一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法及其应用

本发明涉及冶金固废资源化领域，具体而言，涉及一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法及其应用。

背景技术：

1、在不锈钢的生产过程中，会产生大量的不锈钢渣。据统计，每生产1吨不锈钢约产生270～330kg的钢渣，钢渣是一种对环境有害的副产物。长期以来，大量的不锈钢渣被填埋或作为危险固体废物储存。在自然条件下，不锈钢渣中不稳定的cr3+可氧化为cr6+，铬的溶出会造成生态环境被破坏。这一因素限制了含铬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。因此，不锈钢渣规模化利用的瓶颈之一是铬的处理。

2、现有技术中关于处理含铬不锈钢渣的途径主要可以归纳为两种。一种方法是铬的固定，主要包括利用水泥、玻璃和陶瓷固化。这种方法虽然生产规模大，成本低，但对渣中的铬含量要求严格，特别是后期产品稳定性较差。另一种方法是铬的提取，主要包括高温硅铁还原、湿法还原和高温熔融改性，然而，这些处理方法普遍存在环境影响大或经济效益低等问题。

3、再者，现有技术中固铬普遍处于小型实验室的中试阶段，所采用的容器大多为坩埚，其需要在电炉中加热，操作繁琐，且不适合批量处理。

4、此外，现有技术中固铬所得固态在容器顶部，因而需要加入引流板，设备需要为此特意改造，相对复杂的同时增加了造价成本。

5、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工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，该方法能够选择性的沉淀铬，并分离获得含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐，在固铬的同时，实现了含铬不锈钢渣的高附加值利用。同时，本发明采用特定的精炼设备，其处理钢渣的量大，且自带加热功能和排渣口，适用于工业生产，可实现无操作间歇，并方便后续液固产物的分离，还不需要改造或者增加分流设备。

2、本发明的第二目的在于提供一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法所获得的含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐分别在制备耐火材料和制备建筑材料中的应用。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、本发明首先提供了一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，包括如下步骤：

5、将不锈钢生产过程中所产生的熔融态含铬不锈钢渣液加入精炼设备中，所述精炼设备包括钢包炉和/或感应炉，向所述精炼设备中加入碱度改质剂反应，使铬元素进入尖晶石相并以固态形式沉淀至所述精炼设备的底部形成富铬渣；

6、将所述富铬渣上方的液态脱铬渣经所述精炼设备的排渣口排出后，进行第一冷却，得到玻璃态硅酸盐；

7、将所述富铬渣由所述精炼设备的底部排出后进行第二冷却，得到含铬尖晶石。

8、本发明进一步提供了所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法所获得的含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐分别在制备耐火材料和制备建筑材料中的应用。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

10、(1)本发明提供的工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，能够将熔融态含铬不锈钢渣液中的铬进行固化沉淀和选择性分离回收，分别获得了含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐，将含铬不锈钢渣无害化处理，并实现了含铬不锈钢渣的高附加值利用。

11、(2)本发明提供的工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，处理后所得含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐中的总铬浸出浓度完全符国家含铬固废的综合利用标准，可解决含铬不锈钢固废对环境的污染问题。

12、(3)本发明提供的工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其处理钢渣的量大，且设备自带加热功能和排渣口，方便后续液固产物的分离，并适用于大批量、无间断的工业生产。

13、(4)本发明提供的工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法所得含铬尖晶石在精炼设备的底部，可直接通过精炼设备的排渣功能进行固液分离，操作方便，设备简单，不需要增加分流设备或者改造设备，且该方法利用钢渣余热，耗能较小，可就地取材，生产成本较低，制得的产品环境友好无污染。

技术特征：

1.一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述碱度改质剂包括硅石、石英砂和废玻璃中的至少一种。

3.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述碱度改质剂中，按质量百分比计，sio2≥90％。

4.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述碱度改质剂的加入量为至混合物料中cao与sio2的质量比为1～1.2。

5.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述反应的过程中，以≥1500℃的温度进行保温；

6.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述第一冷却的方法包括水淬冷却。

7.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述第二冷却的方法包括自然冷却。

8.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述熔融态含铬不锈钢渣液包括按照质量百分比计的如下组分：cao 40％～50％，sio2 30％～35％，mgo 4％～5％，cr2o3 4％～10％，al2o32％～4％，fe2o31％～5％和mno 1％～2％。

9.根据权利要求1所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法，其特征在于，所述含铬尖晶石的总铬浸出浓度<0.45mg/l；

10.如权利要求1～9任一项所述工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法所获得的含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐分别在制备耐火材料和制备建筑材料中的应用。

技术总结
本发明涉及冶金固废资源化领域，具体而言，涉及一种工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法及其应用。工业不锈钢渣中铬的选择性沉淀分离方法包括：将不锈钢生产过程中所产生的熔融态含铬不锈钢渣液加入精炼设备中，精炼设备包括钢包炉和/或感应炉，向精炼设备中加入碱度改质剂反应，使铬元素进入尖晶石相并以固态形式沉淀至精炼设备的底部形成富铬渣；将富铬渣上方的液态脱铬渣经精炼设备的排渣口排出后，进行第一冷却，得到玻璃态硅酸盐；将富铬渣由精炼设备的底部排出后进行第二冷却，得到含铬尖晶石。该方法能够选择性的沉淀铬，并分离获得含铬尖晶石和玻璃态硅酸盐，在固铬的同时，实现了含铬不锈钢渣的高附加值利用。

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：2024/5/10