权利要求
1.一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，其特征在于，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：将二次铝灰、转炉污泥、含碳灰、膨润土和渣料机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型;
步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，渣料经过破碎返回原料系统。
2.根据权利要求1所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤1中二次铝灰、转炉污泥、含碳灰、膨润土和渣料的含水量均<1%。
3.根据权利要求2所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤1中混合料配比为二次铝灰20~45份、转炉污泥30~55份、含碳灰7~16份、膨润土5~10份、渣料3~8份。
4.根据权利要求3所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤1中转炉污泥的TFe≥40%;含碳灰为烟煤、焦灰和无烟煤中的一种或多种组合，碳含量≥80%;膨润土中SiO2含量≥55%。
5.根据权利要求1~4任一所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤1中压块成型的尺寸为5×5×3cm。
6.根据权利要求5所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤2中高温还原焙烧加热温度为1800~2100℃，保温时间为15~25min。
7.根据权利要求6所述的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法，其特征在于，步骤3中渣料的破碎粒度为3~15mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及冶金固废资源化利用技术领域，尤其涉及一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法。
背景技术
[0002]二次铝灰是铝熔渣经过提铝得到的固体废弃物，由于二次铝灰中含有氧化铝、氮化铝、金属铝等物质，使其具有较高的回收价值，但二次铝灰中的氮化铝极易与水反应，生产有毒、恶臭的气体，比如氨气等，因此二次铝灰被列为《国家危险废物名录》，属于危险废弃物。
[0003]转炉污泥是转炉烟气系统湿法除尘所产生的废弃物，随着炼钢过程中，废钢比的增加，污泥中锌含量也在增加，因此转炉污泥因其含有较高的铁、锌、钙等金属元素，具有较高的资源回收价值。
[0004]硅铝铁合金是一种用于炼钢生产中的脱氧剂，能有效改善钢液中的夹杂物，提高钢水质量，其中的铝元素能节约铝线的使用，降低成本。目前，硅铝铁合金主要采用熔融金属对掺法和高品质铝土矿碳热还原法，其制备工艺复杂、能耗较高，受原料影响较大。因此，开发固废利用技术来制备硅铝铁铁合金具有广阔的前景。
发明内容
[0005]解决的技术问题：针对现有技术中硅铝铁合金制备过程中存技术问题，本发明提供一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，以二次铝灰协同处理转炉污泥来制备硅铝铁合金，能充分利用二次铝灰中的AlN还原性的特性，降低碳质还原剂的消耗，减少碳排放，将转炉污泥中的锌还原成锌蒸汽，实现气固分离，回收氧化锌粉尘，得到高值化产品;并且金属铝能与转炉污泥中的氧化铁产生铝热反应，将氧化铁还原成金属铁，即可释放热量又促进反应的进行;二次铝灰和转炉污泥中的Al2O3、Fe2O3和SiO2，以及膨润土中的SiO2在高温经过碳热还原生成金属单质，并互溶形成硅铝铁合金。
[0006]技术方案：本发明所述的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：将二次铝灰、转炉污泥、含碳灰、膨润土和渣料机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型;
步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘;
步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，渣料经过破碎返回原料系统。
[0007]优选地，步骤1中二次铝灰、转炉污泥、含碳灰、膨润土和渣料的含水量均<1%。
[0008]优选地，步骤1中混合料配比为二次铝灰20~45份、转炉污泥30~55份、含碳灰7~16份、膨润土5~10份、渣料3~8份。
[0009]优选地，步骤1中转炉污泥的TFe≥40%;含碳灰为烟煤、焦灰和无烟煤中的一种或多种组合，碳含量≥80%;膨润土中SiO2含量≥55%。
[0010]优选地，步骤1中压块成型的尺寸为5×5×3cm。
[0011]优选地，步骤2中高温还原焙烧加热温度为1800~2100℃，保温时间为15~25min。
[0012]优选地，步骤3中渣料的破碎粒度为3~15mm。
[0013]本发明的工作原理：
二次铝灰与转炉污泥进行高温还原焙烧的化学反应过程：
Fe2O3+2AlN→2Fe+Al2O3+N2(g)(1);
3Fe3O4+8AlN→9Fe+4Al2O3+4N2(g) (2);
2Al+Fe2O3→2Fe+Al2O3 (3);
3ZnO+2AlN→3Zn+Al2O3+N2(g)(4);
碳热还原化学反应过程：
2Fe2O3+3C→4Fe+3CO2(g) (5);
Fe3O4+2C→3Fe+2CO2(g)(6);
2ZnO+C→2Zn+CO2(g)(7);
由图2可知，式(1)、式(2)和式(4)中氮化铝对各金属氧化物的反应吉布斯自由能均小于零，表明反应能自主进行;而碳质还原剂的式(5)~(7)的还原中，若需小于零的吉布斯自由能，需要较高的温度。由此可知，氮化铝还原金属氧化物相较于碳质还原剂，所需温度较低，能够节约能耗，并且二次铝灰中存在少量的Al，能够还原铁氧化物(式(3))产生铝热反应，放出的热量可能促进各个反应的进行。综上所述，氮化铝的还原反应在热力学上是可行的，并具有较好的热力学效果，表明二次铝灰协同转炉污泥，脱除污泥中的锌并制备硅铝铁合金的技术方案在理论上是可行的。
[0014]与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明的处理方法以二次铝灰协同处理转炉污泥来制备硅铝铁合金，能充分利用二次铝灰中的AlN还原性的特性，降低碳质还原剂的消耗，减少碳排放，将转炉污泥中的锌还原成锌蒸汽，实现气固分离，回收氧化锌粉尘，得到高值化产品;并且金属铝能与转炉污泥中的氧化铁产生铝热反应，将氧化铁还原成金属铁，即可释放热量又促进反应的进行;二次铝灰和转炉污泥中的Al2O3、Fe2O3和SiO2，以及膨润土中的SiO2在高温经过碳热还原生成金属单质，并互溶形成硅铝铁合金;
2、该方法以危废二次铝灰和含锌固废转炉污泥为原料，膨润土即充当粘结剂也为硅元素补充剂，渣料充当骨料，并以含碳灰为还原剂，实现多种固危废综合处理，并实现资源回收利用，解决了二次铝灰和转炉污泥环境污染、处置难、资源浪费等问题，降低硅铝铁合金的制备成本;
3、充分利用二次铝灰中AlN和Al的还原特性并还原转炉污泥中的锌铁氧化物得到金属单质，能够降低碳质还原剂的消耗和能耗，过程产物污染少;
4、本发明的工艺流程短、投资少、成本低，实现冶金危废的绿色高附加值利用。
附图说明
[0015]图1为本发明的二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法的流程框图;
图2为本发明的二次铝灰协同转炉污泥处理过程涉及的反应方程吉布斯自由能与温度关系图。
具体实施方式
[0016]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]如图1所示，本发明实施例的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照重量配比将二次铝灰20~45份、转炉污泥30~55份、含碳灰7~16份、膨润土5~10份、渣料3~8份采用机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型，压块成型的尺寸为5×5×3cm;其中，二次铝灰、转炉污泥、含碳灰、膨润土和渣料的含水量均<1%;转炉污泥的TFe≥40%;含碳灰为烟煤、焦灰和无烟煤中的一种或多种组合，碳含量≥80%;膨润土中SiO2含量≥55%。
[0018]步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，加热温度为1800~2100℃，保温时间为15~25min，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘。
[0019]步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，将渣料破碎成3~15mm的粒度返回原料系统。
[0020]本发明的处理方法以危废二次铝灰和含锌固废转炉污泥为原料，膨润土即充当粘结剂也为硅元素补充剂，渣料充当骨料，并以含碳灰为还原剂，实现多种固危废综合处理，并实现资源回收利用，解决了二次铝灰和转炉污泥环境污染、处置难、资源浪费等问题，降低硅铝铁合金的制备成本;以二次铝灰协同处理转炉污泥来制备硅铝铁合金，能充分利用二次铝灰中的AlN还原性的特性，降低碳质还原剂的消耗，减少碳排放，将转炉污泥中的锌还原成锌蒸汽，实现气固分离，回收氧化锌粉尘，得到高值化产品;并且金属铝能与转炉污泥中的氧化铁产生铝热反应，将氧化铁还原成金属铁，即可释放热量又促进反应的进行;二次铝灰和转炉污泥中的Al2O3、Fe2O3和SiO2，以及膨润土中的SiO2在高温经过碳热还原生成金属单质，并互溶形成硅铝铁合金。
[0021]具体的，采用如下实施例1~4对本发明的二次铝灰协同转炉污泥资源化利用方法进行说明：
实施例1：如图1所示，本发明实施例的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照重量配比将二次铝灰21份、转炉污泥35份、焦灰12份、膨润土5份、渣料3份采用机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型，压块成型的尺寸为5×5×3cm。
[0022]步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，加热温度为1850℃，保温时间为23min，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘。
[0023]步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，将渣料破碎成3~15mm的粒度返回原料系统充当骨料。
[0024]实施例2：如图1所示，本发明实施例的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照重量配比将二次铝灰25份、转炉污泥48份、烟煤13份、膨润土5份、渣料4份采用机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型，压块成型的尺寸为5×5×3cm。
[0025]步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，加热温度为2000℃，保温时间为15min，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘。
[0026]步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，将渣料破碎成3~15mm的粒度返回原料系统充当骨料。
[0027]实施例3：如图1所示，本发明实施例的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照重量配比将二次铝灰31份、转炉污泥31份、烟煤13.5份、膨润土5.5份、渣料6份采用机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型，压块成型的尺寸为5×5×3cm。
[0028]步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，加热温度为2100℃，保温时间为15min，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘。
[0029]步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，将渣料破碎成3~15mm的粒度返回原料系统充当骨料。
[0030]实施例4：如图1所示，本发明实施例的一种二次铝灰协同转炉污泥资源化处理方法，该处理方法按照以下步骤进行：
步骤1：按照重量配比将二次铝灰22份、转炉污泥45份、烟煤15.5份、膨润土8份、渣料7.5份采用机械混合均匀，得到混匀料，将混匀料压块成型，压块成型的尺寸为5×5×3cm。
[0031]步骤2：将压块物料进行高温还原焙烧，加热温度为1900℃，保温时间为24min，转炉污泥中的锌元素被还原成锌蒸汽，并在烟气系统中收集得到富氧化锌粉尘。
[0032]步骤3：高温还原焙烧产生的液相通过渣液分离，分离的钢水浇铸成硅铝铁合金块，将渣料破碎成3~15mm的粒度返回原料系统充当骨料。
[0033]以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
说明书附图(2)
