[發明專利]用于從鋼鐵渣回收產品的方法和系統

有效

• 申請號: 201680003859.5
• 申請日: 2016-09-19
• 公開（公告）號: CN106999947B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: A-H·A·帕克;X·周
• 申請（專利權）人: 紐約市哥倫比亞大學理事會
• 主分類號: B02C23/14
• 分類號: B02C23/14;B03B7/00;C22B7/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 羅聞

本發明公開了用于加工由鋼鐵制造工藝產生的渣料的系統和方法。渣料被處理以生產一系列有價值的工業產品，例如金屬氧化物、金屬碳酸鹽、稀土元素和水玻璃。該系統和方法還將渣料加工與CO₂封存以及煙氣脫硫一體化。加工渣料使得用于堆放或填埋由鋼鐵制造工藝產生的廢物的土地最小化并且保護了地下水。總體上，高能耗高污染的工業過程的固體和氣體排放大大減少、并循環使用以及資源化，從而實現了近乎零排放的目標。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年9月18日提交的美國臨時申請No.62/220,690的優先權，該申請的全部公開內容通過引用并入本文。

背景技術

鋼鐵渣是在鋼鐵制造工藝中的副產品/廢渣，如果其未被充分利用，就會導致污染和其他環境問題。典型的渣料在不同的化學成分中包括大量的鈣、鎂、硅、鐵和鋁。渣料還能夠包括各種類型的稀土元素。

未利用的渣料通常堆場堆放或填埋，并且可能是污染源和造成其他環境問題。此外，根據鐵礦石、廢鋼廢鐵和煤炭的來源，在渣料中常常存在高的鐵含量(呈鐵氧化物形式，重量百分比高達30-40)和各種類型的稀土元素。該廢渣的改進利用不僅保護環境，而且能夠將源于廢渣的非常規資源循環再利用。

雖然當前在發達國家中的渣料利用常常接近100％，但是近期在2012年，估計渣料的當前利用率在中國僅為22％，且在許多其他國家更低。僅僅在中國，存儲的渣料量估計有大約3000萬公噸，這占地而且通常污染環境。改進渣料利用工藝對于在發達國家中提高利用渣料的公司的效率并且在發展中國家中增加渣料的利用而言是重要的。例如，即使在渣料利用率較高的國家，渣料也限于用作水泥、路基、集料和其他低附價值材料的給料。研發將渣料轉變為高附加價值材料的新工藝會使得渣料的經濟價值最大化并且減少其他自然資源開采提取，從而實現對環境的最小影響。

因此，期望的是一種有效且經濟的工藝，用于從鋼鐵渣中回收提煉有價值的產品，其中該工藝有效地降低了所發明的渣料生產和預期的渣料處理對環境的影響。

發明內容

本公開的方面包括用于從鋼鐵渣中共同生成沉淀碳酸鈣/鎂和水玻璃以及濃縮的稀土元素的方法和系統。

根據本公開的一些實施例的方法和系統通過以下步驟加工渣料：物理和化學預處理方法、濕法冶金重整法、CO₂曝氣和/或利用螯合劑的酸浸、以及沉淀/結晶，它們導致形成價值提升的產品，例如鐵氧化物、氧化鋁、沉淀的碳酸鈣/碳酸鎂、水玻璃、具有濃縮的稀土元素的固體或液體殘余物等等。一些實施例包括CO₂利用，CO₂的一個來源是源自其他鋼鐵制造工藝的煙氣排放。

根據本公開的一些實施例的方法和系統包括一種制造工藝，能夠實施該制造工藝以從通常的鋼鐵渣物理和化學方法有效分離和提取鐵、鐵氧化物和鐵酸鹽(磁性或非磁性)。移除生渣中的不同形式的磁性鐵成分使得附加的處理工藝最優化。常見的渣料本質上具有較強堿性或高pH值。根據本公開的一些實施例的方法和系統涉及到了中和步驟，包括利用渣料脫硫從而實現之后更充分的渣料提取和化學反應轉換。通過CO₂曝氣和再沉淀/結晶，形成鐵氧化物、氧化鋁、碳酸鈣/碳酸鎂。如果在生渣中存在稀土元素，那么稀土元素被濃縮。根據本公開的一些實施例的方法和系統將渣料重整/活化與水熱法水玻璃制備一體化。一些實施例還結合有非常規的Si源和源自渣料冷卻/水淬的廢熱。根據本公開的方法和系統在渣料再利用工藝中改進了鋼鐵渣的利用，減少了化學試劑、原材料和能量的使用，增強了轉換動力學和轉化率，并且產生了水玻璃作為附加的有價值產品。

根據本公開的一些實施例的方法和系統包括將磁性和非磁性含鐵組分兩者均循環并且使得來自鋼鐵渣的稀土元素富集的工藝。根據本公開的方法和系統提出了一種綠色節能工藝，用于再利用渣料并從渣料提取有價值的化學資源，并且能夠應用于管理其他類似的工業廢物，例如飛灰或窯爐廢物。