本發明屬于鋼渣加工處理技術領域，涉及鋼渣全資源化利用，特別涉及一種鋼渣生產高活性鋼渣粉和惰性礦物產品的工藝。
背景技術：
鋼渣是煉鋼排出的固體廢物，其產率一般為粗鋼產量的15％。據歐浦鋼網國內月度粗鋼產量，2015年我國粗鋼總產量為8.0053億t，則每年產生約1.2億t鋼渣。國家工信部公布的近年鋼渣綜合利用率不超過21％，年新增0.95億t廢棄的鋼渣，影響著煉鋼生產排渣暢通，也占用寶貴的土地并造成環境污染，因此需要研發新技術提高鋼渣的資源化利用率。
鋼渣的利用問題關鍵是要解決原渣選除有價金屬后尾渣的利用，鋼渣尾渣(簡稱鋼渣)最主要應用途徑是作為水泥混合材或混凝土摻合料。該方式具有處理量大、應用面廣、產品附加值較高等優勢，但也存在著鋼渣粉活性低摻入到水泥中會造成水泥強度低、凝結時間長，以及可能導致水泥安定性不良等問題。鋼渣粉活性低是鋼渣在水泥或混凝土中應用最大的技術障礙，特別是在我國水泥、混凝土建材行業產能過剩大環境中，該問題導致鋼渣粉不適應產品性能競爭的要求，許多鋼渣粉磨和分選加工企業艱難地維持生產，甚至轉產或關停。
鋼渣中含有與硅酸鹽水泥熟料相似的水化活性礦物，如硅酸鈣、鐵酸鈣、鐵鋁酸鈣和f-CaO等，因此用作水泥混合材或混凝土摻合料；鋼渣中還含有水化惰性礦物(簡稱惰性礦物)，包括金屬Fe、Fe3O4和RO相，RO相是MgO、FeO、MnO等二價金屬氧化物的固溶體。這些惰性礦物不具有水化活性，它們的含量越高鋼渣的水化活性越低。鋼渣粉產品中這些惰性礦物含量較高是制約產品性能的主要因素，例如，以剔除塊狀渣鐵后的尾渣為原料，并且粉磨過程中選除渣鐵小顆粒，鋼渣粉產品中Fe含量1.4～3.5％，Fe3O4含量4.2～7.1％，RO相含量35.4～36.5％，惰性礦物總量為41.1～47.2％。因此，近年來從鋼渣中選除惰性礦物，以求改善鋼渣粉的活性成為新技術發展的方向。
“一種鋼渣高效回收再選處理的方法”【專利號CN102688880 A】，其目的在于最大程度地從鋼渣中選出并回收金屬鐵，以尾渣為原料制成鋼渣粉。該技術的方案是塊狀鋼渣逐級破碎解離并磁選提取出塊狀或大顆粒的金屬鐵，獲得-5mm尾渣經過輥式磨預粉磨制成鋼渣粉半成品。鋼渣粉半產品經氣力分級提出粗粉由磁選機提純獲得鐵粉產品；細粉由球磨機粉磨至比表面420m2/kg為鋼渣粉產品。該發明的技術缺陷：因其技術方案是建立在未認識到鋼渣中主體惰性礦物是RO相的基礎上，故只關注到鋼渣中金屬鐵的提取，未意識到鋼渣中主導惰性礦物(RO相)的分選效果。輥式磨預粉磨制成鋼渣粉半產品的比表面面積小于150m2/kg，RO相礦物的單體綜合解離度不足50％，由磁選獲得鐵粉產品(實際上是惰性礦物產品)中硅酸鹽礦物的雜質多，產品的鐵品位低；由分級細粉和磁選尾礦由球磨磨細制成的鋼渣粉產品，由于入磨物料中惰性礦物含量較高，即使將鋼渣粉的粉磨細度很高，其活性仍不會有顯著的提高。
“一種鋼渣制備鋼渣砂、活化渣粉和RO相的方法”專利【專利號CN 104446022】，其目的在于提供一種鋼渣制備鋼渣砂、活性粉渣和RO相的方法，使鋼渣中水硬性礦物與RO相分離并得到利用。該技術的方案采用兩段間歇粉磨、一級干式選粉和磨內沉積料再分離的4步工藝。具體實現方法是將鋼渣閉路預粉磨到-10mm，再經解離性粉磨為-1.8mm的粉料，將粉料入選粉機以80μm為切割粒徑分選。細料即為活性粉渣，粗料即為鋼渣砂。取出兩段粉磨時磨機內的沉積富集料，作為RO相和鋼粒的混合料，除鐵得RO富集料，再重力分選再提純RO相時雜質為活化渣粉。該發明有以下技術缺陷：(1)鋼渣解離粉磨為-1.8mm粉料，而鋼渣中RO相一般平均粒度約30μm，該粒度水平達不到RO相礦物單體解離目標；，并且未達到物料礦物粒徑水平時粉磨過程作用不能明確體現礦物之間抗粉磨性的差異，使這些難磨的惰性礦物在粗粒級富集。(2)粉料的氣力分選以80μm切割粒徑分級，該粒度遠大于鋼渣中三種惰性礦物的本征粒徑，故粗粉、細粉中惰性礦物含量差異不大，難以達到礦物成分分選要求。分選后兩種產品中活性粉渣的惰性礦物含量還較高，其水化活性沒有明顯的提高；鋼渣砂中惰性礦物也沒有很好地富集，純度遠低于設計要求。(3)從磨機內取出沉積富集料制備RO相，需要停磨、取料、分選，不僅工序復雜、成本高，還存在粗顆粒中惰性礦物單體解離度低，產品鐵品位難以利用等問題。至于該方案要解決的惰性礦物在難磨影響粉磨作業問題，可采用立磨將難磨的大顆粒料從磨盤周圍排出，選除渣鐵顆粒后再返回磨內繼續粉磨。
“一種提高鋼渣水化活性的方法”專利【專利號ZL 2013 1 0299049.7】，其目的在于提高鋼渣粉產品的水化活性，采用分選出鋼渣中主體惰性礦物RO相的技術方案。具體技術路線是采用重力分選、磁力分選和靜電力力分選基本技術手段及其簡單組合方式，能顯著地提高鋼渣粉產品的水化活性，解決了鋼渣粉活性低難以利用的問題。該技術仍然存在如下的不足：分選出高活性鋼渣粉后剩余的富含RO相等惰性礦物的物料，TFe<40％，遠低于YB/T 4267—2011《鐵礦石產品等級的劃分》最低等級(五等品)TFe≥54％的指標；同時其中磁性物總量<70％，也低于MT/T 1017—2007《選煤用磁鐵礦粉》磁性物含量≥95％的指標。因此，“一種提高鋼渣水化活性的方法”專利雖然解決了鋼渣粉活性低的問題，剩余的富含惰性礦物的物料，無論是作為鐵礦石還是用作選煤的磁鐵礦，都未達到產品的指標故難以利用，易造成新的工業產品廢棄。
綜上所述，現有鋼渣尾渣加工生產鋼渣粉技術，或者有鋼渣粉產品活性低，不適應市場要求的問題，或者是惰性礦物產品的品位低難以利用，因此，需要開發新的技術使鋼渣全資源化利用。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種鋼渣生產高活性鋼渣粉和惰性礦物產品的工藝，將鋼渣加工成高活性鋼渣粉和高鐵品位的惰性礦物產品以及水泥鐵質原料，實現鋼渣的全資源化利用。
為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：
鋼渣生產高活性鋼渣粉和惰性礦物產品的工藝，包括如下步驟：
步驟Ⅰ，干法粉磨
將原鋼渣逐級破碎解離出塊狀渣鐵，每級破碎后由磁選回收鋼渣中金屬鐵。破碎粒度至-5mm的尾渣入磨機干法粉磨制成鋼渣粉，分段粉磨出磨的中間產品和閉路粉磨的粗粉，需經過磁選剔除渣鐵顆粒后入磨繼續粉磨。應首選立式輥磨、輥壓機等高壓料層粉碎設備，所制備的鋼渣粉顆粒均勻性系數高，惰性礦物解離度大，有利于后續的分選作業。
鋼渣干法粉磨制備鋼渣粉，基本功能是實現惰性礦物與脈石礦物的解離，鋼渣粉細度控制指標是以達到RO相的礦物綜合解離度≥90％的要求。
步驟Ⅱ，氣力分選
將鋼渣粉在空氣介質中用選粉機分選，獲得粗、細兩種物料。Fe、Fe3O4、RO相三種惰性礦物硬度大抗粉磨性強，在鋼渣的粗粒級中富集度高，而且這些惰性礦物密度大。氣力分選過程中因密度效應和粒度效應，這些惰性礦物在重力場或離心場中運動速度大，與活性礦物顆粒運行軌跡發生偏離而得到分選。通過選粉機的粒度分級作用，實現了鋼渣中惰性礦物與活性礦物成分的分選。一般-38μm粒級范圍內惰性礦物含量是粒徑的增函數，通過降低分選的中位分離點(切割粒徑)來減小細粉(高活性鋼渣粉)中惰性礦物含量，使高活性鋼渣粉質量達到技術指標。
步驟Ⅲ，干法磁選
將粗粉進行干法磁選加工，得到粗精礦和粗尾渣。三種惰性礦物(RO相、Fe3O4和Fe)都屬于磁性礦物，硅酸鹽等活性礦物為非磁性礦物，以磁性特征分選作用可實現鋼渣中惰性礦物與活性礦物的分選。磁選剔除粗粉中夾雜的活性礦物而得到的精礦為粗精礦，拋出的尾礦為粗尾渣。
干法磁選粗粉提純的粗精礦，還需要再進入后續的濕磨和濕磁選系統。該子系統的意義不僅在于減少后續加工料量、提高濕磁選原料的品位，而且因降低了物料中活性礦物含量，弱化或消除了活性礦物在濕磨、濕磁選過程中水化膠凝作用對作業的不利影響。粗精礦中惰性礦物總含量一般不低于67.0％。
步驟Ⅳ，濕法粉磨
粗精礦經濕法粉磨制成細料漿，料漿中三種惰性礦物的單體解離度均不低于99％。為保證細料漿顆粒粒度的均勻性，應采用閉路粉磨系統。
步驟Ⅴ，濕法磁選
細料漿經濕法磁選得到的精礦為濕惰性礦物，尾礦為濕水泥鐵質原料。濕惰性礦物的鐵品位由調節磁選機磁感應強度或磁場梯度來實現，降低兩者數值均可以減小礦粒的磁場力，提高惰性礦物產品的鐵品位。惰性礦物產品中三種惰性礦物的含量與產品的鐵品位、磁性物含量三者是一致的，產品的磁性物含量控制不低于96％。
步驟Ⅵ，脫水
濕惰性礦物和濕水泥鐵質原料分別經壓濾裝置或抽濾裝置脫水，原含水率約為35％的料漿，轉變為含水約為8％的惰性礦物產品和水泥鐵質原料。濕磨、濕選過程中，物料中活性礦物會水化喪失其作為水泥混合材的價值，同時鋼渣中f-CaO基本水化消解，改善了物料的安定性。磁選得到的尾渣盡管鐵品位較低，但化學成分(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比一般≥4.0，是理想的水泥生料鐵質校正原料；同時因其具有良好的體積穩定性也可以作為路基材料和建筑工程回填材料。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
(1)去除渣鐵后的鋼渣尾渣經充分粉磨解離，使RO相單體礦物綜合解離度達到90％，再經超細選粉機分選獲得高活性鋼渣粉產品。與現有技術相比產品活性指數有顯著的提高，這不僅在于惰性礦物的充分解離，而且在于針對惰性礦物小粒級含量低的分布特征，采用≤20μm的切割粒徑，顯著地降低了產品中惰性礦物含量。
(2)生產出高附加值的惰性礦物產品。將富含惰性礦物氣力分選的粗粉，經干法磁選、濕法粉磨和濕法磁選，獲得磁性物含量≥96％的惰性礦物產品。本發明的濕法粉磨和濕法磁選子系統均屬于區別技術特征。
(3)工藝過程銜接科學合理。在氣力分選和干法磁選作業先后次序上，鑒于-15μm細粉具有較強的附著性，在干法磁選過程中堆積態顆粒的強附著力，以及顆粒對磁選設備的強附著力，使得礦物顆粒受到的競爭力顯著提高而難以磁選；而氣力分選作業時粉體物料處于懸浮狀態，粉體的細度對分選作業影響不大，故確定先經氣力分選得到粗粉再用磁選的工藝銜接次序。
(4)實現了鋼渣的全資源化利用。這不僅體現在將鋼渣全部加工轉化為三種工業產品，無廢渣排放，而且還在于加工過程中水全部循環利用，無廢水和有害氣體排放。
附圖說明
圖1為鋼渣加工處理的工藝流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
結合圖1對本發明的工藝流程說明如下：
鋼渣原料先經過步驟Ⅰ干法粉磨，逐級破碎使塊狀金屬鐵解離并磁選去除渣鐵，-5mm的尾渣入磨制成鋼渣粉。一般鋼渣粉比表面積為300m2/kg，其中的RO相礦物單體解離度≥90％。采用分段粉磨出磨的中間產品或閉路粉磨的粗粉，經磁選去除解離的渣鐵后再入磨繼續粉磨。
鋼渣粉進入步驟Ⅱ氣力分選，經超細選粉機分選出細粉和粗粉。細粉即高活性鋼渣粉產品，通過調節選粉作業切割粒徑實現高活性鋼渣粉產品的質量控制，切割粒徑的控制參數為≤20μm。惰性礦物在粗粉中富集，由后續作業加工提純。
粗粉進入子系統Ⅲ干法磁選，經干法細粉料磁選機分選出磁性料和非磁性料。非磁性料即為粗尾渣，其主要成分是粗粒度的活性礦物，返回到磨機內與原鋼渣尾渣一起粉磨。磁性料即為粗精礦，其中不僅夾雜解離態的活性礦物顆粒，還有聚集態的活性礦物顆粒，需后續作業進一步粉磨解離和分選。
粗精礦進入子系統Ⅳ濕法粉磨，與水混合后閉路粉磨制成細料漿。細料漿顆粒全部通過65μm篩，可到達惰性礦物解離度99％的要求。
細料漿進入子系統Ⅴ濕法磁選分選出磁性料漿和非磁性料漿。磁性料漿為濕惰性礦物產品，通過調節磁選機的磁感應強度或磁場梯度使產品品質達到技術指標。非磁性料漿為濕水泥鐵質原料。磁選機的磁感應強度≤0.8T。
濕惰性礦物和濕水泥鐵質原料進入子系統Ⅵ脫水，分別經壓濾裝置或抽濾裝置脫水制成兩種含水率約8％的兩種產品。惰性礦物產品中磁性物含量≥96％，鐵品位TFe≥55％，滿足鐵礦石五等品技術指標和選煤用磁鐵礦物粉的技術指標。水泥鐵質原料不僅能用作水泥生料配料的鐵質校正原料，也可用作路基材料和建筑工程回填材料。脫出的水分收集返回到子系統Ⅳ濕法粉磨，與粗粉混合循環使用。
本發明可以選用原狀鋼渣為原料從鋼渣破碎、磁選除鐵開始加工，也可以選用市場上的鋼渣粉直接氣力分選。
實施例1
山西某鋼鐵公司生產的鋼渣由輥壓機粉磨制成鋼渣粉，比表面積為310m2/kg。采用GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》檢驗，鋼渣粉活性指數：3d為74％，7d為78％，28d為82％。測定鋼渣粉中三種惰性含量：Fe含量1.25％，Fe3O4含量5.25％，RO相的含量34.87％，惰性礦物總含量41.37％。鋼渣粉采用工業小型超細粉選粉機以18μm為切割粒徑分選，得到高活性鋼渣粉產品。高活性鋼渣粉的活性指數：3d為80％，7d為88％，28d為91％。經氣力分選鋼渣粉活性指數提高約10％，其惰性礦物總含量為8.96％，產品質量完全滿足市場要求。
粗粉中惰性礦物總含量為51.42％，經工業型環形移動磁系干式細粉料磁選機(ZL 201510430.9)分選，粗精礦中惰性礦物總含量為71.23％。粗精礦用Φ150×100型錐形球磨機濕法粉磨至全部通過65μm篩，用SLon-100周期式脈沖高梯度磁選機(背景磁場0.774T)分選，然后將精礦、尾礦分別抽濾脫水。精礦為惰性礦物產品，鐵品位64.30％，磁性物含量96.7％，達到了鐵礦石或選煤用磁鐵礦粉的技術指標要求。尾礦為水泥鐵質原料，(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比大于5，MgO含量≤6.0％，是理想的水泥生料鐵質校正原料；在水泥中摻入50％用壓蒸法檢驗試體的膨脹率＜0.5％，也可作為作路基材料和建筑工程回填材料。
實施例2
云南某鋼鐵公司生產的鋼渣由球磨工業設施粉磨制成鋼渣粉，其比表面積為400m2/kg。采用GB/T 20491-2006《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》檢驗，鋼渣粉活性指數：7d為68％，28d為75％。測定鋼渣粉中三種惰性含量：Fe含量2.04％，Fe3O4含量6.05％，RO相的含量35.43％，惰性礦物總含量43.52％。
鋼渣粉采用工業小型超細粉選粉機以18.1μm為切割粒徑分選，得到高活性鋼渣粉產品。高活性鋼渣粉的活性指數：7d為79％，28d為87％。經氣力分選鋼渣粉活性指數提高約12％，惰性礦物總含量為9.52％，鋼渣粉產品質量有很大的提高。
粗粉中惰性礦物總含量為45.77％，經工業型環形移動磁系干式細粉料磁選機(ZL 201510430.9)分選，粗精礦中惰性礦物總含量為68.41％。粗精礦用Φ150×100型錐形球磨機濕法粉磨至全部通過65μm篩，用SLon-100周期式脈沖高梯度磁選機(背景磁場0.774T)分選，然后將精礦、尾礦分別抽濾脫水。精礦為惰性礦物產品，鐵品位62.13％，磁性物含量96.8％，達到了鐵礦石或選煤用磁鐵礦粉技術指標要求。尾礦為水泥鐵質原料，(FeO+Fe2O3)/Al2O3含量比大于6，MgO含量≤6.5％，可以用作水泥生料的鐵質校正原料；在水泥中摻入50％用壓蒸法檢驗試體的膨脹率＜0.5％，也可用作路基材料和建筑工程回填材料。