和上清液2，其中上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到250g/L ；(6)氧化铁的制备将步骤(3)所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在860°C灼烧30min，得到氧化铁；(7)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集 硫酸镁所得的上清液2在120°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到一水硫酸镁。
权利要求
1.一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于所用原料有含游离氧化钙以重量百分比占彡3%，且钙元素的总量以重量百分比占23% 38%，且铁元素的总量以重量百分比占8% 28%的转炉渣，其工艺步骤为 (1)转炉渣的预处理将转炉渣破碎并粉磨得到直径50 170μ m的粉末，置于碳酸钠溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为20 80°C,溶解反应时间为20 70min,碳酸钠溶液中碳酸钠的重量为转炉渣粉末中游离氧化钙重量的I. 7 I. 9倍，水的重量为转炉渣粉末重量的2 4倍；反应后的混合液静置沉降并过滤，得到氢氧化钠溶液和转炉渣滤渣，氢氧化钠溶液经加热蒸干得到氢氧化钠； (2)柠檬酸溶解反应和过滤将步骤(I)所得的转炉渣滤渣置于柠檬酸溶液中进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为10 50°C，溶解反应时间为20 70min，柠檬酸溶液中柠檬酸的重量为转炉渣粉末重量的I. I I. 5倍，水的重量为转炉洛粉末重量的4 10倍；反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液I和固相，其中固相包括上层沉淀物和下层残渣，其中上层沉淀物的成分为柠檬酸钙，外观为白色，且密度比滤液I大，但比下层残渣小；下层残渣外观为灰褐色，与上层沉淀物的颜色相差明显；用药匙将上层沉淀物从固相中分离出，得到柠檬酸钙，在操作过程中，上层沉淀物和下层残渣交界的部分不分离，仍保留在下层残渣中，避免将上层沉淀物和下层残渣交界的部分混入上层沉淀物柠檬酸钙，以保证柠檬酸钙的纯度； (3)水解反应将步骤(2)所得的滤液I加热进行水解反应，反应温度为65 95°C，反应时间为50 120min，使滤液I中的含铁化合物水解，生成氢氧化铁，反应后的混合液静置沉降并过滤，得到沉淀物I和上清液I ;上清液I循环至步骤(2)代替柠檬酸溶液进行再次利用； (4)硫酸溶解反应和过滤将步骤(2)所得的下层残渣置于水中，向水中加入市售硫酸，并进行搅拌溶解反应，溶解反应温度为40 85°C，溶解反应时间为20 70min，以纯H2SO4计的硫酸的重量为转炉渣粉末重量的O. 9 I. 5倍，水的重量为转炉渣粉末重量的4 16倍；反应后的混合液静置沉降并过滤，得到滤液2和最终残渣，最终残渣为水泥添加剂； (5)铁的沉淀反应先向步骤(4)所得的滤液2中加入柠檬酸，再加入氧化镁，同时在20 70°C下搅拌，使氧化镁溶解，直至pH为4. 5 6. 4，得到沉淀物2和上清液2，其中沉淀物2的成分为氢氧化铁，上清液2的成分为硫酸镁，上清液2回收用于代替步骤(4)中的水，如此循环利用，使硫酸镁在上清液2中富集，直至上清液2中硫酸镁浓度达到160 310g/L ； (6)氧化铁的制备将步骤(3)所得的沉淀物I和步骤(5)所得的沉淀物2混合，在700 860°C灼烧30 80min，得到氧化铁； (J)镁的硫酸盐的制备将经由步骤(5)和步骤(4)循环利用后已经富集硫酸镁所得的上清液2在40 120°C加热蒸发水分，使上清液2中的硫酸镁结晶析出，得到镁的硫酸盐。
2.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于在步骤⑴中，转炉渣中的游离氧化钙转化为碳酸钙，转化率90%以上；碳酸钙进入转炉渣滤渣。
3.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(2)所得柠檬酸钙中的以重量计的钙元素含量占转炉渣中钙元素的总量60%以上，柠檬酸钙的重量纯度95%以上；步骤(2)所得的滤液I含有含铁化合物。
4.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(3)所得上清液I含有柠檬酸；沉淀物I的成分为氢氧化铁。
5.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(4)所得的滤液2含有硫酸镁，同时含有铁的硫酸盐。
6.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(5)柠檬酸的以重量计的加入量为滤液2中硅元素含量的6. 5 8倍。
7.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(6)所得的产物氧化铁中的铁元素重量含量占转炉渣中铁元素的总量80%以上。
8.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(6)所得的产物氧化铁为a -Fe2O3，重量纯度94%以上，杂质二氧化硅以重量计的含量O. 8%以下。
9.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于步骤(7)所得的产物镁的硫酸盐包括七水硫酸镁、六水硫酸镁和一水硫酸镁，通过控制加热结晶的温度改变结晶水的数目。
10.根据权利要求I所述的一种转炉渣的综合利用方法，其特征在于水泥添加剂为固体粉末，成分为钙的硅酸盐和硫酸钙以及含铁的化合物，以氧化铁计的含铁的化合物重量含量9 % 20 %，水泥添加剂中的游离氧化钙重量含量O. I %以下，游离氧化镁重量含量O.1%以下，可以直接作为生产水泥的原料。
全文摘要
本发明提供了一种转炉渣的综合利用方法，所用原料有含游离氧化钙以重量百分比占≥3％，且钙元素的总量以重量百分比占23％～38％，且铁元素的总量以重量百分比占8％～28％的转炉渣，通过转炉渣的预处理、柠檬酸溶解反应和过滤、水解反应、硫酸溶解反应和过滤、铁的沉淀反应、氧化铁的制备以及镁的硫酸盐的制备工艺步骤，得到氢氧化钠、柠檬酸钙、氧化铁、镁的硫酸盐和水泥添加剂。本发明是为了利用大量排放的转炉渣，以解决环境污染问题、充分利用转炉渣中铁和钙资源的目的。
文档编号C22B7/04GK102912145SQ20121044252
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月28日 优先权日2012年10月28日
发明者张悦 申请人:张悦