专利名称：一种城市污泥作为钢铁工业烧结矿原料的利用方法
一种城市污泥作为钢铁工业烧结矿原料的利用方法技术领域
本发明属于城市固废的无害化处置利用技术领域，特别涉及一种城市污泥作为钢 铁工业烧结矿原料的利用方法。
背景技术：
城市污泥是城市市政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。“十一五”期间，我国将“节能减排COD”纳入约束性指标，城 市污水处理发展迅速，城市污泥产生总量快速增加。大量城市污泥需经及时处理，减少污泥 堆放量，避免环境污染。近年来，国家对城市的污泥问题愈来愈重视，2009年，住房和城乡建 设部、环境保护部、科学技术部三部门联合发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染物 防治技术政策(试行)》(建城[2009]23号)，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%。
在多种降低污泥含水率的方式中，石灰干化处理技术具有高效、经济、运行费用低 的优势，可避免渗滤液泄漏，显著降低含水率等优点，被广泛使用。其工作原理是将生石灰 加入污泥后，一方面与水反应生成消石灰消耗水，另一方面反应放热促使水分蒸发，显著降 低污泥含水率。另外，生石灰的加入还能有效杀死污泥中的致病微生物，降低对环境的二次 污染。
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，在所有污泥处置技术中，高温处置以及“资源化” 利用技术是目前污泥减量化、无害化处置的合适方式。目前，采用高温处置利用污泥的专利 技术较多，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。而经过石灰干化处置后的城市污泥，其含水量和有机质含量大大降低，并且其中 还含有大量的CaO组分，以及一些残余的可燃烧的有机质和纤维素，CaO组分可以作为烧结 原料中的熔剂，残余有机质和一些纤维素可以在烧结过程中充当原料。由于污泥中的CaO 组分和少量可燃物质混合均勻，相当于熔剂和燃料之间的均勻充分混合，将干化污泥在烧 结原料中利用，不仅可以快速处置城市污水处置过程中产生的大量污泥，实现污泥的减量 化和无害化，有效回用石灰钙化污泥中的资源和能源，而且配入干化污泥后由于熔剂和燃 料的均衡结合，可以显著提高烧结矿的烧结性能，因此具有良好的发展前景。
我国铁矿资源的特点是贫矿和复合矿居多，因此我国烧结工业含铁原料以细精矿为主，但细精矿烧结的缺点是细精矿烧结料层的透气性差，造成烧结矿质量较差，产量偏 低，烧结能耗偏高。近年来，随着钢铁工业的发展，高炉对烧结矿的品位要求越来越高，我国 许多烧结厂高碱度烧结矿已达到或接近60%的高铁品位，并且其SiO2含量已经降到4%左 右，但这种高碱度高铁低硅烧结矿的强度有待于进一步提高，其烧结燃耗也需要进一步降 低。因此，如何处理高品位细磨精矿的烧结问题，尤其是如何改善烧结料层的透气性，就成 为现阶段烧结工艺急待解决的问题，研究认为，改善烧结料层透气性的最好办法是采用小 球烧结法技术。小球烧结法即精料烧结法，一般将细磨铁精矿的混合料加入一定量的消石 灰(或生石灰粉末)作粘结剂，然后在圆盘或圆筒造球机内混合加水造成粒度均勻，直径约 为3毫米以上的小球料，再与粗粒返矿、粗焦粉等混合，进行负压点火抽风烧结。小球烧结 法对原料的适应性强，可有效解决高品位精矿制粒难的问题，因此可提高烧结成品矿的铁 品位，加之采用小球烧结法制得的小球粒度均勻、强度好、燃耗低，从而使得烧结料层气流 阻力减少，故可显著改善烧结料层透气性，有利于厚料层、高氧位和低温烧结操作制度的实 施。小球烧结法之所以能有效地改善细磨铁精矿的烧结性能，是由于其改善了料层内的气 流分布，负压抽风时单位时间通过单位截面料层的气流量增大，使得水蒸汽分压降低，相应 露点降低，从而减少料层下部冷凝水量，可有效防止料层下部形成过湿层。考虑到小球烧结 中需配入细石灰粉末，而石灰钙化污泥具有粒度细、CaO含量高的特性，因此污泥配入烧结 矿时除采用常规方式配入外，还可以作为小球烧结原料配入使用。
经文献和专利检索，对于污泥配入烧结原料制备烧结矿利用的研究有1篇专利， 中国专利200910M1914.6提出一种以城市污泥和钢铁冶金含铁尘泥制备烧结配料的方 法，提出将城市污泥与冶金尘泥进行混合、制粒后配入烧结矿中使用，所制得的颗粒具有较 好的性能。但上述专利中，由于冶金尘泥在烧结中配入的比例较低，不易于大规模处置、利 用城市污泥。因此，将石灰钙化污泥进行预处理，然后采用不同的配入烧结矿方式，如直接 配入、多次分加配入、预制备小颗粒烧结料(小球烧结)等，以较大比例的配入烧结原料中， 同时可以保持甚至是改善烧结矿性能。
目前城市污泥传统的处置方式如填埋、堆肥和焚烧等方式，以及一些其它处置方 式如制污泥砖、建筑材料等存在占用土地、污染土地环境、处置费用高等的不足之处，发明内容
本发明的目的在于提供一种城市污泥作为钢铁工业烧结矿原料的利用方法，克服 了目前城市污泥填埋、堆肥和焚烧，以及制污泥砖、建筑材料等存在占用土地、污染土地环 境、处置费用高等的不足。
本发明的其原理在于石灰钙化污泥含有大量的CaO组分和一定量的可燃组分， 并且CaO组分和可燃组分粒度细，分布均勻，彼此之间紧密接触；将设定比例的石灰钙化污 泥细颗粒粉料添加到烧结原料中，同时根据钙化污泥组成和添加比例减少烧结原料中的熔 剂CaO和燃料加入量，将配比料进行混合均勻、造粒后，进行烧结工序制备烧结矿。
本发明是将城市污泥与生石灰按比例(城市污泥的配入比例为60 90wt%，生石 灰的配入比例为10 40wt% )混合，经干燥、脱水处理后得到钙化污泥，再将钙化污泥按一 定比例和一定方式，配入成分相应调整的烧结原料之中，并随其他烧结原料一起进入烧结 工序处理，最终生产烧结矿产品，用作炼铁原料。4
本发明所述的钙化污泥粒度范围0. 05 3mm，含水率范围0. 01 20wt%，钙化污 泥配入比例占烧结原料总量的0. 1 10wt%。钙化污泥配入烧结原料之中的方式是将钙化 污泥粉碎至0. 05 3mm颗粒后，作为烧结原料之一加入到烧结原料中，并与烧结原料一起 在烧结配料流程中完成混合造粒；所述的成分相应调整的烧结原料，其成分调整是根据钙 化污泥中的氧化钙含量和碳的多少，相应减少烧结原料中的氧化钙和碳的加入量。
本发明是将城市污泥经过石灰干化处置后，经过干燥预处理后得到细颗粒料，然 后配入烧结原料中替代部分熔剂CaO和燃料，然后将配料经过均勻混合、造粒后，制备烧结 矿。
与现有污泥处理方法相比，上述方法具有如下优点
(1)本发明实现了城市污泥的快速有效利用，不仅有效处置了城市污泥，并且配入 比例高，实现了城市污泥中的资源和能源的回收利用，大大降低了城市固废处理成本；控制 了污泥处理中的二次污染问题，实现污泥的无害化处理和资源化利用；
(2)配入钙化污泥可有效提高烧结矿烧结时的垂直烧结速度、成品率和利用系数， 改善了烧结矿的烧结性能；同时还可以减少烧结原料中的熔剂、燃料加入量，降低了原料成 本，一举多得；
(3)石灰钙化污泥的加入可以替代部分熔剂CaO和燃料，降低了烧结原料成本；
(4)本发明中设计的城市污泥配入烧结原料利用技术，可将逐年递增、亟待解决城 市污泥问题引至钢铁冶金行业生产流程中进行处理，实现现代化钢铁企业的绿色冶金和环 保功能，从而实现资源和能源的循环利用、固体废弃物的减量及高附加值利用。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
将石灰干化处置后的钙化污泥经自然风干至含水率10 %，然后将其破碎至颗粒粒 径0.05 1mm，加入到烧结原料中，其质量(干基)为烧结原料总质量的2%。烧结试验结 果表明同不加入污泥颗粒相比，加入石灰钙化污泥后，石灰加入量减少了 0.8%，烧结成 品率增大了 4. 1%，烧结利用系数增大了 10.2%，固体燃耗降低了 3. mcg/T，烧结矿性能显 著提高，烧结成本显著降低。
实施例2
将石灰干化处置后的钙化污泥进行造粒，污泥造粒后经自然风干至含水率2 %， 然后将其破碎至颗粒粒径0.05 1mm，加入到烧结原料中，其质量(干基)为烧结原料总 质量的3%。烧结试验结果表明同不加入污泥颗粒相比，加入石灰钙化污泥后，石灰加入 量减少了 1.2%，烧结成品率增大了 5.0%，烧结利用系数增大了 13.0%，固体燃耗降低了 0. Wig/T，烧结矿性能显著提高，烧结成本显著降低。
实施例3
将石灰干化处置后的钙化污泥进行造粒，污泥造粒后经自然风干至含水率10%， 然后将其破碎至颗粒粒径0. 05 3mm，加入到烧结原料中，其质量(干基)为烧结原料总质5量的3. 5 %，烧结试验结果表明同不加入污泥颗粒相比，加入石灰钙化污泥后，石灰加入 量减少了 1.6%，烧结成品率增大了 1.5%，、烧结利用系数增大了 2.0%，固体燃耗降低了 0. 3kg/T，烧结矿性能有所提高，烧结成本显著降低。
实施例4
将石灰干化处置后的钙化污泥进行造粒，经自然风干至含水率5 %，然后将其破碎 至颗粒粒径0. 05 1mm，作为原料直接配加到小球烧结原料中，其质量(干基)为烧结原料 总质量的1. 5%，进行造粒，造粒粒度为3 8mm，小球烧结试验结果表明同不加入污泥料 相比，加入石灰钙化污泥后，石灰加入量减少了 0.6%，烧结成品率增大了 2. 1%，、烧结利 用系数增大了 2.5%，固体燃耗降低了 0. ^cg/T，烧结矿性能有所提高，烧结成本显著降低。
权利要求
1.一种城市污泥作为钢铁工业烧结矿原料的利用方法，其特征在于，将城市污泥与生 石灰的配入比例按城市污泥60 90wt%、生石灰10 40wt%混合，经干燥、脱水处理后得 到钙化污泥，再将钙化污泥按一定比例和一定方式，配入成分相应调整的烧结原料之中，并 随其他烧结原料一起进入烧结工序处理，最终生产烧结矿产品，用作炼铁原料。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的城市污泥与生石灰混合干燥脱水处 理得到石灰钙化污泥，钙化污泥粒度范围0. 05 3mm，含水率范围0. 01 20wt%。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述钙化污泥配入比例占烧结原料总 量的0. 1 IOwt%。
4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述钙化污泥配入烧结原料之中的方 式是将钙化污泥粉碎至0. 05 3mm颗粒后，作为烧结原料之一加入到烧结原料中，并与烧 结原料一起在烧结配料流程中完成混合造粒。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述成分相应调整的烧结原料，其成分调 整是根据钙化污泥中的碳和氧化钙含量的多少，相应减少烧结原料中的氧化钙和碳的加入 量。
全文摘要
一种城市污泥作为钢铁工业烧结矿原料的利用方法，属于城市固体废弃物的无害化处置和高附加值利用技术领域。将城市污泥与生石灰按比例混合，经干燥、脱水处理后得到钙化污泥，再将钙化污泥按一定比例和一定方式，配入成分相应调整的烧结原料之中，并随其他烧结原料一起进入烧结工序处理，最终生产烧结矿产品，用作炼铁原料。优点在于配入石灰钙化城市污泥，降低了污泥处置成本，控制了污泥处理中的二次污染问题；实现污泥的无害化处理和资源化利用；配入钙化污泥可有效提高烧结矿烧结时的垂直烧结速度、成品率和利用系数，同时还可以减少烧结原料中的熔剂、燃料加入量，降低了原料成本，一举多得。
文档编号C02F11/14GK102030450SQ201010502999
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者余广炜, 岳昌盛, 廖洪强, 赵鹏 申请人:首钢总公司