CN108070714A - 一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法 - Google Patents

一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法 Download PDF

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周志安
叶恒棣
刘水石
王菊香
李康
代友训
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/14—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening with addition of chemical agents

Abstract

一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法，该方法包括以下步骤：(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水；(B1)去除非自由水步骤：将生石灰与经过脱水后的污泥进行混合和反应，得到污泥混合物；(C1)配料步骤：将得到的污泥混合物与其他原料混合，混合均匀，得到烧结混合料；(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过混合机经一混、二混后得到烧结混匀料；(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。本发明利用城市污泥、钢铁冶金除尘灰中有效的化学成分用于冶金烧结，实现资源化利用。

Description

一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法
技术领域
本发明涉及废弃物资源化利用领域，尤其涉及为一种利用冶金烧结工艺处理城市污泥和钢铁冶金除尘灰的方法。主要解决城市污泥、钢铁冶金除尘灰未妥善处置带来的环境和社会问题。
背景技术
城市污泥是城市污水处理过程中的产物，一部分由污水直接分离产生，另一部分在污水处理过程中产生。近些年城市污水处理发展迅速，城市污泥产生总量也快速增加。大量城市污泥需要经过及时处理，减少污泥堆放量，避免环境污染。近年来，国家队城市的污泥问题越来越重视，提出污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化；鼓励回收和利用污泥中的能源和资源。坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的。
城市污泥具有含水率高，有害污染物含量高，易产生恶臭气体等特点。不同处理阶段污泥具有不同的含水率，其中重力浓缩污泥含水率约98％，机械脱水污泥含水率约80％，污泥中的自由水可以被机械力去除，非自由水很难通过机械方式进一步去除。高含水污泥在运送和填埋过程中较为困难，并且增大了垃圾填埋厂对垃圾渗滤液的处理负荷，一般要求运输中含水率不大于40％。
对于城市污泥的处置、利用方面，鼓励回收和利用污泥中的能源、资源是未来污泥处理发展趋势的一项重要内容，相对来说，在所有污泥处理技术中，高温处理是目前污泥减量化、无害化处理的合适方式。目前，采用高温处置利用污泥的报到较多，如以污泥为原料烧制陶粒、制污泥砖、建筑材料和生态水泥等，但存在的缺点是处置时间长，易产生二次污染，并且处置费用较高，并且污泥的引入对原始材料的性能提高没有帮助。
钢铁冶金除尘灰是钢铁企业在钢铁生产过程中产生的大量的含铁尘泥，如高炉瓦斯灰、高炉瓦斯泥、烧结除尘灰、转炉OG泥、轧钢铁鳞等。目前钢铁企业对冶金尘泥的利用方式多采用直接配入烧结混合料，其存在的缺点是：尘泥粒度细，在运输、混合和烧结过程中容易产生二次污染；在烧结过程中，较细且含水量较高的尘泥将恶化烧结透气性，影响烧结生产技术指标，使得烧结矿质量受到影响。
在此背景下，如何对城市污泥、钢铁冶金除尘灰进行减量化、并且结合起来进行综合利用成为一定的难题。需要进一步研制开发新的处理工艺并进行产业化成为当务之急，意义重大且势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法。主要解决城市污泥、钢铁冶金除尘灰未妥善处置带来的环境和社会问题。本发明利用城市污泥、钢铁冶金除尘灰中有效的化学成分用于冶金烧结，实现资源化利用。
城市污泥处理难点是如何去除非自由水，这必将给污泥的运送和处理带来困难。
钢铁冶金除尘灰的特点是含铁量较高，尘泥粒度较细，且含水量较高。含铁量高，可用于铁原料的配入，但是粒度细和水分高需要得到处理。
在本申请中，“任选的”表示有或没有。在本申请中，“任选地”表示进行或不进行。
根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法。
一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水(更具体地说，将经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥进行脱水)，获得脱水后的污泥；
(B1)去除非自由水步骤：将生石灰与经过脱水后的污泥进行混合和反应，得到污泥混合物；
(C1)配料步骤：将得到的污泥混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料(如铁矿石精粉)、熔剂和燃料(如无烟煤粉)；这些原料是通常用于烧结工艺中的那些原料。
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(即，一混)和任选的第二次混合机混合(即，二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
一般，在一混和/或二混中可添加少量的水(即，润湿量)，以促进制粒。
优选的是，该方法还包括：步骤(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
在本发明中，步骤(A)中的污泥为经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥。
在本发明中，步骤(A)中污泥采用机械脱水，优选采用压滤或离心的方式进行脱水。
在本发明中，步骤(B1)中生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
在本发明中，步骤(C1)中，污泥混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量，包括污泥混合物和烧结原料)。
根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法。
一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水(更具体地说，将经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥进行脱水)，获得脱水后的污泥；
(B2)初步混合步骤：将经过预处理的污泥(即脱水后的污泥)和钢铁冶金除尘灰进行混合，任选地在混合中加入或不加入生石灰，得到污泥和钢铁冶金除尘灰混合物；
(C2)配料步骤：将得到的污泥和钢铁冶金除尘灰混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料、熔剂和燃料；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(即，一混)和任选的第二次混合机混合(即，二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
一般，在一混和/或二混中可添加少量的水，以促进制粒。
优选的是，该方法还包括：步骤(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
在本发明中，步骤(A)中的污泥为经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥。
在本发明中，步骤(A)中污泥采用机械脱水，优选采用压滤或离心的方式进行脱水。
步骤(B2)中，经过预处理的污泥与钢铁冶金除尘灰的重量比为1:2-10，优选为1:3-9，更优选为1:4-8。
当添加生石灰时，步骤(B2)中，生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
步骤(C2)中，污泥和钢铁冶金除尘灰混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量，包括污泥混合物、钢铁冶金除尘灰混合物和烧结原料)。
在本发明中，将生石灰与经过机械脱水后的污泥进行混合和反应，生石灰与污泥和钢铁冶金除尘灰中的水反应生成消石灰，反应产生的热也使得部分水分蒸发，显著降低污泥和钢铁冶金除尘灰的含水率。此外，生石灰还能有效杀死污泥和钢铁冶金除尘灰中的致病微生物，降低对环境的二次污染。
在本发明中，经生石灰钙化处理后的城市污泥和钢铁冶金除尘灰其含有大量的CaO，可以作为烧结原料的熔剂辅助部分。
在本发明中，在烧结过程中，城市污泥和钢铁冶金除尘灰中CaO的高含量也有助于烧结，CaO能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，形成主要粘结相铁酸钙，提高了烧结矿的碱度，高碱度烧结矿既具有FeO低、还原性好的特征，又具有强度高的特征，提高烧结矿的质量。同时城市污泥和钢铁冶金除尘灰中含有少量的有机质和纤维素，在烧结时，可作为燃料提供一定的燃烧热，辅助烧结。
在本发明中，优选，烧结原料包括59-70wt％的含铁原料(如铁矿石粉)、22-32wt％熔剂(如白云石、石灰石)、4-10％(如5-7％)燃料(如无烟煤粉)，所述重量比基于烧结原料的总重量。
在本发明中，烧结配料总重量是指所有配料的总重量。
在本申请中，作为熔剂，可使用现有技术的在制备烧结矿时的常用的熔剂。例如白云石和石灰石的混合物(如1:1重量比)。
这里所述的烧结原料，是指通常用于制备烧结矿的烧结原料，例如，烧结原料包括：含铁原料(65％-75％)、熔剂(白云石和/或石灰石)(15％-25％)、燃料(焦粉或无烟煤)(4％-9％)、除尘灰(0％或1％-2％)。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益技术效果：
1、解决了城市污泥、钢铁冶金除尘灰难处置带来的环境和社会问题。
2、利用城市污泥和钢铁冶金除尘灰经过生石灰钙化后有效的化学成分用于冶金烧结，实现城市污泥和钢铁冶金除尘灰的资源化利用。
3、本方法采用生石灰有效地除去了城市污泥和钢铁冶金除尘灰中非自由水。
4、控制了污泥和钢铁冶金除尘灰处理中的二次污染问题。
5、可以相应的减少烧结原料中熔剂和燃料的加入量，降低成本。
6、不改变冶金烧结工艺原有运行参数，获得烧结工艺处置城市污泥和钢铁冶金除尘灰的普适性，在不降低冶金烧结矿性能指标的前提下，实现了城市污泥和钢铁冶金除尘灰冶金烧结协同处置过程的环保和高比例处置。
附图说明
图1为本发明利用冶金烧结工艺处理污泥的方法的工艺流程图；
图2为本发明利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法的工艺流程图。
具体实施方式
一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水(更具体地说，将经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥进行脱水)，获得脱水后的污泥；
(B1)去除非自由水步骤：将生石灰与经过脱水后的污泥进行混合和反应，得到污泥混合物；
(C1)配料步骤：将得到的污泥混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料(如铁矿石精粉)、熔剂和燃料(如无烟煤粉)；这些原料是通常用于烧结工艺中的那些原料。
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(即，一混)和任选的第二次混合机混合(即，二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
一般，在一混和/或二混中可添加少量的水(即，润湿量)，以促进制粒。
优选的是，该方法还包括：步骤(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
在本发明中，步骤(A)中的污泥为经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥。
在本发明中，步骤(A)中污泥采用机械脱水，优选采用压滤或离心的方式进行脱水。
在本发明中，步骤(B1)中生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
在本发明中，步骤(C1)中，污泥混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量，包括污泥混合物和烧结原料)。
根据本发明提供的第二种实施方案，提供一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法。
一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水(更具体地说，将经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥进行脱水)，获得脱水后的污泥；
(B2)初步混合步骤：将经过预处理的污泥(即脱水后的污泥)和钢铁冶金除尘灰进行混合，任选地在混合中加入或不加入生石灰，得到污泥和钢铁冶金除尘灰混合物；
(C2)配料步骤：将得到的污泥和钢铁冶金除尘灰混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料、熔剂和燃料；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(一混)和任选的第二次混合机混合(二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
一般，在一混和/或二混中可添加少量的水，以促进制粒。
优选的是，该方法还包括：步骤(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
在本发明中，步骤(A)中的污泥为经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥。
在本发明中，步骤(A)中污泥采用机械脱水，优选采用压滤或离心的方式进行脱水。
步骤(B2)中，经过预处理的污泥与钢铁冶金除尘灰的重量比为1:2-10，优选为1:3-9，更优选为1:4-8。
当添加生石灰时，步骤(B2)中，生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
步骤(C2)中，污泥和钢铁冶金除尘灰混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量，包括污泥混合物、钢铁冶金除尘灰混合物和烧结原料)。
对比例1(未使用城市污泥)
(现有技术的烧结方法)
在本实施例中，烧结原料包括：含铁原料(70wt％)、熔剂(白云石和石灰石，1:1重量比)(20wt％)、燃料(焦粉)(9wt％)、除尘灰(1wt％)。所述重量比基于烧结原料的总重量。烧结工艺包括以下步骤：
(1)烧结原料通过第一次混合机混合(即，一混)和第二次混合机混合(即，二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(2)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结；
(3)检测步骤：检测步骤(2)中经过烧结后烧结矿的质量。
产品烧结矿的质量指标：铁含量60wt％，氧化亚铁含量22wt％，硫含量0.08wt％，碱度10.03wt％，残碳含量0.4wt％，热矿的转鼓指数78.00，冷矿的转鼓指数78.00；冷矿的筛分指数≤10.00。
实施例1
一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将经城市污水直接分离产生的污泥采用压滤的方式进行脱水，获得脱水后的污泥，水含量为21wt％左右；
(B1)去除非自由水步骤：将生石灰与经过脱水后的污泥进行混合和反应，得到污泥混合物，其中：生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：2；
(C1)配料步骤：将10重量份的所得到的污泥混合物与190重量份的烧结原料混合在一起，得到烧结混合料；其中烧结原料包括烧结用的67wt％铁矿石精粉、26wt％熔剂(白云石和石灰石1：1重量比)、7％无烟煤粉，所述重量比基于烧结原料的总重量；其中：污泥混合物的用量是5wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(即，一混)和第二次混合机混合(即，二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结；
(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
产品烧结矿的质量指标：铁含量62wt％，氧化亚铁含量17wt％，硫含量0.05％，碱度10.01wt％，残碳含量0.5wt％，热矿的转鼓指数81.00，冷矿的转鼓指数81.2；冷矿的筛分指数9.8。
实施例2
重复实施例1，只是用污水处理过程中产生的污泥替代经城市污水直接分离产生的污泥；在一混中添加少量的水(即，润湿量，即8wt％，基于烧结混合料的总重量)；步骤(A)中污泥采用离心的方式进行脱水。
实施例3
重复实施例1，只是经城市污水直接分离产生的污泥和污水处理过程中产生的污泥替代经城市污水直接分离产生的污泥；步骤(B1)中生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1:3。
实施例4
重复实施例1，只是步骤(C1)中，污泥混合物的用量是10wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量。
实施例5
一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将经城市污水直接分离产生的污泥采用压滤的方式进行脱水，获得脱水后的污泥；
(B2)初步混合步骤：将经过预处理的污泥(即脱水后的污泥)和钢铁冶金除尘灰进行混合，得到污泥和钢铁冶金除尘灰混合物；其中：经过预处理的污泥与钢铁冶金除尘灰的重量比为1:5；
(C2)配料步骤：将10重量份的所得到的污泥和钢铁冶金除尘灰混合物与190重量份的烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的65wt％铁矿石精粉、28wt％熔剂(白云石和石灰石1：1重量比)、7％无烟煤粉；其中：污泥和钢铁冶金除尘灰混合物的用量是6wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合(一混)和第二次混合机混合(二混)得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
产品烧结矿的质量指标：铁含量64wt％，氧化亚铁含量16.5wt％，硫含量0.06％，碱度10.00wt％，残碳含量0.5wt％，热矿的转鼓指数82.00，冷矿的转鼓指数82.3；冷矿的筛分指数9.6。
实施例6
重复实施例5，只是步骤(B2)中，在混合中加入生石灰，生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：2。
实施例7
重复实施例6，只是只是用污水处理过程中产生的污泥替代经城市污水直接分离产生的污泥；在一混中添加少量的水(即，润湿量)；步骤(A)中污泥采用离心的方式进行脱水。
实施例8
重复实施例6，只是经城市污水直接分离产生的污泥和污水处理过程中产生的污泥替代经城市污水直接分离产生的污泥；步骤(B2)中生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1:3，经过预处理的污泥与钢铁冶金除尘灰的重量比为1：2。
实施例9
重复实施例6，只是步骤(C2)中，污泥混合物的用量是10wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量。
采用本发明的技术方案，可以获得烧结矿一等品。同时，可以很好的处理城市污泥和钢铁冶金除尘灰，避免二次污染。成本低还体现在不用专门再建造设施去处理城市污泥。

Claims (11)

1.一种利用冶金烧结工艺处理污泥的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水；
(B1)去除非自由水步骤：将生石灰与经过脱水后的污泥进行混合和反应，得到污泥混合物；
(C1)配料步骤：将得到的污泥混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料、熔剂和燃料；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合和任选的第二次混合机混合得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
2.一种利用冶金烧结工艺处理污泥和钢铁冶金除尘灰的方法，该方法包括以下步骤：
(A)污泥预处理步骤：将污泥进行脱水；
(B2)初步混合步骤：将经过预处理的污泥和钢铁冶金除尘灰进行混合，然后任选地在混合中加入或不加入生石灰，得到污泥和钢铁冶金除尘灰混合物；
(C2)配料步骤：将得到的污泥和钢铁冶金除尘灰混合物与烧结原料混合在一起，得到烧结混合料，其中烧结原料包括烧结用的含铁原料、熔剂和燃料；
(D)混匀制粒步骤：将烧结混合料通过第一次混合机混合和任选的第二次混合机混合得到粒状或丸状的烧结混匀料；
(E)烧结步骤：将所述烧结混匀料放入烧结机台车进行烧结。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：该方法还包括：步骤(F)检测步骤：检测步骤(E)中经过烧结后烧结矿的质量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(A)中的污泥为经城市污水直接分离产生的污泥或污水处理过程中产生的污泥。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(A)中污泥采用机械脱水，优选采用压滤或离心的方式进行脱水。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：烧结原料包括59-70wt％的含铁原料(如铁矿石粉)、22-32wt％熔剂、4-10％燃料(如煤粉)，所述重量比基于烧结原料的总重量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(B1)中生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：步骤(C1)中，污泥混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量)。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(B2)中经过预处理的污泥与钢铁冶金除尘灰的重量比为1:2-10，优选为1:3-9，更优选为1:4-8。
10.根据权利要求2或9所述的方法，其特征在于：步骤(B2)中，生石灰与经过脱水后的污泥的重量比为1：1.5-4.5，优选为1:1.7-4，更优选为1:2-3。
11.根据权利要求2或9或10所述的方法，其特征在于：步骤(C2)中，污泥和钢铁冶金除尘灰混合物的用量是0.5-16wt％，更优选1-14wt％，更优选1.2-12wt％，更优选1.5-10wt％，更优选是2-8wt％，该重量百分比基于烧结配料的总重量(即全部配料的总重量)。
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