CN101172790A - 利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺 - Google Patents

Abstract

一种利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，采用压滤后或离心脱水后或沥干后的湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥作为原料与其它经过一级配料粉磨的原料再进行二级干湿配料，混合均匀，制成生料棒或生料球，利用余热烘干后，进入水泥窑内烧成熟料。本发明工艺简单，可节省大量烘干和粉磨能耗，大量利用污泥废渣，减排CO₂，节约水资源和天然矿物资源，节能、环保。

Description

利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺

技术领域：

本发明涉及水泥工业在资源综合利用、节能减排和环境保护方面的新工艺技术，具体涉及一种利用含水工业废渣及城市下水道污泥和水处理污泥配料生产水泥熟料的二级配料节能新工艺技术方法。

背景技术：

水泥工业百多年以来，为力求生料化学成份的均匀，一直采用单级配料，即将各组份原料或原料和燃料一起按CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等的化学组成要求配料后一起粉磨制成生料。除能耗过高的湿法旋窑工艺外，生料的粉磨都需控制原料的水份。其中最主要的球磨机入磨原料必须干燥。带热风炉的立式磨允许物料水份达到12％左右，但烘干及粉磨能耗高，且它们均不能适用粉磨下水道污泥、造纸厂污泥、印染纺织厂污泥等废渣。而大量的含水废渣、污泥可作为水泥原料的无机物颗粒80％以上小于200μm，大部分废渣无机物颗粒基本低于80μm，如造纸厂污泥、下水道污泥等，无需粉磨，只需与补充组份混合均匀即可。

随着经济的发展，一方面基本建设需大量的水泥，而水泥生产正大量消耗掉有限的石灰石、粘土资源和燃煤资源，另一方面，大量的含有水泥制造所需的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO组份和能源的湿态污泥、废渣由于现有工艺技术的限制不能有效利用，只能填埋，即浪费了资源，又严重污染水土环境，迫切需要一种新的工艺技术来解决水泥工业节能和环境保护问题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决现有水泥工艺技术单级配料不利于含水污泥废渣利用的问题，而提供一种工艺简单、投资少、可节省大量的烘干和粉磨能耗、节约水资源和节约天然矿物资源、大量利用污泥废渣、减排CO₂、节能环保的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺。

本发明采用的技术方案是：采用压滤后或离心脱水后或沥干后的湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥作为原料，与其它经过一级配料粉磨的原料再进行二级配料，混合均匀，制成生料棒或生料球，送入水泥窑内烧成熟料。

上述技术方案中，水泥生料配料为两级配料，根据污泥废渣化学成份SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃、Cl^-、R₂O的含量及目标设计以硅酸盐或铝酸盐或硫铝酸盐或硫铁酸盐为主的熟料的设计要求，先将需补充的硅质原料、钙质原料、校正原料及需补充的燃煤和矿化剂经一级计量配料粉磨制成生料组份A，然后将组份A与湿态污泥或废渣按比例经二级计量配料，再经混合均质，成型制成生料棒或生料球、湿料棒或湿料球直接送入水泥窑内或经利用余热烘干后送入水泥窑烧成熟料。

上述的湿态工业废渣指工业生产排出的污泥废渣，如糖厂的糖滤泥、造纸厂的造纸污泥、PVC与PVA生产厂排出的电石渣、钡盐厂生产排出的浸取残渣、印染纺织厂排出的高有机物含量的污泥、石化厂排出的废渣污泥、提金企业排放的大量污泥等及工业企业水处理后的污泥。

上述的压滤后或离心脱水后或沥干后的湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥的含水量在15％～85％。

本发明的利用湿态污泥废渣二次配料生产水泥的新工艺，充分利用了湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥中的无机物组份作为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥或硫铁酸盐水泥的部分或全部原料组份，并利用了污泥废渣中的可燃物能量，污泥废渣可同时采用一种或多种。

上述制成生料棒或生料球，是为了便于输送和水泥窑使用而采用滚轮挤压成型机制成生料棒或利用成球盘、对滚式成型机、各类挤出成型机制成料棒或料球，或打散成料块。

上述混合均匀的工艺设备中，采用了具有混合碾压作用或混合研磨作用或混炼作用的工艺设备，包括改正的行星式轮碾混合机或其它碾轮混合机、混砂机或串联盘式磨或其它混炼机械，通过机械强制作用使生料混合均匀。

上述的“硅质原料”指含SiO₂较高的粘土、页岩、煤灰、炉渣、矸石及其他工业废渣和无机物矿物；钙质原料指含CaO较高的石灰石、矿渣、钢渣、磷渣及其他工业废渣和无机物矿物；校正原料指为调整合适的生料CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、SO₃化学组成添加的校正原料如矿砂、高铝土、无机矿物、工业废渣等；矿化剂指为改善熟料烧成、降低烧成煤耗所添加的各类矿化剂、晶种、助烧剂、节煤粉、硫酸盐、硝酸盐、氯盐、氟盐、高锰酸盐、有机化合物及工业废渣、尾矿、熟料中一种或数种，矿化剂用量为生料量0～25％。

上述中生料两级配料各组份的百分比，其一，依据工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥的化学分析和工业分析，其二，依据当地可补充的硅质原料、钙质原料、校正原料的化学分析及燃煤、矿化剂的化学分析和工业分析，其三，依据目标熟料的设计要求如设计为硅酸盐或设计为铝酸盐熟料或设计为硫铝酸盐熟料或设计为硫铁酸盐熟料；目标熟料的设计要求更依据于所利用废渣的化学分析和工业分析及产品的区域市场确定，所利用废渣及当地原燃材料条件及产品市场不同差异很大；对于硅酸盐熟料依据原燃材料条件采用生料合理的三率值范围为：KH0.80～1.10，N1.6～3.0，P0.9～3.0；特种熟料如铝酸盐熟料、硫铝酸盐熟料、硫铁酸盐熟料的生料控制因情而异。

本发明具有如下显著优点：

1.突破了传统水泥工艺及装备理念，投资少，利废见效快，利废范围广，且易于环保达标。

2.可节省大量的烘干和粉磨能耗，且能处理含大量有机纤维、塑料及有机粘性物料的污泥废渣。

3.能充分利用污泥废渣中的无机物组份和可燃物能量，减少水泥制造工业对有限的天然矿物的消耗，即减少对石灰石、粘土、燃煤等的消耗，并能节省水资源，减少CO₂的排放。

4.能充分发挥水泥工业在环保利废方面的潜在优势，有效燃尽有机物消除有机物的污染，并能利用硅铝酸盐矿物对重金属元素的结构吸纳和固融作用消除重金属元素对水土生物的污染。

具体实施方式：

本发明的技术要点：

1.将利用的湿态污泥废渣作为原料组份，根据污泥废渣化学分析和工业分析及粒径分析等评估，结合区域市场各类水泥品种消费特点，确定熟料种类及熟料成份设计方案。

2.根据分析评估和熟料成份设计方案，将需补充的元素成份选取合适的原料。

3.采用两级配料方案，先将需补充的组份经一级配料粉磨制成粉料，再将预备的粉料与污泥废渣进行二级配料后混合均质，然后制成便于输送和使用的生料棒或生料球，直接送入水泥窑或利用余热烘干后送入水泥窑烧成熟料。

实施例1：广西某水泥厂有立窑线2条和旋窑线1条，利用当地糖厂的糖滤泥，糖滤泥水份29.4％、CaO46.42％、SiO₂ 3.21％、Al₂O₃ 4.12％、Fe₂O₃ 0.89％、MgO5.72％、LOSS 39.26％，工业分析低位热值1580×4.18KJ/kg，糖滤泥物料粘性大，干燥十分困难。试生产采用两级配料工艺，利用糖滤泥取代全部石灰石配料，作为硅酸盐熟料设计，需补充元素组份为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃，为便于立窑烧成又不影响旋窑试用补加2％燃煤(立窑通常配料用12％燃煤)，燃煤灰份计入配料成份设计。试生产中干粉料采用煤灰、页岩、硫酸泥、锰渣、燃煤经一级计量配料后经球磨机制成生料干粉，细度0.08mm筛余＜12％；干粉与糖滤泥经二级计量配料进入双轴搅拌机预混合，二级计量配料中，重量百分比，干粉∶糖滤泥＝25～50％∶75～50％，然后进入均质机均质，均质后混合料送入滚轮挤压成型机成型为Φ10mm的生料棒，经皮带送入立窑内煅烧，熟料3天平均抗压强度34.27MPa，28天平均抗压强度61.25MPa。熟料出磨安定，立窑产量提高19％，熟料实物煤耗降低83.3％。试生产干法旋窑线上料棒经立式二级锁风筒从窑尾送入旋窑内，料棒量占旋窑加料量25％，窑头及分解炉煤粉喷量降低10％，窑况运行正常，旋窑产量提高7％，熟料3天强度平均提高9.7％。

实施例2：湖南某城市污水处理厂污泥，沥干后含水量79.8％，干燥利用十分困难，平均化学分析成份为SiO₂ 19.36％、Fe₂O₃ 2.39％、Al₂O₃ 6.47％、CaO8.21％、MgO 0.73％、LOSS 62.35％，差热分析仪测得平均发热量为1359×4.18KJ/kg。试验采用两级配料工艺，利用此污泥替代粘土砖质原料和部分钙质原料，作为硅酸盐熟料设计，补充元素组份以钙为主。一级配料将石灰石、钢渣、无烟煤计量配料，粉磨至细度0.08mm筛余10～12％的干料，然后将干粉和污泥进行二级计量配料后预混合再经均质机均质，二级计量配料中，重量百分比，干粉∶污泥＝15～75％∶85～25％，用滚轮挤压成型机成型为Φ12mm料棒，送入立式窑煅烧，窑产量提高21.2％，熟料热耗从正常配料时的985×4.18KJ/kg，熟料热耗降低18.58％，熟料3天平均强度29.74Mpa，28天平均强度59.33Mpa，熟料安定性合格。

实施例3：湖南株州某厂立式资源窑生产线，利用PVC生产中的电石渣全部替代石灰石，电石渣平均水分35％，化学成分干基CaO含量67.9％、SiO₂5.13％、Fe₂O₃ 2.32％、Al₂O₃ 3.76％、CaO3.42％，目标熟料设计为硅酸盐熟料，率值控制KH0.95～1.05、n2.0±0.1、P1.8±0.2，一级配料采用硅砂、粉煤灰、钢渣、无烟煤、矿化剂计量配料经球磨机粉磨制成细度0.08mm筛余＜14％的生料干粉，二级配料采用生料干粉与湿电石渣计量配料，二级计量配料中，重量百分比，干粉∶电石渣＝20～40％∶80～60％，经预混合、均质机均质，采用挤压成型机成型为Φ10mm料棒，送入立式窑煅烧，立式窑产量约提高50％，熟料热耗从1100×4.18KJ/kg降至670×4.18KJ/kg熟料，热耗下降39.1％，熟料安全性合格，熟料三个月统计3天平均强度29.79MPa，28天平均强度58.92MPa。

Claims (9)

1.一种利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于采用压滤后或离心脱水后或沥干后的湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥作为原料与其它经过一级配料粉磨的原料，再进行二级干湿配料、混合均匀，制成生料棒或生料球，送入水泥窑内煅烧成水泥熟料。

2.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于所述的水泥生料配料为两级配料：根据污泥废渣的化学成份SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃、Cl^-、R₂O的含量及目标设计以硅酸盐或铝酸盐或硫铝酸盐或硫铁酸盐为主的熟料的设计要求，先将需要补充的硅质原料、钙质原料、校正原料及需要补充的燃煤和矿化剂等经一级计量配料粉磨制成生料组份A；然后将组份A与湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥按比例经二级计量配料，再经混合均质，成型制成生料棒或生料球、湿料棒或湿料球直接送入水泥窑内或经利用余热烘干后送入水泥窑内烧成熟料。

3.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于所述的湿态工业废渣指工业生产排出的污泥废渣，包括糖厂的糖滤泥、造纸厂的造纸污泥、PVC与PVA生产厂排出的电石渣、钡盐厂生产排出的浸取残渣、印染纺织厂排出的高有机含量的污泥、石化厂排出的废渣污泥、提金企业排放的大量污泥及工业企业水处理后的污泥。

4.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于所述的压滤后或离心脱水后或沥干后的湿态工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥的含水量在15％～85％。

5.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于利用工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥中的无机物组份作为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥或硫铁酸盐水泥的部分或全部原料组份，并利用污泥废渣中的可燃物能量，污泥废渣可同时采用一种或多种。

6.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于将混合均匀的生料用滚轮挤压成型机或成球盘或对滚式成型机或其它挤出成型机制成料球或料棒，或打散成料块。

7.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于混合均匀的工艺设备，采用具有混合碾压作用或混合研磨作用或混炼作用的机械设备，包括改正的行星式轮碾混合机或碾轮混合机、混砂机或串联盘式磨或其它混炼机械。

8.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于所述的硅质原料指含SiO₂较高的粘土、页岩、煤灰、炉渣、矸石及其它工业废渣与无机矿物；钙质原料指含CaO较高的石灰石、矿渣、钢渣、磷渣及其它工业废渣与无机矿物；校正原料指为调整合适的生料CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、SO₃等化学组成添加的校正原料，包括矿渣、高铝土、无机矿物、工业废渣；矿化剂指为改善熟料烧成、降低烧成煤耗所添加的各类矿化剂、晶种、助烧剂、节煤粉、硫酸盐、硝酸盐、氯盐、氟盐、高锰酸盐、有机化合物及熟料、工业废渣、尾矿中的一种或数种，矿化剂用量为生料量的0～25％。

9.根据权利要求1所述的利用湿态污泥废渣二级配料生产水泥的新工艺，其特征在于所述的生料两级配料各组份的百分比，其一，依据工业废渣或城市下水道污泥或水处理污泥的化学分析和工业分析，其二，依据当地可补充的硅质原料、钙质原料、校正原料的化学分析及燃煤、矿化剂的化学分析和工业分析，其三，依据目标熟料的设计要求如设计为硅酸盐熟料或设计为铝酸盐熟料或设计为硫铝酸盐熟料或设计为硫铁酸盐熟料；目标熟料的设计要求更依据于所利用废渣的化学分析和工业分析及产品的区域市场确定，所利用废渣及当地原燃料条件及产品市场不同差异很大；对于硅酸盐熟料依据原燃料条件采用生料合理的三率值范围为：KH0.80～1.10，N1.6～3.0，P0.9～3.0；特种熟料如铝酸盐熟料、硫铝酸盐熟料、硫铁酸盐熟料的生料控制因情而异。