本發明涉及冶金熔渣處理技術領域，具體涉及一種資源化利用粉煤灰的方法。

背景技術：

鋼渣是鋼鐵冶煉過程中的大宗固體廢棄物，年產量大約為5000萬噸，排放溫度約在1600℃，每噸熔融鋼渣蘊含的顯熱約為1.5GJ，其即是一種資源，又蘊含大量高品質顯熱。對鋼渣資源、熱源進行綜合利用，對于鋼鐵企業降低冶煉成本及節能減排意義重大。然而，目前國內鋼渣資源的綜合利用率僅有30％左右，對鋼渣所蘊含的熱源基本沒有回收，造成極大的資源浪費。

鋼渣的主要成分與水泥熟料相近，鋼渣成分依爐型、冶煉鋼種不同有較大范圍的波動。無論何種形式的鋼渣，均含有大量不同形式的鐵，全鐵含量一般在20～30％，其中氧化鐵占20％，MFe含量約占10％。目前對轉爐鋼渣中的鐵回收工藝，主要是將冷態鋼渣進行破碎、研磨，然后再采用磁選的方式回收渣中的鐵，由于鋼渣破碎困難，MFe的回收率較低，其破碎能耗較高，此外回收鐵后的爐渣附加值較低。

粉煤灰是煤粉燃燒后收集的細灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危 害。如何對粉煤灰進行綜合利用，變廢為寶、變害為利，是解決我國電力生產環境污染與資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產所面臨解決的任務之一。經過不斷開發，粉煤灰在建工、建材、水利等各部門得到廣泛的應用，主要以路基、填方、混凝土摻和料、土壤改造等途徑加以利用，但利用附加值較低，需進一步提高其利用附加值。

技術實現要素：

為解決以上技術問題，本發明提供一種資源化利用粉煤灰的方法，該方法不僅可以回收鋼渣中金屬鐵，還能將鋼渣調質轉化為適于生產水泥的原料。

技術方案如下：一種資源化利用粉煤灰的方法，其關鍵在于按以下步驟進行：

步驟(1)：向熔融轉爐渣中加入改質劑將熔融鋼渣的二元堿度調節至1.0-2.0，得到改質的熔融轉爐渣；

步驟(2)：向改質后的熔融轉爐渣中加入其質量15-23％的還原劑，保溫，使其中的鐵氧化物被還原為金屬鐵，得到改質鋼渣與金屬鐵的混合溶體；

步驟(3)：靜置分層，隨后將改質鋼渣與金屬鐵的混合熔體引入高溫熔體旋轉粒化裝置中旋轉粒化；

步驟(4)：在離心力與空氣冷卻的作用下，改質鋼渣與金屬鐵的混合熔體被快速粒化為細小球形顆粒并凝固，分別形成改質爐渣顆粒及鐵珠顆粒；

步驟(5)：將所述改質爐渣顆粒和鐵珠顆粒通過磁選進行分離，分離得到的改質爐渣顆粒呈現非晶態，直接用作水泥生產的原料。

采用本技術方案首先對高溫熔融態的轉爐渣進行改質提鐵，即通過向轉爐排放出的熔渣中加入一定量的還原劑和改質劑，使轉爐渣中的鐵得到還原回收，并將轉爐渣改質成與高爐渣成分接近，用于生產水泥，鋼渣的熱源主要用于渣中鐵氧化物的還原和鋼渣的礦相重構，改質后的轉爐渣與金屬鐵進行分離后， 得到玻璃化率高的非晶態爐渣可以作為水泥的生產原料。

上述還原劑為煤粉，所述改質劑為粉煤灰。粉煤灰中的SiO₂可以調節轉爐渣的堿度與高爐渣堿度相當；粉煤灰中的Al₂O₃可以調節爐渣的熔化性能，改善爐渣的流動性；粉煤灰中的殘炭用于還原轉爐渣中的鐵氧化物。這樣轉爐渣中的鐵氧化物得以還原，在粉煤灰的改質作用下，鋼渣得以高附加值利用，與此同時，粉煤灰也得到高附加值利用。

采用磁選分離設備進行所述磁選分離。

從所述高溫熔體旋轉粒化裝置排出的物料經物料輸送裝置運送至所述磁選分離設備下方進行磁選分離。利用專門的裝置進行物料輸送，有利于節省人力成本。

上述高溫熔體旋轉粒化裝置包括接料筒，該接料筒內設有粒化轉杯，所述接料筒的下部設有物料出口，所述粒化轉杯連接有動力裝置。通過粒化轉杯的離心力將物料甩出而粒化物料，粒化后的物料粒徑較小，無需進行破碎、研磨。

上述粒化轉杯和所述接料筒的內壁之間設有粒料冷卻裝置。粒化后的物料經冷卻后，迅速凝固成固態顆粒，顆粒彼此間不會再粘結在一起。

上述磁選分離設備包括環形的磁選滑軌，所述磁選滑軌位于所述物料輸送裝置的上方，所述磁選滑軌上設有至少一個磁選磁板，所述磁選磁板連接有驅動裝置。采用此方案通過驅動裝置驅動磁選磁板在磁選滑軌上運動，當磁選磁板位于物料輸送裝置上方時可進行磁選，當磁選磁板轉出物料輸送裝置時，可放下磁選出的含鐵顆粒，反復循環，不斷磁選分離。

有益效果：采用本發明的有益效果的對高溫熔融態的轉爐渣進行改質提鐵，即通過向轉爐排放出的熔渣中加入一定量的還原劑和改質劑，使熔渣中的鐵得到還原回收，并將鋼渣改質成與高爐渣成分接近，用于生產水泥，鋼渣的熱源主要用于渣中鐵氧化物的還原和鋼渣的礦相重構，改質后的爐渣與金屬鐵進行 分離后，對爐渣進行水淬處理后得到玻璃化率高的非晶態爐渣可以作為水泥的生產原料。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖；

圖2為高溫溶體旋轉粒化裝置和磁選分離設備的配合結構示意圖；

圖3為磁選分離和物料輸送裝置的配合結構示意圖；

圖4為圖2的A-A'剖面圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。

實施例1，如圖1-圖4所示，一種資源化利用粉煤灰的方法，按以下步驟進行：

步驟(1)：向熔融轉爐渣中加入一定量的改質劑將熔融鋼渣的二元堿度調節至1.0，得到改質的熔融轉爐渣，所述改質劑為粉煤灰；

步驟(2)：向改質后的熔融轉爐渣中加入其質量15％的還原劑，在1500℃下保溫30分鐘，其中的鐵氧化物被充分還原為金屬鐵，得到改質鋼渣與金屬鐵的混合溶體，所述還原劑為煤粉；

步驟(3)：將改質鋼渣與金屬鐵的混合熔體靜置5分鐘，由于二者密度不同，改質鋼渣與金屬鐵的混合溶體開始出現分層，隨后將改質鋼渣與金屬鐵的混合熔體引入高溫熔體旋轉粒化裝置中旋轉粒化；

步驟(4)：在離心力與空氣冷卻的作用下，改質鋼渣與金屬鐵的混合熔體被快速粒化為細小球形顆粒并凝固，分別形成改質爐渣顆粒及鐵珠顆粒；

步驟(5)：將所述改質爐渣顆粒和鐵珠顆粒通過磁選進行分離，分離得到的改質爐渣顆粒呈現非晶態，可以直接用作水泥生產的原料。

所述高溫熔體旋轉粒化裝置和磁選分離設備之間設有物料輸送裝置9，從所 述高溫熔體旋轉粒化裝置排出的物料經物料輸送裝置9運送至所述磁選分離設備進行磁選分離。

所述高溫熔體旋轉粒化裝置包括接料筒1，該接料筒1內設有電機支架，該電機支架上設有電機支承臺6，該電機支承臺6上方設有粒化轉杯2，所述粒化轉杯2的中心線與所述接料筒1的筒心線重合，所述粒化轉杯2連接有動力裝置，該動力裝置為轉杯電機5，該轉杯電機5的殼體安裝在所述電機支承臺6的下表面，該轉杯電機5的輸出軸向上穿出所述電機支承臺6，所述粒化轉杯2的底面與所述轉杯電機5的輸出軸固定連接，所述粒化轉杯2的中心線與所述轉杯電機5的輸出軸軸線重合。

所述粒化轉杯2的杯壁上設有多個粒化孔3，所述接料筒1的下部設有物料出口7，所述電機支承臺6的上表面設有環形的轉杯電磁鐵4，該轉杯電磁鐵4圍繞所述轉杯電機5的輸出軸設置，所述轉杯電磁鐵4連接有電源線17，該電源線17的一端與所述轉杯電磁鐵4連接，另一端穿出所述接料筒1后連接有電源，所述電源線17上包裹有耐高溫防護套，耐高溫防護套可保護電源線17不被高溫燙壞或過早老化。

所述粒化轉杯2和所述接料筒1的內壁之間設有粒料冷卻裝置8，所述粒料冷卻裝置8為環形管，該環形管固定安裝在所述接料筒1的筒口處，該環形管沿所述接料筒1的內壁一圈設置，所述環形管上設有多個冷卻液噴灑口，所述冷卻液噴灑口朝向所述接料筒1的內壁，冷卻液噴灑口在冷卻過程中以一定的壓力不斷朝接料筒1的內壁噴出冷卻液，噴出的冷卻液裝撞擊到接料筒1的內壁上被分散為小顆粒，朝各個角度發散出去，擴大了冷卻面積。

所述物料輸送裝置9位于所述接料筒1和磁選分離設備下方，所述物料輸送裝置9為皮帶輸送機，該皮帶輸送機的兩側沿其長度方向設有擋料板10，所述物料出口7位于所述皮帶輸送機進料端的正上方，所述磁選滑軌11靠近所述 皮帶輸送機的出料端。

所述磁選分離設備包括環形的磁選滑軌11，該磁選滑軌11沿所述物料輸送裝置9的長度方向設置，所述磁選滑軌11的一段軌道向下的正投影落在所述物料輸送裝置9上，所述磁選滑軌11剩余段的軌道向下的正投影落在所述物料輸送裝置9外側，所述磁選滑軌11上設有至少一個磁選磁板12，所述磁選磁板12連接有驅動裝置。

所述驅動裝置包括位于所述磁選滑軌11上方的主動輪18和從動輪16，所述主動輪18連接有驅動電機15，所述主動輪18和從動輪16上繞設有同一個傳動皮帶13，所述磁選滑軌11與所述傳動皮帶13對應設置。

所述磁選磁板12包括磁板殼體12a，該磁板殼體12a內設有磁選電磁鐵12b，所述磁板殼體12a的外壁固定有電極固定臂12d，該電極固定臂12d上正對設有兩個電極接頭12c，兩個所述電極接頭12c分別與所述磁選電磁鐵12b的兩根電源線電連接；

在所述磁選滑軌11上設有一段通電接頭x，通電接頭x位于所述物料輸送裝置9正上方，該通電接頭x包括兩個正對設置的條形電源片x1，兩個所述條形電源片x1均沿所述磁選滑軌11的走向設置，兩個所述條形電源片x1分別連接電源的正負極，兩個所述條形電源片x1的邊緣分別向內彎折，兩個所述條形電源片x1之間形成電極連接槽，所述磁選磁板12沿所述磁選滑軌11的走向滑動時，兩個所述電極接頭12c進入所述電極連接槽，并分別與對應的條形電源片x1接觸而通，使用時，磁選磁板12的電磁鐵在轉動至物料輸送裝置9正上方后，電極接頭12c和條形電源片x1接觸而自動通電生磁，在轉出物料輸送裝置9正上方后，電極接頭12c和條形電源片x1脫離而自動斷電消磁。

所述傳動皮帶13上設有四個同步塊14，所述磁選滑軌11上分別對應設有四個滑塊，每個所述同步塊14的上部分別與所述傳動皮帶13固定連接，每個 所述同步塊14的下部分別與對應的所述滑塊固定連接，每個所述同步塊14的下端面上分別連接有一個所述磁選磁板12，所述磁選磁板12沿所述物料輸送裝置9的寬度方向設置，該磁板殼體12a的外壁與所述同步塊14固定連接。

使用時，首先向所述粒化轉杯2內加入含鐵熔渣，給所述轉杯電磁鐵4通電后，熔渣中的鐵(熔融)會主動向粒化轉杯2的中下部流動聚集，通過轉杯電機5驅動粒化轉杯2旋轉利用離心力將含鐵熔渣甩出，由于渣、鐵密度、表面張力的不同，以及通過轉杯電磁鐵4對含鐵的富集后，甩出的顆粒狀物質分為含鐵顆粒和無鐵顆粒，含鐵顆粒中鐵的純度較高，甩出的含鐵顆粒和無鐵顆粒通過粒料冷卻裝置8被迅速冷卻，彼此間不會再黏連在一起，二者統一通過物料出口7落入物料輸送裝置9，進而被運送到磁選分離設備下方，磁選分離設備運轉時，所述磁選滑軌11與所述皮帶輸送機相向運動，這樣被篩選后僅留有無鐵顆粒不斷從物料輸送裝置9的出料端排出，被磁選磁板12選中的含鐵顆粒轉出物料輸送裝置9后，磁選磁板12斷電從而將含鐵顆粒放下，然后待磁選磁板12轉入物料輸送裝置9上方后再次給磁選磁板12通電進行下一輪磁選。

實施例2，一種資源化利用粉煤灰的方法，本實施例與實施例1的不同之處在于：步驟(1)中加入改質劑后將熔融轉爐渣的二元堿度調節為2.0，步驟(2)中向改質后的熔融轉爐渣中加入其質量23％的還原劑。

實施例3，一種資源化利用粉煤灰的方法，本實施例與實施例1的不同之處在于：步驟(1)中加入改質劑后將熔融轉爐渣的二元堿度調節為1.5，步驟(2)中向改質后的熔融轉爐渣中加入其質量19％的還原劑。

最后需要說明的是，上述描述僅僅為本發明的優選實施例，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不違背本發明宗旨及權利要求的前提下，可以做出多種類似的表示，這樣的變換均落入本發明的保護范圍之內。