一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕質(zhì)碳酸鈣技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的不斷增長，轉(zhuǎn)爐鋼渣作為鋼鐵冶煉過程中的必然產(chǎn)物，其每年的排放量逐漸增加。目前，對于轉(zhuǎn)爐鋼渣的處理主要是用于鋼鐵冶煉中的循環(huán)再利用、火法及濕法提取轉(zhuǎn)爐鋼渣中有價金屬元素、筑路材料、建筑材料和農(nóng)業(yè)肥料，或?qū)⑵溟L期堆積。
[0003]將轉(zhuǎn)爐鋼渣應用于鋼鐵冶煉中的循環(huán)再利用時，轉(zhuǎn)爐鋼渣中的磷會逐漸富集到鐵中，從而導致鋼鐵品質(zhì)的下降；提取轉(zhuǎn)爐鋼渣中有價金屬元素時，火法處理存在工藝復雜、伴隨廢氣或廢物產(chǎn)生、所需溫度高和能耗高的缺點，濕法提取所使用的傳統(tǒng)水浴加熱法存在加熱不均勻、熱轉(zhuǎn)化效率低、浸出時間長和浸出率低、雜質(zhì)離子含量高的弊??；轉(zhuǎn)爐鋼渣中所富含的自由CaO和自由MgO會使得其被用作筑路材料和建筑材料時體積不穩(wěn)定，導致后期強度差、產(chǎn)生裂紋或隆起；此外，將轉(zhuǎn)爐鋼渣用于農(nóng)業(yè)肥料或長期堆放時，轉(zhuǎn)爐鋼渣中的氟和重金屬會有被雨水浸出污染環(huán)境的危險，因而對轉(zhuǎn)爐鋼渣的合理化處理和利用成為亟須解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種生產(chǎn)周期短、浸出率高、工藝簡單、環(huán)境友好和成本低廉的利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，用該方法制備的輕質(zhì)碳酸鈣純度高和附加值高。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是:
步驟一、將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑〈150Pm的顆粒，按固液比為IKg: (10-50) L將所述顆粒與濃度為0.5~4mol/L的NH4Cl溶液混合；于微波場中，在攪拌速率為100~600rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出10~60min，過濾，得到含鈣離子浸出液。
[0006]步驟二、在攪拌速率為100~600rpm和水浴溫度為15~90°C的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體，通入混合氣體的時間為10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。
[0007]所述轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學成分及其含量是:CaO為20~50wt%說02為5~15wt% ；A1 203為l~5wt% ;Fe203為 15~45wt% ；MgO 為 6~15wt% ；MnO 為 l~5wt%, P 為 0.
[0008]所述微波場的微波功率為100~1000W，微波頻率為2.45GHz。
[0009]所述混合氣體為0)2和N 2的混合氣體，CO 2和N 2體積比為1: (0.1-5.5)。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果:
本發(fā)明以轉(zhuǎn)爐鋼渣為原料，采用微波輔助提取技術(shù)，所需溫度低，能夠顯著縮短浸出時間。本發(fā)明不僅生產(chǎn)周期短，且能明顯提高轉(zhuǎn)爐鋼渣中鈣離子的浸出率(高達95%)。還能選擇性地提取鈣，所制備的輕質(zhì)碳酸鈣粒度均勻，純度高達98%。
[0011]本發(fā)明能實現(xiàn)對0)2的固定，降低大氣中CO2的含量，從而對減輕溫室效應產(chǎn)生積極效果，同時通過對轉(zhuǎn)爐鋼渣的有效回收利用，降低了轉(zhuǎn)爐鋼渣因堆放所造成的資源浪費和水土污染，因而對環(huán)境友好。
[0012]本發(fā)明還能實現(xiàn)浸出劑NH4Cl溶液的循環(huán)利用，避免了資源的浪費，并且降低了成本，提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的附加值。以轉(zhuǎn)爐鋼渣中主要物相Ca2S14為例，其化學反應為:
4NH4C1 (a)+Ca2S14(s) — 2CaCl2(a)+S12(s)丨 +4NH3(a)+2H20(l)(I)
NH4Cl (a) +CaO(s) — CaCl2(a) +2NH3(a) +H2O(I)(2)
4NH3(a) +2C02(a) +2CaCl2(a) +4H20(I) — 2CaC03(s)丨 +4NH4C1 (a)(3)
本發(fā)明所制備的輕質(zhì)碳酸鈣顆粒形狀規(guī)則，均為類正立方體，粒徑均小于5 μπι。
[0013]因此，本發(fā)明實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐鋼渣的綜合利用，能對大氣中的0)2進行固定，轉(zhuǎn)爐鋼渣中鈣的轉(zhuǎn)化率高，能實現(xiàn)浸出劑氯化銨溶液的循環(huán)利用；本發(fā)明具有生產(chǎn)周期短、浸出率高、工藝簡單、節(jié)約資源、環(huán)境友好和成本低廉的特點，所制備的輕質(zhì)碳酸鈣純度和附加值高，為橡膠、塑料和油漆行業(yè)的優(yōu)選化工原料。
【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明制備的一種輕質(zhì)碳酸鈣的掃描電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制:
為避免重復，先將本【具體實施方式】所述的轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學成分及其含量統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述:所述轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學成分及其含量是=CaO為20~50wt%取02為5~15wt% ;A1203為 l~5wt% ;Fe203為 15~45wt% ;MgO為 6~15wt% ;MnO 為 l~5wt%，PS0.
[0016]實施例1
一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑〈74Pm的顆粒，按固液比為IKg: (30-50) L將所述顆粒與濃度為2~3mol/L的NH4Cl溶液混合；于微波場中，在攪拌速率為200~500rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出35~60min，過濾，得到含鈣離子浸出液。
[0017]步驟二、在攪拌速率為100~250rpm和水浴溫度為35~75°C的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體，通入混合氣體的時間為10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。
[0018]所述微波場的微波功率為100~500W，微波頻率為2.45GHz。
[0019]所述混合氣體為0)2和N 2的混合氣體，CO 2和N 2體積比為1: (2.5-5.5)。
[0020]實施例2
一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑為50~100Pm的顆粒，按固液比為IKg: (20~40)L將所述顆粒與濃度為0.5-2.5mol/L的NH4Cl溶液混合；于微波場中，在攪拌速率為100~300rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出25~50min，過濾，得到含鈣離子浸出液。
[0021]步驟二、在攪拌速率為350~600rpm和水浴溫度為15~50°C的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體，通入混合氣體的時間為10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。
[0022]所述微波場的微波功率為500~1000W，微波頻率為2.45GHz。
[0023]所述混合氣體為0)2和N 2的混合氣體，CO 2和N 2體積比為1: (1.5-3.5 )。
[0024]實施例3
一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。所述方法的具體步驟是:
步驟一、將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑為74~150Pm的顆粒，按固液比為IKg: (10-25) L將所述顆粒與濃度為2.5~4mol/L的NH4Cl溶液混合；于微波場中，在攪拌速率為400~600rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出10~30min，過濾，得到含鈣離子浸出液。
[0025]步驟二、在攪拌速率為200~400rpm和水浴溫度為45~90°C的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體，通入混合氣體的時間為10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。
[0026]所述微波場的微波功率為350~750W，微波頻率為2.45GHz。
[0027]所述混合氣體為0)2和N 2的混合氣體，CO 2和N 2體積比為1: (0.1-2.1)。
[0028]
本【具體實施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果:
本【具體實施方式】以轉(zhuǎn)爐鋼渣為原料，采用微波輔助提取技術(shù)，所需溫度低，能夠顯著縮短浸出時間。本【具體實施方式】不僅生產(chǎn)周期短，且能明顯提高轉(zhuǎn)爐鋼渣中鈣離子的浸出率(高達95%)。還能選擇性地提取鈣，所制備的輕質(zhì)碳酸鈣粒度均勻，純度高達98%。
[0029]本【具體實施方式】能實現(xiàn)對0)2的固定，降低大氣中CO 2的含量，從而對減輕溫室效應產(chǎn)生積極效果，同時通過對轉(zhuǎn)爐鋼渣的有效回收利用，降低了轉(zhuǎn)爐鋼渣因堆放所造成的資源浪費和水土污染，因而對環(huán)境友好。
[0030]本【具體實施方式】還能實現(xiàn)浸出劑NH4Cl溶液的循環(huán)利用，避免了資源的浪費，并且降低了成本，提高輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品的附加值。以轉(zhuǎn)爐鋼渣中主要物相Ca2S14為例，其化學反應為:
4NH4C1 (a)+Ca2S14(s) — 2CaCl2(a)+S12(s)丨 +4NH3(a)+2H20(l)(I)
NH4Cl (a) +CaO(s) — CaCl2(a) +2NH3(a) +H2O(I)(2)
4NH3(a) +2C02(a) +2CaCl2(a) +4H20(I) — 2CaC03(s)丨 +4NH4C1 (a)(3)
本【具體實施方式】所制備的輕質(zhì)碳酸鈣如圖1所示，圖1為實施例1所制備的一種輕質(zhì)碳酸鈣的掃描電鏡圖，從圖1可看出，所制備的輕質(zhì)碳酸鈣的顆粒形狀規(guī)則，均為類正立方體，粒徑均小于5 μ m。
[0031]因此，本【具體實施方式】實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐鋼渣的綜合利用，能對大氣中的CO2進行固定，轉(zhuǎn)爐鋼渣中鈣的轉(zhuǎn)化率高，能實現(xiàn)浸出劑氯化銨溶液的循環(huán)利用；具有生產(chǎn)周期短、浸出率高、工藝簡單、節(jié)約資源、環(huán)境友好和成本低廉的特點，所制備的輕質(zhì)碳酸鈣純度和附加值高，為橡膠、塑料和油漆行業(yè)的優(yōu)選化工原料。
【主權(quán)項】
1.一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于所述方法的具體步驟是: 步驟一、將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑〈150Pm的顆粒，按固液比為IKg: (10-50) L將所述顆粒與濃度為0.5~4mol/L的NH4Cl溶液混合，于微波場中，在攪拌速率為100~600rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出10~60min，過濾，得到含鈣離子浸出液； 步驟二、在攪拌速率為100~600rpm和水浴溫度為15~90°C的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體，通入混合氣體的時間為10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。2.如權(quán)利要求1所述利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學成分及其含量是:CaO 為 20~50wt% ;Si02S 5~15wt% ；A1 203為 l~5wt% ；Fe 203為15~45wt% ；MgO 為 6~15wt% ；MnO 為 l~5wt%, P 為 0.3.如權(quán)利要求1所述利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于所述微波場的微波功率為100~1000W，微波頻率為2.45GHz O4.如權(quán)利要求1所述利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法，其特征在于所述混合氣體為0)2和N 2的混合氣體，CO 2和N 2體積比為1: (0.1-5.5)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用轉(zhuǎn)爐鋼渣制備輕質(zhì)碳酸鈣的方法。其技術(shù)方案是：將轉(zhuǎn)爐鋼渣粉碎至粒徑<150μm的顆粒，按固液比為1Kg︰（10~50）L將所述顆粒與濃度為0.5~4mol/L的NH4Cl溶液混合；于微波場中，在攪拌速率為100~600rpm、氮氣作為保護性氣氛和冷凝的條件下浸出10~60min，過濾，得到含鈣離子浸出液。然后在攪拌速率為100~600rpm和水浴溫度為15~90℃的條件下，向所述含鈣離子浸出液中通入混合氣體10~30min，過濾，干燥，得到輕質(zhì)碳酸鈣。所述微波場的微波功率為100~1000W，微波頻率為2.45GHz。本發(fā)明實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)爐鋼渣的綜合利用和浸出劑氯化銨溶液的循環(huán)利用；本發(fā)明具有成本低、節(jié)約資源和環(huán)境友好的特點，其制品的純度和附加值高。
【IPC分類】B09B3/00, C01F11/18
【公開號】CN105197975
【申請?zhí)枴緾N201510643312
【發(fā)明人】馬國軍, 張翔, 童志博, 李奇男, 蔡洵
【申請人】武漢科技大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月8日