CN102465201A - 一种以餐厨垃圾为原料制备的球团矿有机粘结剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以餐厨垃圾为原料制备的球团矿有机粘结剂，该粘结剂包含经过处理的餐厨垃圾。餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾煮沸，刮除掉上层的浮油，打浆，除去其中的木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体等硬质杂质，然后干燥，研磨成粉末。用本发明的有机粘结剂生产球团矿，提高了入炉球团矿的品位和冶金性能，使得炼铁成本得到进一步的降低，资源消耗量和能源消耗量减少，污染物排放量减少，提高了我国钢铁材料与制品在国际市场竞争中的能力。

Description

一种以餐厨垃圾为原料制备的球团矿有机粘结剂

技术领域

本发明涉及一种有机粘结剂，特别是涉及一种可用于球团矿生产的由餐厨垃圾制备的球团矿有机粘结剂。

背景技术

目前，炼铁工业中使用的含铁原料主要包括天然块矿、烧结矿和球团矿三种。随着高炉向大型化发展，对入炉原料的要求越来越高，无论是化学成分、冶金性能，还是粒度组成，都需要进一步改进。钢铁工业发达的各个国家都在认真进行炼铁的原料准备，提供优质人造块矿，以保证高炉顺行，降低焦比，提高利用系数。

我国高炉炼铁的技术经济指标与世界先进水平相比，还存在比较大的差距，其中高炉入炉矿品位高低直接影响高炉炼铁的技术经济指标。提高高炉入炉球团矿品位，优化炉料结构，对于提高我国高炉炼铁生产技术经济指标具有重要意义。

为适应钢铁工业快速发展、高炉精料技术和合理炉料结构的要求，近年来，球团矿作为优质原料得到青睐和高度重视，一些钢铁厂正在积极筹建或扩大球团矿产能。球团矿具有强度好、粒度均匀、形状规则、含铁品位高、还原性好等优点，在高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术指标和经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用，是今后我国生产高炉炉料的重要发展方向。

粘结剂作为制取球团矿不可缺少的成分，要求具有良好的粘结性和成球性，并且制作的生球应有良好的抗压强度、落下强度，具有较高的抗爆裂温度，尽量少地降低球团矿的含铁品位。我国球团矿生产普遍使用膨润土作为粘结剂，而在国外比较广泛地使用有机粘结剂。由于我国铁精矿的复杂性和有机粘结剂成本问题，有机粘结剂一直未得到推广应用。

目前，我国球团矿年生产能力已超过1亿吨。我国球团矿生产普遍使用膨润土作为粘结剂，其用量一般为2-3重量％，高的达到5重量％。膨润土中SiO₂、Al₂O₃含量高，生产实践证明，90％左右的膨润土仍残留在成品球团矿中，降低了球团矿铁品位，从而降低了高炉的利用系数，增加了焦比。提高球团矿品质，在高炉冶炼时，可提高产量，降低焦比，减少炉渣排量，从而达到节能减排目的。对于高炉而言，入炉炉料TFe提高1％，焦比可降低2％，利用系数约提高3％，炉渣排量也可大幅度降低。

因此，开发低残留量新型球团粘结剂取代膨润土，以提高入炉球团矿的TFe品位，是实现高炉炼铁增产节焦和提高钢铁企业经济效益的有效途径。有机粘结剂替代无机粘结剂提高球团矿品位是大势所趋。

餐厨垃圾是家庭、餐饮业抛弃的食物垃圾的通称，其排放量大、含水量高、易腐败变质并产生恶臭气味，对城市环境具有很大的影响，是迫切需要解决的城市垃圾。而且随着我国人民生活水平的提高，餐厨垃圾的产量越来越大，对环境造成的压力也越来越大。

传统的餐厨垃圾的处理方法是卫生填埋、焚烧和机械粉碎排放法。机械粉碎排放法是在餐厨垃圾发生点将其通过机械破碎、粉碎后，采用水力冲刷排入城市市政下水管网，与城市污水合并进入城市污水处理厂进行集中处理。破碎直排处理是欧美国家处理少量分散餐厨垃圾的主要方法，欧洲国家多数采用机械打碎这种方法。每个厨房下水的地方都装有一个高速机械粉碎机，每天的餐厨垃圾经粉碎后直接排入下水道，经下水道排入城市污水处理厂进行无害化、减量化处理。此方法适用于餐厨垃圾产量小的单位。破碎法对于处理少量分散产生的餐厨垃圾如家庭餐厨垃圾，具有技术简便、设备投资省、处理成本低等优点，能显著降低城市垃圾的含水率，减少收集量，有利于提高城市垃圾的发热量。

餐厨垃圾中含有大量的有用成分，如果能得到合理的利用，便是一种宝贵的资源，目前其主要利用方法是生产饲料、肥料、生物柴油，进行厌氧发酵处理，使用小型餐厨垃圾处理机处理等。

餐厨垃圾的几种处理利用方法都有很大的局限性，亟待寻找到合理的途径对其进行处理并利用。在餐厨垃圾处理利用问题上不仅仅是采取消极被动的简单处理方式，而是应优先利用餐厨垃圾，尽可能挖掘餐厨垃圾所蕴藏的利用价值。因此，寻找一种适合处理餐厨垃圾，又能利用其中有效成分，实现减量化、无害化、稳定化和资源化的处理技术，是当前餐厨垃圾处理技术研究开发的方向。

本发明利用餐厨垃圾制作成球团矿有机粘结剂，并用于球团矿生产中，取得了较好的技术经济指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是寻求餐厨垃圾更有价值的应用途径，减少污染物排放量；为球团矿生产提供一种来源广泛，价格低廉，残留量小，球团矿性能好的新型有机粘结剂，该粘结剂能够全部或部分地替代现有粘结剂，提高入炉矿的品位和冶金性能，降低炼铁成本及资源消耗量，还能充分利用餐厨垃圾的热值，降低球团矿生产的能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种球团矿生产中使用的以餐厨垃圾为原料制备的球团矿有机粘结剂，该粘结剂包含经过处理的餐厨垃圾。

优选地，餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾除掉浮油，打浆，除去其中的硬质固体，然后干燥、研磨成粉末。

其中干燥包括自然干化干燥、烘干干燥或者喷雾干燥等，当喷雾干燥时不用研磨成粉末，干燥优选为喷雾干燥。

其中烘干干燥是指将餐厨垃圾放入烘箱中，在合适的温度下除去餐厨垃圾中的水分。

其中自然干化干燥(或称作自然晾干干燥)是指将餐厨垃圾放置于地面上，依靠渗透、蒸发等作用干燥脱水。

其中喷雾干燥是指通过机械的作用，将需干燥的物料，分散成很细的雾状微粒(以增大水分蒸发面积，加速干燥过程)，与热空气接触后，在一瞬间将大部分水分除去，而使物料中的固体物质干燥成粉末。喷雾干燥具有传热快，水分蒸发迅速，干燥时间短的特点。而且能直接使溶液、乳浊液、悬浮液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。

优选地，餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾煮沸，刮除掉上层的浮油，打浆，除去其中的硬质固体，然后干燥、研磨成粉末，其中硬质固体包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体中的一种或多种。

其中干燥为烘干干燥、自然干燥或喷雾干燥，其中当干燥为喷雾干燥时不需要研磨成粉末。优选地，干燥为喷雾干燥。优选地，其中烘干干燥和喷雾干燥为加热干燥，自然干燥为太阳能干燥。

特别优选地，餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾煮沸，刮除掉上层的浮油，打浆，除去包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体中的一种或多种的固体物质，然后喷雾干燥制成粉末。

其中餐厨垃圾是指：餐厨垃圾，俗称泔脚，是指宾馆、饭店、餐馆和机关、部队、院校、企业事业单位在食品加工、饮食服务、单位供餐等活动过程中产生的食物残渣、残液和废弃油脂等废弃物。

餐厨垃圾的组成很复杂，主要组成有粮食、蔬菜、植物油、动物油、肉骨及少量废餐具、牙签、餐纸等。主要化学成分有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。我国餐厨垃圾的特点是含油量大，含水率高。

优选地，上述粘结剂还可以包含球团矿生产常用的其他粘结剂，例如膨润土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥、白云石以及其他粘结剂中的一种或多种等。

本发明还提供了餐厨垃圾用于制备球团矿生产中的粘结剂的用途。

上述用途中，其中餐厨垃圾可以是经过去除油层，打浆，除去硬质固体，干燥、粉碎处理后或直接喷雾干燥得到的粉末状餐厨垃圾。

本发明还提供了一种使用上述粘结剂进行球团矿生产的方法，该方法包括将上述粘结剂与矿物混合均匀、造球、干燥、预热和焙烧得到球团矿。优选地，其中粘结剂是由餐厨垃圾制备得到，特别优选地，粘结剂是餐厨垃圾经过去除油层，打浆，除去硬质固体，干燥、粉碎处理后或直接喷雾干燥得到的粉末状餐厨垃圾。

其中干燥为烘干干燥、自然干燥或喷雾干燥，其中当干燥为喷雾干燥时不需要研磨成粉末。优选地，干燥为喷雾干燥。

其中硬质固体包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体中的一种或多种。

上述方法中，矿物优选为含铁原料和二次含铁原料，含铁原料为磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、混合精矿、富铁矿粉等，二次含铁原料为硫酸渣、浸出处理残渣、厂内含铁尘泥、厂内含铁废渣等；厂内含铁尘泥为转炉尘、高炉尘、平炉尘、电炉尘或炼钢炼铁污泥，厂内含铁废渣为钢渣或轧钢氧化铁皮等。

优选地，上述方法中粘结剂占矿物的1-3重量％，特别优选地占1.5-2.5重量％。

本发明采用餐厨垃圾制备的有机粘结剂生产球团矿，提高了球团矿的品位和冶金性能，使得炼铁成本得到进一步的降低，资源消耗量和能源消耗量减少，污染物排放量减少，提高了我国钢铁材料与制品在国际市场竞争中的能力，应用前景良好。当前我国钢铁工业迫切需要采用有机粘结剂生产高品位球团矿，实现我国高炉冶炼原料的合理配比，降低焦比，提高高炉利用系数，降低生铁冶炼成本。

球团矿经过焙烧，餐厨垃圾在高温下被焚烧，避免了对环境造成污染的可能。我国球团矿的产能很大，目前，国内球团生产能力已超过1亿吨，但仅占高炉炉料比例的12％左右。国内外合理炉料结构研究和实践表明，球团矿合适的入炉比例一般不低于25％。可见我国球团矿缺口至少为1亿吨。为了优化炉料结构和提高入炉原料品位，在今后几年内，球团矿生产将得到优先发展，由此带来的球团矿有机粘结剂市场也将快速增长。今后一段时间内需要的球团矿粘结剂量很大，这样餐厨垃圾的使用量也很大。按照全国每年1亿吨球团矿产能、膨润土配比平均2％计算，年用膨润土量为200万吨，有机粘结剂替代50％-100％的膨润土，可减少膨润土资源开采量100-200万吨。

具体实施方式

为了理解本发明，下面以实旋例进一步说明本发明，但不限制本发明。

实施例1 有机粘结剂的制备

将收集到的餐厨垃圾煮沸，刮除掉上层的浮油，打浆，除去其中的木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体等硬质固体，然后烘干，研磨成粉末，微有机粘结剂，含水率为0.66重量％，灰分含量为5.93重量％。

由餐厨垃圾制备的有机粘结剂灰分含量远远低于传统无机粘结剂。常用的无机粘结剂如膨润土经过焙烧后，90％左右仍残留在成品球团中，降低了球团矿的铁品位。而本发明的有机粘结剂经过焙烧后残余的灰分很少。由此可见，使用本发明的有机粘结剂有利于提高球团矿的铁品位。

实施例2 利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂铁矿选矿厂铁精矿为原料，添加1.5重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的首钢矿业公司球团厂生产使用的膨润土进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.89％，生球抗压强度为10.4N/球，生球落下强度为3.3次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2091N/球。

实施例3 利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂铁矿选矿厂铁精矿为原料，添加2重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的首钢矿业公司球团厂生产使用的膨润土进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.95％，生球抗压强度为10.5N/球，生球落下强度为3.5次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2145N/球。

实施例4 利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂铁矿选矿厂铁精矿为原料，添加1.5重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的碳酸钠进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.72％，生球抗压强度为10.2N/球，生球落下强度为3.1次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2015N/球。

实施例5 利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂铁矿选矿厂铁精矿为原料，添加2重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的碳酸钠进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.83％，生球抗压强度为10.3N/球，生球落下强度为3.3次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2042N/球。

实施例6：利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂选矿厂铁精矿为原料，添加1.5重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的碳酸钙进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.44％，生球抗压强度为10.5N/球，生球落下强度为3.4次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2139N/球。

实施例7：利用有机粘结剂制备球团矿

以首钢矿业公司水厂选矿厂铁精矿为原料，添加2重量％的实施例1的有机粘结剂和0.5重量％的碳酸钙进行配料，混匀后造球，筛出合格粒径的生球测定生球抗压强度和生球落下强度，烘干后测含水率。取一定量的合格生球测爆裂温度。另取一定量的合格生球在105℃烘干2h，放入竖炉中先放入预热段在950℃下预热10min，然后再放入焙烧段在1250℃下焙烧10min，取出冷却后测焙烧球抗压强度。

测得生球含水率为8.61％，生球抗压强度为10.8N/球，生球落下强度为3.6次，爆裂温度大于600℃，焙烧球抗压强度为2185N/球。

从以上实例中可看出，使用本发明的有机粘结剂代替膨润土生产球团矿，在满足球团质量要求的基础上，能够达到降低膨润土用量、提高球团矿品位的目的。

本发明的有机粘结剂已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种球团矿生产中使用的以餐厨垃圾为原料制备的球团矿有机粘结剂，该粘结剂包含经过处理的餐厨垃圾，餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾涂掉浮油、打浆，除去硬质固体，然后干燥，研磨成粉末或直接喷雾干燥得到粉末。

2.根据权利要求1所述的球团矿有机粘结剂，餐厨垃圾的处理方法包括如下步骤：将收集到的餐厨垃圾煮沸，刮除掉上层的浮油，打浆，除去其中的硬质固体，然后干燥、研磨成粉末或直接喷雾干燥得到粉末，其中硬质固体包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、贝壳和金属固体中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的有机粘结剂，其中干燥为烘干干燥、自然干燥或喷雾干燥，其中当干燥为喷雾干燥时不需要研磨成粉末。

4.根据权利要求3所述的有机粘结剂，其中烘干干燥和喷雾干燥为加热干燥，自然干燥为太阳能干燥。

5.根据权利要求1-4任一项所述的球团矿有机粘结剂，其还可以包含球团矿生产常用的粘结剂如膨润土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥、白云石以及球团矿生产中使用的其他粘结剂中的一种或多种等。

6.一种餐厨垃圾用于制备球团矿生产中的粘结剂的用途，其中餐厨垃圾是经过去除油层和打浆后再去除硬质固体、烘干干燥或自然干燥、粉碎处理后或直接喷雾干燥得到的粉末状餐厨垃圾。

7.一种使用权利要求1-6任一项所述的球团矿有机粘结剂进行球团矿生产的方法，该方法包括将有机粘结剂与矿物混合均匀、造球、干燥、预热和焙烧得到球团矿。

8.根据权利要求7所述的方法，其中矿物为含铁原料和二次含铁原料，含铁原料为磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、混合精矿或富铁矿粉等，二次含铁原料为硫酸渣、浸出处理残渣、厂内含铁尘泥或厂内含铁废渣等；厂内含铁尘泥为转炉尘、高炉尘、平炉尘、电炉尘或炼钢炼铁污泥，厂内含铁废渣为钢渣或轧钢氧化铁皮等。

9.根据权利要求8所述的方法，其中球团矿有机粘结剂占矿物的1-3重量％。

10.根据权利要求9所述的方法，其中球团矿有机粘结剂占矿物的1.5-2.5重量％。