LF炉精炼渣资源化特性

收稿日期：2008-03-20

基金项目：安徽省科技平台项目（06094039）

作者简介:任雪（1983-），女，山东青岛人，硕士生。

文章编号：1671-7872（2009）04-0338-03LF 炉精炼渣资源化特性

任雪,李辽沙

（安徽工业大学安徽省冶金工程与资源综合利用重点实验室，安徽马鞍山243002）

摘要：采用化学成份分析、XRD ，SEM ，EDS 对LF 炉精炼渣资源化特性进行检测、分析。结果表明：LF 炉精炼渣中w (Al 2O 3)=20%～40%,主要存在两个含铝矿物相C12A7，C3A 。其中：C12A7为基底相，C3A 呈中心对称的条索状三维结构，易于机械单体解离，便于选矿分离利用。此外，LF 炉渣中w (f-CaO)＜10%，w (C3A)=21.67%,w (C12A7)=58.67%，C12A7相中w (Al 2O 3)=78.86%。LF 炉精炼渣活性较高，极易通过化学手段将原有结构破坏，无需煅烧，可直接进行酸碱处理提取Al 2O 3。

关键词：LF 炉精炼渣；资源化特性；Al 2O 3

中图分类号：TF111.173文献标识码：A doi :10.3969/j.issn.1671-7872.2009.04.003

Resources Characteristics of LF Refining Slag

REN Xue,LI Liao-sha

(Anhui Provincial Key Laboratory of Metallurgy Engineering &Resources Recycling,Anhui University of Technology,Ma'anshan 243002,China)

Abstract:The properties of LF refining slag were studied with compositional analysis,XRD,SEM,EDS,etc.The results showed that LF refining slag with w (Al 2O 3)=20%～40%,has two main phase:C3A and C12A7.C12A7is basis phase,and C3A phase is central symmertrical 3-D structure with clavated antenna extending in different directions.It is easy to separate mechanically and utilize after mineral processing.In addition,w (f-CaO)＜10%,while w (C3A)is about 21.67%,and w (C12A7)is about 58.67%in LF refining slag,and w (Al 2O 3)in C12A7is about 78.85%.High activated LF refining slag was easily destroyed by chemical means,and Al 2O 3can be extracted through acidolysis without calcineding.

Key words :LF-refining slag;resources characteristics;Al 2O 3

一般LF 炉精炼渣中w (Al 2O 3)=20%～40%，与低品位铝土矿相当。普通LF 炉渣的渣相组成为钙铝和硅钙系复杂物相，具有在冶金生产中再生利用的价值[1]。近几年，对普通LF 炉渣粗放式利用的研究虽已逐步展开，如利用LF 渣熔融态的残余热量对其进行循环利用[2]，但渣的可用性和经济性较弱，且该利用方法建立在冶炼同种钢的基础上，应用范围较窄。预熔型LF 炉精炼渣(也叫铝酸钙)具有成份均匀、熔点低、熔速快、可缩短精炼时间、不含氟等特点，越来越受到重视[3]，但是对它的利用仅停留在工艺的探索上，高附加值、精细化利用的研究鲜有报道[4]，难以对其进行高效、综合的利用。所以有必要对该渣系资源化特性开展相应研究，为实现该资源的高效、合理利用提供参考。

1渣样选取、制备与检测

1.1渣样选取

表1为国内外一些钢铁企业LF 炉精炼渣的主要成份[5-9]。由表1可以看出，LF 炉精炼渣主要成份为CaO ，Al 2O 3，SiO 2和MgO ，其中w (Al 2O 3)基本在20%～40%间波动，R 4在1.3~1.9之间。本实验渣样选取马钢股份

Vol.26No.4

安徽工业大学学报第26卷第4期October 2009

J.of Anhui University of Technology 2009年10月

第4期

炉精炼渣资源化特性339

任雪等:LF

有限公司所产LF炉无氟预熔精炼渣。

表1一些企业LF炉精炼渣成份（w/%）

企业Al

O3CaO MgO SiO2TFe CaF2S MnO R4(平均)

Columbus钢厂20~2148~456~6.39~200~14~1.51天钢36~4042~48＜57~8~1.31鞍钢13.92~26.5646.85~53.638.06~8.3212.10~19.30 2.12~3.28~1.7宝钢29.5049.008.009.80~1.46马钢18.88~33.5343.55~53.49 3.92~5.55 1.11~14.230.68~2.670.33~0.560.10~0.46~1.57 1.2渣样制备

(1)预处理。将块状LF炉精炼渣破碎后进行磁选，以分离其中夹杂的铁屑。

(2)化学分析制样。使用QM-3SP2J行星式球磨机研磨LF炉精炼渣，研磨后粉末粒度-75μm。

(3)SEM制样。选取截面积＞2cm2的小块LF炉精炼渣，打磨、抛光直至该块状样品出现光泽的镜面。1.3检测方法

(1)化学成份分析。应用上海凯悦电子科技有限公司生产的MDX1000型X射线荧光光谱仪对渣样进行化学成份检测。

(2)XRD分析。应用瑞士产X'TRL型X射线衍射仪。

(3)结构形貌分析。应用重庆光电仪器有限公司生产的XTZ-1/1A型正置矿相显微镜，和荷兰飞利浦公司生产的PSVPS XL30型扫描电子显微镜，观察样品矿物形貌、尺寸及分布状态。

(4)矿相物质组成。应用美国EDAX XL30能谱仪测定矿相的物质组成。

2检测结果与表征

2.1LF炉精炼渣化学组成与矿物构成LF炉精炼渣化学成份检测结果(质量分数)为：Al2O336.81%，CaO 52.75%，MgO

3.71%，SiO21.63%，TFe3.21%，S0.58%，MnO0.08%，其它1.23%，R4~1.5。结合表1可初步推断，LF炉渣的主要由钙铝或硅铝酸盐构成。

在1.3~1.9之间，其中CaO质量分数可达50%甚至更高，使由于LF炉精炼渣为还原渣系，四元碱度R

得精炼渣中可能产生游离氧化钙（f-CaO）。图1为XRD分析结果,图1表明LF炉精炼渣中Ca，Al元素的矿相组成为C3A(3CaO·Al

O3)，C12A7(12CaO·7Al2O3)，并且存在一定量的f-CaO。

2.2LF炉精炼渣的矿物形貌

图2为LF炉精炼渣块状样品在矿相显微镜下的形貌图，从图2可以看出，LF炉精炼渣主要有两个物相。将其中颜色较深的物相称为A相，其余称为B相。A相为较完整的结晶形貌，以中心为对称，可以推断其枝状结构在三维空间呈辐射状生长。镜像统计表明，该相体积分数约60%。B相为基底相，颜色较浅，体积分

数约40%。

2.3LF 炉精炼渣的能谱分析图3为LF 炉精炼渣的扫描电镜图，其中白色微小

斑点为f-CaO 。表2为LF 炉精炼渣的X 射线能谱

(EDS)分析结果（共3次的平均结果，最大相对误差小

于3%）。结合XRD 物相分析结果，可以判断A ，B 两相

中，A 相为C3A ，B 相为C12A7。由于C3A 熔点高于

1600℃，而C12A7的熔点在1400℃以下[10]，所以在渣

降温的过程中，熔点较高的C3A 先于C12A7析出，其

晶体在三维空间有足够的时间与空间生长，所以结晶

较完整，平均粒径在100μm 以上。

由表2可知，渣中Mg 基本固溶在该两相中，Si 仅固溶于C3A 中。这是因为C3A 中CaO ，Al 2O 3的质量分数比较大，碱度较C12A7高很多，与酸性氧化物SiO 2结合的趋势更强，所以SiO 2更易固溶于C3A 中。

根据表2中数据计算，A 相Ca ，Al 原子数分数比为1.58，B 相Ca ，Al 原子数分数比为0.98，而C3A 的Ca ，Al 原子数分数比为1.5，C12A7的Ca ，Al 原子数分数比为0.86，通过对比可断定A 相为C3A ，B 相为C12A7。但是，A ，B 两相实测Ca ，Al 原子比均高于理论数值，原因是少量f-CaO 的存在。结合表2，3数据，可推算出C3A ，C12A7和f-CaO 在LF 精炼渣中的相对比例。

元素表2LF 炉精炼渣的X 射线能谱(EDS)分析表

A 相

B 相

质量分数/%原子数分数/%质量分数/%

原子数分数/%Mg K 2.75 3.86 5.26

7.09Al K 27.2434.4736.91

44.79Ca K 63.8054.3553.50

43.70Si K 4.73 5.75S K 1.47 1.57 4.33

4.42总量100.00100.00由表2可得，A 相在扣除杂质组份后，其中w （C3A ）=9

5.13%；B 相中的w （C12A7）=87.85%。假设100g LF 炉精炼渣中含有a (g)C3A,b(g)C12A7，则：

a /0.9513+

b /0.8785=52.75+36.81=89.5694a /262+658b /1330=36.8 1圯a =21.67b =58.6 7

由此可知：LF 炉精炼渣中w (C3A)=21.67%，w (C12A7)=58.67%，w (f-CaO)=9.22%。

3LF 炉精炼渣资源化特性评价

预熔型LF 炉精炼渣中铝含量较一般LF 炉渣高得多，且其中仅有C3A 和C12A7两个矿相，结构较为简单，两相中均夹杂一定的f-CaO ，使得晶体结构不如纯物质致密，晶体结构中空隙较大，极易通过化学手段破坏原有结构，从中提取有价元素铝。含铝矿物如铝土矿多采用碱法(拜尔法)处理得到氧化铝，但使用的NaOH,Na 2CO 3等浸出剂为工业产品，成本较高。含铝较高的粉煤灰、煤矸石等二次资源中Al 2O 3活性太低，必须先经过高温煅烧加以活化[11-12]，才能通过化学手段提取Al 2O 3，运行成本较高。LF 炉渣的基底相C12A7活性大，其中f-CaO 含量相对较高，根据计算，LF 炉精炼渣中C12A7相的w (Al 2O 3)=78.86%，所以，通过机械研磨，容易实现C3A 与基体相C12A7的单体解离，并可通过浮选分离、利用。或直接通过酸碱浸取等方式破坏原有结构，使目标组份Al 进入液相。所得含Al 3+溶液可制备含铝精细化工产品，原料成本和运行成本均低于同类水平，获得的收益较高。

（下转344页

）

（上接340页）

4结论

(1)LF 炉精炼渣中主要存在C3A 和C12A7两个含铝矿物相，结构较为简单。其中C3A 呈较完整的结晶形貌，以中心为对称，枝状结构在三维空间呈辐射状生长，易于机械单体解离，便于选矿分离利用；C12A7相为基底相。计算得出：w (C3A)=21.67%，w (C12A7)=58.67%，C12A7相中w (Al 2O 3)=78.86%。

(2)LF 炉精炼渣中C12A7的活性较高，且两个矿相均夹杂一定的f-CaO ，使得晶体结构中空隙较大，极易通过化学手段破坏原有结构，为其直接进行酸碱处理提供了必要条件。使用工业废酸酸解LF 炉精炼渣，所得含Al 3+溶液可制备含铝精细化工产品，原料成本和运行成本均低于同类水平，获得的收益较高。参考文献：

[1]何环宇,倪红卫,曾静.LF 炉精炼废渣渣相组成及形成机理研究[J].武汉科技大学学报,2008,31(5):515-518.

[2]吴元刚,王小明,张维军.LF 热态钢渣循环再利用实践[J].河北冶金,2007(4):43-45.

[3]韩方君,曹贵有,苑士学,等.LF 精炼炉渣性能分析[J].黑龙江冶金,2006(2):21-22.

[4]周云,栾晓彦,董元篪,等.高铝LF 精炼废渣提取氧化铝的实验研究[J].矿产综合利用,2008(2):38-40.

[5]耿克.低氧轴承钢生产工艺研究[D].沈阳:东北大学，2002：46-48.

[6]潘贻芳,凌遵峰,王宝明,等.无氟预熔LF 精炼渣的开发与应用研究[J].钢铁,2006,41(10):23-25.

[7]姚金甫,张恩甫,田守信.а-Al 2O 3微粉对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响[J].耐火材料,2008,42(3):209-211.

[8]朱伦才,沈昶,颜根发.LF-VD(SKF)炉精炼包的若干技术问题[J].炼钢,2002,18(2):14-18.

[9]卢盛意.钢包炉(LF)渣的功能和选用[J].炼钢，2006,22(5):46-51.

[10]德国钢铁工程师协会.渣图集[M].北京:冶金工业出版社，1989:65

[11]崔子文,曹桂萍,黄萍.从粉煤灰中回收氧化铝[J].化工环保，1995,15:360-362

[12]程芳琴,崔莉,张红,等.煤矸石中氧化铝溶出的实验研究[J].环境工程学报,2007,1(11):99-103.[3]岑可法,倪明江,骆仲泱，等.循环流化床锅炉论设计与运行[M].北京:中国电力出版社，2001：1372-1381.

[4]Andreas Johansson,Filip Johnsson,Fredrik Niklasson,Lars -Erik A

觷mand.Dynamics of furnace processes in a CFB boiler [J].Chemical Engineering Science,2007,62

（1-2）：550-560.[5]Afsin Gungor,Nurdil Eskin.Hydrodynamic modeling of a circulating fluidized bed[J].Powder Technology,2007，

172（1）：1-13.[6]姜孝国，张缦，杜守国.CFB 锅炉冷渣器及渣的热量回收[J].锅炉制造,2002(4):21-23.

[7]姜孝国,张缦，杜守国.CFB 锅炉冷渣器及渣的热量回收[J].锅炉制造，2002(4)：20-23.

[8]丁晓白，赵军.循环流化床排渣系统的研究和改进[J].电力学报，2003，18(4）：260-275.

[9]许用权，李永星，杨冬，等.循环流化床锅炉冷渣器内固两相流场的数值模拟[J].西安交通大学学报，2005,39(5)：472-475.

[10]谭云松，刘海峰.CFB 锅炉冷渣器的分类与选型[J].锅炉制造，2004(2)：30-31.

[11]尹斌，章明川，宋玉宝，等.CFB 锅炉流化床冷渣器实验研究[J].锅炉技术，2001，10(10):17-20.

[12]邓学志,黄长军.流化床冷渣器的设计与故障分析[J].锅炉技术，

2005，11(6):56-60.