将含铁残渣转化为合成岩石的方法

本发明涉及将得自有色金属工业过程的含铁残渣转化为合成岩石的 方法。

含铁残渣是有色金属工业特别是锌加工工业的一种典型副产物。事 实上，熟知的锌生产技术包括硫酸锌溶液的电解。电解前必须从该溶液 中除去的主要杂质之一是铁。为些目的，将铁从该溶液中沉淀并分离出 去。分离去的残渣含有起始溶液中存在的大部分铁、大量的铅、砷、氧 化硅和残余的锌。取决于分离前后的不同条件，残渣中的铁以黄钾铁矾、 针铁矿、赤铁矿或磁铁矿的形式而获得。它们之中尤以黄钾铁矾和针铁 矿无商业价值，并认为是有害废物。其废物处理的场址需慎重考虑，防 止受浸出物的浸染。

有害工业废物的稳定和固化是一项受广泛关注的环境技术，在 Chemtech的J.R.科纳“有害废物的稳定化”(1993.12)的第35-44页上有 一般描述。很多无机的稳定和固化技术使用凝硬性反应，即，在波特兰 水泥在CaO、Al2O3、SiO2、MgO和Fe2O3之间形成复杂的水硬性系统时 发生的反应类型。

该技术在锌工业中的已知应用描述于EP-A-0031667。该文件具体 涉及黄钾铁矾的处理，并提出一种通过与含钙水泥粉和氧化铝、氧化硅 基粉(飞灰)相混合，使其固化的方法。其产品具有申请专利的压缩强 度：28天固化后为0.64MNm-2，并显示低的浸出性。

然而，这种黄钾铁矾处理方法有如下缺点：

-得到的产品压缩强度较低，使之只适于垛放而不适于建筑工业；

-未提及重要的铅的浸出性问题；和

-使用大量波特兰水泥，使其经济性变差。

本发明的目的在于将得自有色金属工业的含铁残渣转化为合成岩 石，这可避免EP-A-0031667中所公开方法的缺点。

为此，按本发明：

-使1份湿残渣与至少0.1重量份粉碎的高炉渣和至少0.1重量份粉 碎的转炉渣相混合；

-让该粘糊在保湿下硬化，使得获得的岩石可用于建筑目的。

事实上已经发现，作为炼铁炼钢工业的副产品的高炉渣和转炉渣， 当它们与含铁残渣混合时，可用作特别有效的凝硬反应剂：在硬化后可 获得一种可与混凝土硬度相仿的高硬度；该产品还显示低的可浸出性、 低孔隙度和好的抗冻性，使之适用于建筑目的。

无庸多言，钢铁工业的高炉渣和转炉渣均是极廉价的反应剂。事实 上，转炉渣是无市场价值的废物，发现这些废渣的应用是对环境有额外 的益处。

特别有兴趣的是铅的浸出性低，否则它会带来有害的环境问题，并 抑制其作为建筑材料制品的应用。据信铅的不溶性是由于在高炉渣中硫 化物的存在。因此申请专利保护的方法不仅使残渣得以色封，还实现了 至少某些组分的化学结合。

这里应提及的是，在JP-02-233539-A中，由高炉渣与轧钢渣混 合，再加入波特兰以形成一种渣块。在JP-52-058728-A中，由高炉 渣或转炉渣与(a)一种高炉渣浆和碱性促进剂，和(b)一种工业废浆混 合，可获得一种砂浆。另一方面，在DE-A-3915373中，由转炉渣与 钢厂或电厂来的废物混合，获得道路建筑用的材料。在GB-A- 2137186，由火山灰与高炉渣，以及与炼钢渣和一种填料一起混合，制成 道路建筑材料。

例如针铁矿这样的残渣据认为是待认真水洗的，该步骤是锌处理流 程的一个组成部分。水洗的目的在于回收残余的可溶锌。并将其循环至 锌厂中。

残渣粉碎成小于500μm是有利的；优选小于250μm，更优选小于 125μm。粗颗粒的反应性差，但也允许其与较细颗粒共存，因为它们会 机械地嵌入产品中。

高炉渣一般含游离CaO的量较低，因为其中的Al2O3和SiO2的含量 高，它们与CaO相结合是人所共知的。高炉渣中典型的浓度范围为(重 量％):25-45SiO2、6-20Al2O3、0-5Fe、0-10MnO、30-50CaO、 2-11MgO和0.1-5硫化物。

转炉渣由于Al2O3和SiO2含量较低，因而一般游离CaO含量较高， 转炉渣内典型的浓度范围为(wt％):5-25SiO2、0-5Al2O3、 5-25Fe、2-15MnO、30-60CaO和0-5MgO。

高炉渣和转炉渣的总量优选为每份湿残渣至少0.4份。当使用每份 湿残渣至少0.2份高炉渣和至少0.2份转炉渣时，可得到优异结果。然 而，当使用每份湿残渣至少0.4份高炉渣和至少0.4份转炉渣时，可得 到最好的结果。

相对于每份湿残渣使用大于2份高炉渣和转炉渣是不可取的，因 为这会增加进行本发明的方法所需设备的投资成本。相对于每份湿残渣 使用不大于1份高炉渣和转炉渣甚至也是优选的，相对于每份湿残渣使 用不大于0.8份高炉渣和转炉渣甚至更优选的。 使用不大于1份高炉渣和转炉渣甚至也是优选的，相对于每份湿残渣使 用不大于0.8份高炉渣和转炉渣甚至更优选的。

为了缩短固化时间，向该混合物中或向浆料中加入不多于0.1份水 泥，尤其是波特兰水泥可能是有用的。

由本发明方法得到的合成岩石可被用于例如护栏的建筑中。它也 可粉碎后用于生产卵石，可用于道路建筑，或用于建筑工业中生产混凝 土。

在本发明方法的一个特定实施方案中，其浆料可让其部分硬化， 然后再破碎为适当大小，如卵石大小，然后让其完全硬化。

该硬化优选在浆料浸在水下时进行。

本发明也涉及包含按本发明方法生产的合成岩石的建筑材料。

现在用下述实施例对本发明加以说明。

在实例中用的高炉渣是钢铁工业中常规产生的炉渣。所用的转炉 渣是由Linz和Donawitz(LD)转炉过程生产的。这些实施例中，使用了 符合表1分析结果的渣和符合表2分析结果的针铁矿。该针铁矿的水份 含量为45％。

表1：渣分析     组分     干重％     高炉渣     转炉渣     SiO2     30.4     13.3     Al2O3     10     1.43     Fe     2.3     18     MnO     .18     3.8     CaO     43     51     MgO     9.29     1.7     P2O5     ＜0.005     2.5     S2-     1.1     0.06

表2：针铁矿分析     组分     干重％     Fe     37.4     Pb     1.7     Si     1.8     Cu     0.5     Cd     0.08     As     0.5     Zn     6.7     SO42-     1.8 实施例1

相对于1份湿针铁矿，加入1重量份高炉渣和0.5重量份的转炉 渣。将这些渣粉碎成150μm或小于150μm。将这些组分混合，加入适 量水制成粘稠性浆料。使该浆料在水下硬化2个月。制成的产品既极硬 又很惰性。其硬度和可浸出性结果总结于下表3。

实施例2

相对于1份湿针铁矿，加入0.5重量份高炉渣和0.75重量份的转 炉渣。将这些渣粉碎成150μm或小于150μm。将这些组分混合，加入 适量水制成粘稠性浆料。使该浆料在水下硬化2个月。制成的产品既极 硬又很惰性。其硬度和可浸出性结果总结于下表3。

实施例3

相对于1份湿针铁矿，仅加入0.1重量份高炉渣和0.5重量份的转 炉渣。将这些渣粉碎成150μm或小于150μm。将这些组分混合，加入 适量水制成粘稠性浆料。使该浆料在水下硬化2个月。制成的产品较硬 且完全惰性。该相对硬度使该产品仍然适用于建筑目的，例如道路建 筑。其硬度和可浸出性结果总结于下表3。

表3：实施例1-3的结果 实施 例号 硬度 MNm-2                     可浸出性                        mg/L  Zn  Pb  As  Cu  Cd  Fe     1     40 ＜0.5 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2     ＜1     2     41 ＜0.5 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2     ＜1     3     25 ＜0.5 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2 ＜0.2     ＜1

上表中所报告的硬度是强制硬度(constrained hardness)，可浸出 性按DIN S4规范测量。