CN113215390B - 一种含铜污泥烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含铜污泥烧结方法，包括：引燃底火层并将底火层由第一端部向第二端部移动；在底火层移动的过程中，沿移动方向间隔设有至少两个加料点，进行分次分层加入待烧结物料；并从底火层的底部送入含氧气流，实现助燃；其中，靠近第一端部的第一加料点加入待烧结物料到底火层上，之后每一加料点依次加料到前一加料层之上，形成多层加料层；待烧结物料为含铜污泥与燃料的混合料，或混合料制成的球料；第一加料点加料或之后每一加料点加料之前，底火层或前一加料层已被充分引燃；第N加料层的厚度根据第N加料点与第(N‑1)加料点或第一端部之间料层上部温度确定；含氧气流由一部分穿过料层的烟气与新含氧气流混合而成。

Description

一种含铜污泥烧结方法

技术领域

本发明涉及含铜污泥资源化利用技术领域，具体涉及一种含铜污泥烧结方法。

背景技术

含铜污泥是一种主要含有铜氢氧化物、硫化物等沉淀的污泥，其多产生于金属表面处理业、印刷电路板业、电镀业及电线电缆业的含铜废水处理过程。

含铜污泥中往往含有多种重金属，成分复杂且含水率高达60％～70％，其中的铜、镍、锌、铬等重金属的氢氧化物是一种非稳定状态；如果随意堆放，在雨水淋溶作用下，重金属极有可能再次溶出，污染土壤或地下水，造成环境生态的危害。因此，该类污泥已被列入《国家危险废物名录》(2016版)，危险废物类别为HW17(表面处理废物)和HW22(含铜废物)。另一方面，随着矿产资源日渐枯竭，资源综合利用与发展循环经济已成为必然选择。含铜污泥中的有价金属含量往往高于一次矿产资源开采品位，铜含量大于1％，个别甚至可达15％以上(干基)，同时还含有一定量的金、钯等贵金属；其作为一种廉价的、巨大的二次资源，利用合适的工艺将其中的有价金属富集回收，不仅能减少环境危害，发展循环经济，建设节约型社会，同时还能减缓金属资源的持续耗竭，提高国家金属资源保障程度。

含铜污泥资源化利用工艺包括湿法浸出工艺与火法熔炼工艺，目前行业内以火法熔炼工艺居多，主要工艺包括密闭鼓风炉熔炼工艺与富氧熔池熔炼工艺。含铜污泥无固定形态，其在火法熔炼之前必须先经过烧结预处理，目前含铜污泥常用的预处理工艺主要包括烘干与烧结且以烧结为主。烧结预处理工艺是将含铜污泥、燃料(通常为焦粉或煤粉)混合后进行造球，之后再进行布料烧结，送入空气助燃，使料层燃烧升温，将低熔点组分熔化成为液相，液相逐渐冷却将难融组分粘在一起形成块状物料，即烧结块。烧结预处理可以将含铜污泥中的水分全部挥发，并将粉粒状污泥直接烧结成块，孔隙率大与强度高，冶金性能优良，便于后续熔炼使用；此外，烧结预处理可使含铜污泥中的有机物与含硫组分燃烧分解，提升熔炼环节入炉物料品质，进而改善熔炼炉况，提高熔炼金属产品品质。

现有含铜污泥烧结预处理工艺仍沿用了传统有色金属精矿粉烧结工艺，但有色金属精矿粉与含铜污泥性质差异极大，其含水率低(小于10％)、物料分散不粘稠、料层透气性好，因此直接移用该烧结工艺处理含铜污泥存在诸多不适用之处，主要有如下几方面的技术问题：

1.含铜污泥含水率高达60％～70％，成泥坨状，十分粘稠；现有含铜污泥烧结工艺为一次性布料，料层厚、透气性差，污泥脱水过程与引燃烧结过程速度很慢，导致了其存在燃料用量大、燃烧不充分、烧结时间长、能耗高、产量低等问题。

2.含铜污泥来源十分广泛，产生工艺多样，不同厂家的含铜污泥含水率差别很大，脱水的难易程度差别也很大；现有含铜污泥烧结工艺料层厚度固定，烧结过程中无法根据入炉污泥情况与炉内烧结情况实时调整炉内料层厚度，工艺灵活性差；污泥含水率变化使得烧结工艺运行不稳定，烧结产品质量不稳定，经常出现烧结块夹杂生料或过烧现象。

3.现有含铜污泥烧结工艺为一次性布料，物料往往会结成一个体积巨大的整体，出料时需使用大型破碎机将其破碎成小块；该破碎过程会产生很多粉料，降低了烧结成块率，粉料还需再次回炉烧结，占用了有效产能，增加了能耗。

4.现有含铜污泥烧结工艺使用空气助燃，空气穿过烧结料层后直接排出，该方法氧气利用率低，排出的气体带走大量热量，热损失大，能耗高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种含铜污泥烧结方法。

本发明公开了一种含铜污泥烧结方法，所述烧结方法在烧结装置中进行，所述烧结装置包括水平设置的第一端部和第二端部，且在所述第二端部处设有出料口；所述烧结方法包括：

引燃底火层并将所述底火层由所述第一端部向所述第二端部移动；在所述底火层移动的过程中，沿移动方向间隔设有至少两个加料点，进行分次分层加入待烧结物料；从所述底火层的底部送入含氧气流，实现助燃；

其中，

靠近所述第一端部的第一加料点加入待烧结物料到所述底火层上，形成第一加料层；之后每一加料点依次加料到前一加料层之上，形成多层加料层；

所述待烧结物料为含铜污泥与燃料的混合料，或所述混合料制成的球料；

所述第一加料点加料或之后每一加料点加料之前，所述底火层或所述前一加料层已被充分引燃；

所述第一加料层的厚度根据第一加料点与第一端部之间料层上部温度确定，第N加料层的厚度根据第N加料点与第(N-1)加料点之间料层上部温度确定，N≥2；

所述含氧气流由一部分穿过料层的烟气与新含氧气流混合而成。

作为本发明的进一步改进，所述底火层为厚度100mm～200mm的待烧结物料层或厚度5mm～10mm的生物质燃料层，所述底火层的移动速度为50mm/min～100mm/min。

作为本发明的进一步改进，所述第一加料点与所述第一端部之间或相邻两个加料点之间的间距为2m～4m，每一加料层的长度为对应的加料点与所述第二端部的距离。

作为本发明的进一步改进，所述第一加料层将经过所述第一加料点的所述底火层完全覆盖，之后每一加料层均将经过该加料点的所述前一加料层完全覆盖。

作为本发明的进一步改进，所述混合料中掺杂的燃料为焦粉或煤粉；当燃料为焦粉时，所述焦粉的掺杂质量分数为12％～13％；当燃料为煤粉时，所述煤粉的掺杂质量分数为15％～17％；所述球料的粒径为10mm～30mm。

作为本发明的进一步改进，加料层的厚度与对应的料层上部温度成正比，料层上部温度越高、对应加料层的厚度越厚，加料层的厚度为150mm～400mm。

作为本发明的进一步改进，

料层上部温度小于150℃时，加料层的厚度为150mm～200mm；

料层上部温度为150℃～250℃时，加料层的厚度为200mm～250mm；

料层上部温度为250℃～300℃时，加料层的厚度为250mm～300mm；

料层上部温度大于300℃时，加料层的厚度为300mm～400mm。

作为本发明的进一步改进，所述含氧气流从位于所述第一端部至所述第二端部之间的底火层的底部送入，并从料层的底部由下向上穿过料层；

穿过料层的一部分烟气与新含氧气流混合形成下一次助燃风的含氧气流，再次从位于所述第一端部至所述第二端部之间的底火层的底部送入；穿过料层的另一部分烟气经净化处理后达标排放；其中，所述新含氧气流为普通空气或富氧空气，所述净化处理包括除尘、脱硫和脱硝处理。

作为本发明的进一步改进，穿过料层后的烟气的回流比例为20％～35％。

作为本发明的进一步改进，最后一次加料后，整个料层在到达第二端部前完成烧结，排出后得到烧结块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用分次分层布料的方式进行布料烧结，其料层透气性好、烧结速度快、产量高、能耗低，同时使每次布料的料层之间形成一个界面，在烧结出料时，烧结矿便可自动断裂分离成为粒径适宜的烧结块，无需进行破碎；

本发明根据前一加料点与本加料点之间料层上部的温度确定布料量，实现在烧结过程中根据实际烧结情况实时调控，以适应各种含铜污泥含水率的变化，使烧结过程稳定运行，消除烧结块夹生或过烧现象，确保产品质量稳定；

本发明利用回流烟气携带的热量加热新含氧气流，提高含铜污泥烘干与烧结速度，又可以减少热能损失，提高氧气利用率，降低燃料用量。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的含铜污泥烧结方法的工艺示意图。

图中：

1、第一端部；2、第二端部；3、底火层；4、第一加料点；41、第一料层；5、第二加料点；51、第二料层；6、第三加料点；61、第三料层；7、第四加料点；71、第四料层；8、含氧气流；9、料层烧结带；10、烧结块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

为解决现有烧结方法存在的料层透气性差、烧结速度慢、产量低、能耗高，烧结过程不易调控、生产波动大、产品稳定性差，烧结块破碎后粉料多以及助燃空气氧气利用率低、热能损失大的问题；为此，本发明提供一种含铜污泥烧结方法，其采用分次分层布料的方式进行布料烧结，其料层透气性好、烧结速度快、产量高、能耗低，同时使每次布料的料层之间形成一个界面，在烧结出料时，烧结矿便可自动断裂分离成为粒径适宜的烧结块，无需进行破碎；根据前一加料点与本加料点之间料层上部的温度确定布料量，实现在烧结过程中根据实际烧结情况实时调控，以适应各种含铜污泥含水率的变化，使烧结过程稳定运行，消除烧结块夹生或过烧现象，确保产品质量稳定；利用回流烟气携带的热量加热新含氧气流，提高含铜污泥烘干与烧结速度，又可以减少热能损失，提高氧气利用率，降低燃料用量。

具体的：

如图1所示，本发明提供一种含铜污泥烧结方法，该烧结方法在烧结装置中进行，烧结装置包括水平设置的第一端部1和第二端部2，且在第二端部2处设有出料口，用于排放烧结后的烧结块10；该烧结方法包括：

步骤1、将含铜污泥与一定比例的燃料混合均匀，得到混合料，并制备待烧结物料；其中，

待烧结物料为含铜污泥与燃料的直接混合料或由混合料制成的球料；含铜污泥含水率高、热值低，加入适当比例的燃料是升温熔化烧结的必要条件；进一步，混合料中掺杂的燃料为焦粉或煤粉；当燃料为焦粉时，焦粉的掺杂质量分数为12％～13％；当燃料为煤粉时，煤粉的掺杂质量分数为15％～17％；待烧结物料优选为混合料制成的球料，球料的粒径为10mm～30mm；球料透气性更加，烧结速度更快。

步骤2、引燃底火层3并将底火层由第一端部1向第二端部2移动；其中，

用燃烧器引燃底火层3，底火层3可以是厚度为100mm～200mm的待烧结物料层，也可以是厚度为5mm～10mm的生物质燃料层，如稻壳、生物质颗粒等；底火层3的宽度优选为2.5m，本发明优选生物质燃料作为底火层，其更易引燃。底火层3由第一端部1向第二端部2移动，第一端部1与第二端部2之间的距离为25m，移动速度为50mm/min～100mm/min。底火层3移动速度决定了烧结过程的总时间，其可根据第一端部1与第二端部2之间的距离以及待烧结物料烧结过程难易程度确定；距离越长、烧结物料越容易烧结，则移动速度可设置越快，反之则越慢。底火层3宽度及第一端部1与第二端部2之间的距离可根据产能需求确定，待烧结物料性质相同情况下，底火层宽度越大、第一端部1与第二端部2之间距离越长则处理能力越大。

步骤3、在底火层3移动的过程中，沿移动方向间隔设有至少两个加料点，进行分次分层加入待烧结物料；并从底火层3的底部送入含氧气流8，实现助燃；其中，

靠近第一端部1的第一加料点4加入待烧结物料到底火层上，形成第一加料层41；之后每一加料点依次加料到前一加料层之上，形成多层加料层；第一加料点4加料之前或之后每一加料点加料之前，需确保底火层3或前一加料层已被充分引燃(完全引燃)；进一步，第一加料点4与第一端部1之间或相邻两个加料点之间的间距为2m～4m，每一加料层的长度为对应的加料点与第二端部2的距离；更进一步，第一加料层将经过第一加料点的底火层完全覆盖，之后每一加料层均将经过该加料点的前一加料层完全覆盖。

第一加料层的厚度根据第一加料点与第一端部之间料层上部温度确定，第N加料层的厚度根据第N加料点与第(N-1)加料点之间料层上部温度确定；进一步，加料层的厚度与对应的料层上部温度成正比，料层上部温度越高、对应加料层的厚度越厚，加料层的厚度优选为150mm～400mm；更进一步，料层上部温度小于150℃时，加料层的厚度为150mm～200mm；料层上部温度为150℃～250℃时，加料层的厚度为200mm～250mm；料层上部温度为250℃～300℃时，加料层的厚度为250mm～300mm；料层上部温度大于300℃时，加料层的厚度为300mm～400mm。

含氧气流8从位于第一端部1至第二端部2之间的底火层3的底部送入，并从料层的底部由下向上穿过料层；穿过料层的一部分烟气与新含氧气流混合形成下一次助燃风的含氧气流，再次从位于第一端部至第二端部之间的底火层的底部送入；穿过料层的另一部分烟气经净化处理后达标排放；其中，新含氧气流为普通空气或富氧空气，净化处理包括除尘、脱硫和脱硝处理；进一步，穿过料层后的烟气的回流比例为20％～35％。

最后一次加料后，整个料层在到达第二端部2前完成烧结，排出后得到烧结块10；即最后一次加料完成后，整个料层继续向第二端部2移动，在该过程中，料层内的燃料充分燃烧，使料层内产生一部分液相，液相逐步冷却，凝结成块，形成烧结块20。

如图1所示，作为上述步骤3的一种具体实施例：

本发明沿第一端部1向第二端部2方向分别设置4个加料点，分4次依次加入待烧结物料，并形成4个加料层；即第一加料点4、第一料层41，第二加料点5、第二料层51，第三加料层6、第三料层61和第四加料点7、第四料层71；第一加料点4距离第一端部1为2m，第二加料点5距离第一加料点4为4m，第三加料点6距离第二加料点5为4m，第四加料点7距离第三加料点6为4m。进一步，加料次数根据实际情况确定，第一端部1与第二端部2之间的距离越长，则可设置的加料次数越多。加料点之间的距离根据实际情况确定，料层在该段距离的移动时间可以使该段料层充分引燃即可。每次加料前确保底火层或之前所加料层充分引燃，这样可以使之后所加料层烘干脱水与烧结过程高效稳定进行。分多次多层的布料方法使每层含铜污泥料层的透气性大为改善，污泥脱水过程与引燃烧结过程速度显著提升，单位含铜污泥烧结时间大幅缩短，烧结能耗降低，产能提高。

第一次加入的待烧结物料的料层厚度H1根据第一加料点4与第一端部1之间料层上部的温度T1确定，第二加料点5加入的待烧结物料料层厚度H2根据第二加料点与第一加料点之间料层上部的温度T2确定，以此类推。温度T1越高，第一次加入的待烧结入物料料层厚度H1越大；温度T2越高，第二次加入的待烧结物料料层厚度H2越大，以此类推。每段料层的上部温度由该段中点料层上部1m～1.5m处测得，每次所加料层厚度是指本次加料厚度，不包括加料前料层已有厚度。具体的，当T1小于150℃时，第一次加料料层厚度为150mm，T1为150℃～200℃时，第一次加料料层厚度为200mm，T1大于200℃时，第一次加料料层厚度为250mm。当T2小于250℃时，第二次加料料层厚度为200mm，T2为250℃～300℃时，第二次加料料层厚度为250mm，T2大于300℃时，第二次加料料层厚度为300mm。当T3小于250℃时，第三次加料料层厚度为200mm，T3为250℃～300℃时，第三次加料料层厚度为250mm，T3大于300℃时，第三次加料料层厚度为300mm。当T4小于300℃时，第四次加料料层厚度为250mm，T4为300℃～350℃时，第四次加料料层厚度为300mm，T4大于350℃时，第四次加料料层厚度为350mm；其所形成的料层烧结带9如图1所示；

基于上述设计，底火层与前期所加料层比较薄，燃烧热量较少，温度不高，故前期加料料层较薄。随着料层逐渐增厚，燃烧越来越剧烈，温度也越来越高，所加料层厚度可逐步提升，但每次所加料层厚度尽量控制在150mm～400mm，因为薄料层透气性虽好，但由于含铜污泥含水率高，薄料层脱水烧结后体积会大幅缩小，过薄的料层会使烧结块体积偏小或成块率降低，而料层太厚容易使料层透气性变差，影响料层烘干脱水与烧结速度，进而影响整个烧结过程与产能。每段料层上部温度可以准确反映该段料层的烧结情况以及目前含铜污泥的含水情况，据此实时调整每段布料厚度，以适应各种含铜污泥含水率的变化，可使烧结过程稳定运行，消除烧结块夹生或过烧现象，确保产品质量稳定。

第一次加料将经过第一加料点的底火层完全覆盖，之后每一次加料均将经过该加料点的前一次所加料层完全覆盖，这样可以充分利用下层火焰与热量，保证产能最大化，防止料层漏风，保证整个烧结过程的顺利进行。采用分次分层布料的方法进行布料烧结而非传统的一次性布料，使每次布料的料层之间形成一个界面，最终的烧结料层内部便存在多个界面，这些界面的结合力弱，故在烧结出料时，烧结矿便可自动断裂分离成为粒径100mm～200mm的烧结块，无需进行破碎，消除了破碎过程产生粉料的问题，烧结成块率提升，粉料返回量显著减少。

实施例：

采用本发明的烧结方法与现有烧结方法的结果对比如表1所示：

表1

本发明的优点为：

1.本发明对待烧结物料(含铜污泥与燃料的混合料)采用分次分层布料的方式进行布料烧结，而非传统的一次性布料烧结；即，先将底火层引燃，之后进行第一次布料，由于第一料层较薄，透气性好，热量迅速上移，含铜污泥烘干脱水与烧结过程均很快；待第一料层已充分引燃时，进行第二次布料，与第一次布料相同，第二料层的烘干脱水与烧结过程也很快，接着进行后续的多次布料；基于上述布料方式，本发明使得含铜污泥料层的透气性大为改善，污泥脱水过程与引燃烧结过程速度显著提升，单位含铜污泥烧结时间大幅缩短，烧结能耗降低；相比于传统布料方式，在同等情况下，本发明的燃料率由15％降低至12％～13％，产能提高20％；

2.本发明每次布料的布料量是根据前一加料点与本加料点之间料层上部的温度确定的，该温度越高，本次加料量越大，相邻加料点之间料层上部的温度可以准确反映该段含铜污泥的烧结情况。当该段料层上部的温较高时，表明该段料层脱水与烧结过程快，料层已充分引燃，火力较猛，反映出此时含铜污泥含水率较低，因此可以再下一次加料时适当多加一点。而当该段料层上部的最高温较低时，表明该段料层脱水与烧结过程慢，料层引燃不充分，火力较弱，反映出此时含铜污泥含水率较高，因此再下一次加料时适当减少加料量，确保烧结过程顺利高效进行。基于上述方法，本发明可以根据烧结过程每段的状况实时调整布料厚度，以适应各种含铜污泥含水率的变化，使烧结过程稳定运行，消除烧结块夹生或过烧现象，确保产品质量稳定。

3.本发明对待烧结物料(含铜污泥与燃料的混合料)采用分次分层布料的方式进行布料烧结，而非传统的一次性布料烧结；基于上述布料方式，使每次布料的料层之间形成一个界面，最终的烧结料层内部便存在多个界面，这些界面的结合力弱，故在烧结出料时，烧结矿便可自动断裂分离成为粒径100mm～200mm的烧结块，无需进行破碎，进而消除了破碎过程产生大量粉料的问题；烧结成块率由70％提升至85％左右，粉料返回量显著减少。

4.本发明将一部分穿过料层后的烟气与新的含氧气流进行混合，另一部分外排。混合后的含氧气流再由料层底部送入，使其穿过料层，进行助燃与热传导，这样既可以利用回流烟气携带的热量加热新含氧气流，提高含铜污泥烘干与烧结速度，又可以减少热能损失，提高氧气利用率，降低燃料用量。现有烧结工艺排出烟气温度为300℃～350℃，含氧量约为17％左右，本发明排出烟气温度为250℃左右，含氧量为15％左右。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含铜污泥烧结方法，所述烧结方法在烧结装置中进行，所述烧结装置包括水平设置的第一端部和第二端部，且在所述第二端部处设有出料口；其特征在于，所述烧结方法包括：

引燃底火层并将所述底火层由所述第一端部向所述第二端部移动；在所述底火层移动的过程中，沿移动方向间隔设有至少两个加料点，进行分次分层加入待烧结物料；从所述底火层的底部送入含氧气流，实现助燃；

其中，

靠近所述第一端部的第一加料点加入待烧结物料到所述底火层上，形成第一加料层；之后每一加料点依次加料到前一加料层之上，形成多层加料层；

所述待烧结物料为含铜污泥与燃料的混合料，或所述混合料制成的球料；

所述第一加料点加料或之后每一加料点加料之前，所述底火层或所述前一加料层已被充分引燃；

所述第一加料层的厚度根据第一加料点与第一端部之间料层上部温度确定，第N加料层的厚度根据第N加料点与第（N-1）加料点之间料层上部温度确定，N≥2；其中，料层上部温度小于150℃时，加料层的厚度为150mm~200mm；料层上部温度为150℃~250℃时，加料层的厚度为200mm~250mm；料层上部温度为250℃~300℃时，加料层的厚度为250mm~300mm；料层上部温度大于300℃时，加料层的厚度为300mm~400mm；

所述含氧气流由一部分穿过料层的烟气与新含氧气流混合而成。

2.如权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述底火层为厚度100mm~200mm的待烧结物料层或厚度5mm~10mm的生物质燃料层，所述底火层的移动速度为50mm/min~100mm/min。

3.如权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述第一加料点与所述第一端部之间或相邻两个加料点之间的间距为2m~4m，每一加料层的长度为对应的加料点与所述第二端部的距离。

4.如权利要求3所述的烧结方法，其特征在于，所述第一加料层将经过所述第一加料点的所述底火层完全覆盖，之后每一加料层均将经过该加料点的所述前一加料层完全覆盖。

5.如权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述混合料中掺杂的燃料为焦粉或煤粉；当燃料为焦粉时，所述焦粉的掺杂质量分数为12%~13%；当燃料为煤粉时，所述煤粉的掺杂质量分数为15%~17%；所述球料的粒径为10mm~30mm。

6.如权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述含氧气流从位于所述第一端部至所述第二端部之间的底火层的底部送入，并从料层的底部由下向上穿过料层；

穿过料层的一部分烟气与新含氧气流混合形成下一次助燃风的含氧气流，再次从位于所述第一端部至所述第二端部之间的底火层的底部送入；穿过料层的另一部分烟气经净化处理后达标排放；其中，所述新含氧气流为普通空气或富氧空气，所述净化处理包括除尘、脱硫和脱硝处理。

7.如权利要求6所述的烧结方法，其特征在于，穿过料层后的烟气的回流比例为20%~35%。

8.如权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，最后一次加料后，整个料层在到达第二端部前完成烧结，排出后得到烧结块。

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