專利名稱：一種硼泥再利用的處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廢棄硼泥再利用處理技術領域，特別涉及一種硼泥用于冶金造渣材料，去除有害雜質，實現再利用的處理方法。
背景技術：
我國硼礦資源豐富，已探明儲量超過I億噸(以B2O3計)，是世界上為數不多的硼資源大國；但是，我國多數硼礦石的品位低，且多為硼鎂石、硼鎂鐵等混合型礦石，以碳堿法提取硼砂后，產生大量廢棄硼泥(注按目前的生產工藝，每生產I噸硼砂，就要產生3-4噸硼泥);硼泥的主要成分為Mg0、Ca0、Fe203、B203等，關于硼泥綜合利用的研究也有開展，如利用硼泥生產硼鎂肥和輕質碳酸鎂等，但由于硼泥中的硼、鐵、鎂等均屬雜貧礦，提取成本過高， 處理工藝復雜；因此，我國目前尚缺少針對廢棄硼泥實現高附加值綜合利用的工業(yè)化方法，一直作為棄渣堆積處理，不僅占用大量土地資源，而且由于碳堿法提硼后的硼泥具有較強堿性，大量的硼泥露天堆積對土壤和水資源形成嚴重的污染，長此以往必將危及人類的健康甚至生存；我國以碳堿法生產硼砂四十余年來，定點堆積的硼泥近億噸，帶來的污染及占地問題日益嚴重，因此，硼泥綜合利用問題急待解決?，F有技術中，將硼泥作為冶金造渣添加劑的報道較多；如中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910012692. 0)煉鐵添加劑及其制備方法；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201010505931. 9) 一種電爐煉鋼用含硼無氟助熔化渣劑；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01110037710. 8) 一種鋼連鑄結晶器用含硼無氟保護渣及其制備方法，等等，這些現有發(fā)明都提出在硼泥中配加石灰、硅灰石等制備冶金造渣材料，這是利用硼泥具有熔點低、活性高、易成渣等優(yōu)點，可以替代煉鋼造渣助熔劑螢石、氧化鐵球、鐵礬土等；但是，現有硼礦提硼技術產生的硼泥中有害物質含量偏高，特別是硼泥中的磷、硫等有害元素，會向鋼中增磷和硫，污染鋼液，限制了硼泥在冶金造渣中的使用量和使用范圍。因此，為解決目前硼泥用于冶金造渣材料存在的磷硫等雜質含量高的問題，本發(fā)明提出一種硼泥用于冶金造渣材料實現再利用的原料處理方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種硼泥用于冶金造渣材料，去除有害雜質，實現再利用的處理方法，解決硼泥用于冶金造渣存在的磷硫等有害元素含量高的問題，提高硼泥的應用量和應用范圍。本發(fā)明的技術設想原理是硼泥用于冶金造渣的主要有價成分為MgO、CaO、B2O3等，其有害成分主要是P2O5、硫和結晶水等，通過加熱焙燒，硼泥中的有機硫和結晶水可有效除去，無機硫通過焙燒，硫化物可以轉變?yōu)?02氣體去除；硼泥中的磷主要是磷酸鹽，通過還原焙燒，控制體系的溫度、配碳量，使磷酸鹽中的P2O5還原成P2蒸氣以去除，硼泥中MgO、Ca0、B203等在焙燒過程不被還原，所以焙燒后的硼泥可以作為冶金造渣材料?；谏鲜鲈?，實現本發(fā)明的技術方案是發(fā)明一種硼泥用于冶金造渣材料，去除有害雜質，實現再利用的處理方法，其特征在于通過采用烘干一配碳一造球一還原焙燒的方法，脫除硼泥中的水、磷和硫等有害物質；具體處理方法的特征如下
a)烘干過程主要去除硼泥中的結晶水和有機硫，烘干溫度控制在200-300°C，烘干時間控制在0.5小時以上，如果烘干溫度過低，無法有效去除結晶水，反之，烘干溫度過高，會導致燒結，不利于后序的配碳和混勻及造球；
b)硼泥烘干后應成細粉狀，經常規(guī)的破碎篩分，使其粒度小于0.075mm,然后進行配碳，由于硼泥中的磷主要以磷酸鹽形式存在，其還原的難度大于自由的P2O5,硼泥中的氧化鐵優(yōu)先于P2O5還原，因此，欲還原渣中的磷酸鹽，必須先還原渣中的氧化鐵，所以，配碳量根據硼泥中的氧化鐵、磷元素含量和所需的過剩量計算，計算公式為
配碳量[C]%=0. 3 X [Fe2O3]%+l. OX [P]%+ 過剩量 式中配碳量[C]%為配碳的質量分數；[Fe203]%為硼泥中氧化鐵的質量分數；[P]%為硼泥中磷元素的質量分數；過剩量取2-3% ；
c)采用壓球造球法，將配碳并混勻的硼泥粉壓球，造球的粒度范圍為10-30_；
d)硼泥球采用轉底爐或隧道窯或回轉窯等焙燒設備進行焙燒，焙燒溫度控制在700-1200°C，如果焙燒溫度低，磷酸鹽中的磷難以還原，但焙燒溫度過高，硼泥中的其他氧化物如B203、SiO2等也會被還原，另外，高溫導致硼泥球粘連嚴重，甚至熔化，粘附于焙燒設備，這些都是不利的；焙燒時間20-30分鐘，根據球的直徑確定，當球的平均直徑小于20mm時，焙燒時間取下限20分鐘，當球平均直徑大于25mm時，焙燒時間取上限30分鐘；當球的直徑為2(T25 mm時，焙燒時間取大于20分鐘并小于30分鐘，一般為23 28分鐘。e)焙燒過程產生的煙氣通過水冷后制得磷單質；
f )焙燒后的硼泥球經冷卻后包裝，即可作為冶金造渣材料。本發(fā)明的主要創(chuàng)造性在于本發(fā)明中配碳量和還原焙燒體系溫度的控制，使之發(fā)生選擇性還原反應，配碳量需要滿足將氧化鐵、氧化錳等還原后再將磷酸鹽中的磷氧化物完全還原，同時，選擇控制焙燒還原溫度，控制磷酸鹽還原而其他氧化物不被還原，因此，雖然本發(fā)明采用的是常規(guī)還原反應，但還原方法、還原控制是本發(fā)明的主要創(chuàng)造性所在。與現有技術相比本發(fā)明的主要優(yōu)點如下
(1)、硼泥目前作為廢棄物堆積，污染環(huán)境，本發(fā)明可以有效降低硼泥中有害元素P、S含量，其中P < 0. 03，S < 0. 03，達到優(yōu)質冶金造渣材料的標準，實現了硼泥作為優(yōu)質冶金造渣料的高附加值再利用；
(2)、本發(fā)明的方法處理硼泥后，硼泥球的熔點低，在1200-1400°C，可以替代螢石等傳統的造渣助熔劑，消除了氟污染，實現無氟造渣；
(3)、本發(fā)明的方法處理硼泥后，硼泥球不易粉化、抗水性強，可以直接用于冶金造渣，也可以作為原料生產預熔渣產品，適用性更廣；
(4)本發(fā)明的方法處理成本低，由于硼泥本身價格低、本發(fā)明的處理成本不高，采用本發(fā)明生產的硼泥球比市場上螢石、鐵礬土等的價格要低，會帶來顯著的經濟效益。
具體實施例方式實施實例I :a、原料處理及焙燒處理
以我國某廠生產硼砂產生的硼泥為原料，硼泥在200°C下烘干燒堿0. 5小時后的成分經分析如下(質量分數 %) =B2O3 2. 5%, CaO 17. 5%, Fe2O3 5%, SiO2 15%, MgO 38%, Al2O3 8%、P 1.6%，S 0.8%，其余為微量酸不溶雜質；
b、磨碎、配碳、混勻
將焙燒后的硼泥碾成粉，經常規(guī)的破碎篩分，使其粒度為0. 075_，然后進行配碳，配碳 量根據公式[C]%=0. 3 X [Fe2O3] %+l. OX [P]%+過剩量計算，過剩碳量取2%，所以配碳量為[C]%=0. 3X5%+1. 0X1. 6%+2%=5. 1% ；
C、采用壓球造球法，將配碳并混勻的硼泥粉壓球，成品球的粒度控制在26 27mm ；d、硼泥球經轉底爐焙燒，焙燒溫度控制在1180°C，焙燒30分鐘；焙燒后的硼泥球經冷卻后包裝即可作為冶金造渣材料，焙燒過程產生的含磷煙氣經水冷后回收磷單質。經分析，本實施例獲得的硼泥球的成分為
B2O3 2. 4%, CaO 17. 3%, SiO2 14. 8%, MgO 37. 8%, Al2O3 8. 9%、Fe 3. 1%，P 0. 03%, S0. 03%，其余為微量酸不溶雜質，其有害元素雜質含量低，物性研究表明，其熔點1283°C，適合作為冶金造渣材料，可以替代螢石作為冶金造渣助熔劑。實施實例2:
a、原料處理及焙燒處理
以我國遼寧某廠生產硼砂產生的硼泥為原料，硼泥在300°C下烘干燒堿I小時后的成分經分析如下(質量分數 ％) :B203 I. 5%, CaO 12. 5%, Fe2O3 7%, SiO2 15%, MgO 48%, Al2O39%、P 1.2%，S 0.9%，其余為微量酸不溶雜質；
b、磨碎、配碳、混勻
將焙燒后的硼泥碾成粉，經常規(guī)的破碎篩分，使其粒度為0. 05_，然后進行配碳，配碳量根據公式[C]%=0. 3 X [Fe2O3]%+l. OX [P]%+過剩量計算，過剩碳量取3%，所以配碳量為[C]%=0. 3X7%+1. 0X1. 2%+3%=6. 3% ；
C、采用壓球造球法，將配碳并混勻的硼泥粉壓球，成品球的粒度控制在18 19_ ；d、硼泥球經轉底爐焙燒，焙燒溫度控制在1080°C，焙燒20分鐘；焙燒后的硼泥球經冷卻后包裝即可作為冶金造渣材料，焙燒過程產生的含磷煙氣經水冷后回收磷單質。經分析，本實施例獲得的硼泥球的成分為
B2O3L 5%, CaO 15. 3%, SiO2 14. 7%, MgO 47. 8%, Al2O3 8. 6%、Fe 4. 1%，P 0. 02%, S
0.02%，其余為微量酸不溶雜質，其有害元素雜質含量低，物性研究表明，其熔點1373°C，適合作為冶金造渣材料，實踐證明可以替代螢石作為冶金造渣助熔劑，也可以用于爐外精煉造渣等。
權利要求
1.一種硼泥再利用的處理方法，其特征在于通過采用烘干一配碳一造球一還原焙燒的方法，脫除硼泥中有害物質；具體為 a)烘干以去除硼泥中的結晶水和有機硫，烘干溫度控制在200-300°C，烘干時間控制在0. 5小時以上； b)硼泥烘干后應成細粉狀，經常規(guī)的破碎篩分，使其粒度小于0.075_，然后進行配碳，配碳量根據硼泥中的氧化鐵、磷元素含量和所需的過剩量計算，計算公式為 配碳量[C]%=0. 3 X [Fe2O3]%+l. OX [P]%+ 過剩量； 式中配碳量[C]%為配碳的質量分數；[Fe203]%為硼泥中氧化鐵的質量分數；[P]%為硼泥中磷元素的質量分數；過剩量取2-3% ； c)采用壓球造球法，將配碳并混勻的硼泥粉壓球，造球的粒度范圍為10-30_； d)硼泥球采用轉底爐或隧道窯或回轉窯進行焙燒，焙燒溫度控制在700-1200°C;焙燒時間為20-30分鐘，硼泥球直徑越大，焙燒時間越長； e)焙燒過程產生的煙氣通過水冷后制得磷單質； f )焙燒后的硼泥球經冷卻后包裝，即可作為冶金造渣材料。
2.如權利要求I所述的一種硼泥再利用的處理方法，其特征在于當球的平均直徑小于20mm時，焙燒時間取下限20分鐘，當球平均直徑大于25mm時，焙燒時間取上限30分鐘；當球的直徑為2(T25 mm時，焙燒時間取大于20分鐘并小于30分鐘，一般為23 28分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢棄硼泥再利用處理技術領域，特別涉及一種硼泥用于冶金造渣材料，去除有害雜質，實現再利用的處理方法。其特征在于通過采用烘干→配碳→造球→還原焙燒的方法，脫除硼泥中的水、磷和硫等有害物質。本發(fā)明通過將硼泥配碳焙燒還原其中的磷氧化物，使之還原為磷蒸氣，實現硼泥脫磷，從而實現硼泥用于煉鋼造渣的無害化處理，磷蒸氣還可用于回收單質磷。因此，本發(fā)明實現了廢棄硼泥無害化再利用，具有多方面的技術經濟優(yōu)勢。
文檔編號C21C7/076GK102653814SQ20121014307
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者李桂榮, 王宏明, 趙玉濤, 趙釗 申請人:江蘇大學