申请日2014.09.04
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C22B1/248; C21B5/00; C22B1/22
摘要
本发明提出一种利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥的方法，其方法是先用经过预处理后的电镀污泥和还原性冶金废料为原料生产出球核，然后对球核进行预覆裹，再用二次物料复合技术与硫酸渣、冶金废料制成复合球团，最后进入烧结高炉系统。本方法可以解决钢铁企业大量产生的冶金废料资源再生利用问题和电镀企业产生的大量含重金属、六价铬的电镀污泥对环境污染问题，实现电镀污泥的无害化处理和冶金废料的再生利用，同时改善烧结混匀料的冶金性能。
权利要求书
1.一种利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥的方法，其特征 在于：所述方法是先用经过预处理后的电镀污泥和还原性冶金废料为 原料生产出球核，然后对球核进行预覆裹，再用二次物料复合技术与 硫酸渣、冶金废料制成复合球团，最后进入烧结高炉系统;具体步骤 如下：
步骤1，球核生产：
(1.1)先将电镀污泥送入脱水设备中进行深度脱水，对电镀污 泥进行预处理，使其水份低于50%;
(1.2)以电镀污泥和还原性冶金废料，通过犁刀混料机生产出 直径为3～6mm的球核;粒级小于3mm球核进入一次造核圆盘进行造 核
步骤2，球核预覆裹：
(2.1)配料：将还原性冶金废料按球核重量25～40%比例与电 镀污泥球核同步送入预裹覆设备内，所述预裹覆设备是双螺旋混料机;
(2.2)预裹覆：通过预裹覆设备在含电镀污泥球核外裹覆一层 外壳;
步骤3，二次复合成球：最后将球核与硫酸渣、冶金废料在圆盘 造球机内强化造球制成直径为5～12mm二次物料复合球团;
步骤4，冶金烧结-高炉：将复合球团混合到烧结混匀料中，送入 烧结台车中作为烧结矿原料，在烧结机中进行焙烧形成熔融性烧结矿， 熔融性烧结矿进入高炉中冶炼形成含镍铬生铁，完成电镀污泥的无害 化处理和冶金废料的再生利用，同时改善烧结混匀料的冶金性能;
所述脱水设备、犁刀混料机、一次造核的圆盘造球机、预裹覆设 备、二次造球的圆盘造球机、烧结台车、高炉依次通过物料输送带连 接成一条生产线，且深度脱水设备、犁刀混料机、预裹覆设备、一次 造核、二次造球的圆盘造球机均布置在密闭的环境中;
在一次造核、二次物料复合造球中要加入活性还原复合粘接剂， 活性还原复合粘结剂占固体物料的比重为12～18%。
2.根据权利要求1所述利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥 的方法，其特征在于：所述活性还原复合粘接剂是以常规冶金粘接剂 为主要原料，加入适宜温度的水及煤泥、活化剂、稳定剂，采用高速 分散混合而形成;
活性还原复合粘结剂的配制比例见下表：
。
3.根据权利要求1所述利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥 的方法，其特征在于：所述还原性冶金废料是冶炼过程产生的不利于 常规冶炼再生利用的固体粉尘废料，包括重力除尘灰、烧结除尘灰。
说明书
一种利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥的方法
技术领域
本发明属于冶金炼铁炼钢技术和危险有害固废处理技术领域，具体涉及冶金炼铁的球团矿生产、炼钢造渣剂生产和对电镀污泥的无害化处理技术，可以在提高冶金废料再生利用和冶金性能的同时实现对电镀污泥进行无害化处理。
背景技术
目前，对于冶金废料资源再生利用和电镀污泥无害化处理，各钢铁企业和相关电镀生产企业都面临着相同的问题，没有有效的技术完全解决。部分钢铁企业仅仅少量消耗冶金废料，大量使用冶金废料对生产线的负荷有很直接的制约。
电镀污泥是电镀企业在生产中产生的固体废物，其中含有较高浓度的重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn等，电镀污泥中含有大量六价铬，而六价铬为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性，是列入国家危险物目录的物质，必须经过严格的有效处理才能防止其对环境的污染。目前常规的电镀污泥处理基本上都不能做到彻底有效的无害化处理。
发明内容
为了解决钢铁企业大量产生的冶金废料资源再生利用问题和电镀企业产生的大量含重金属、六价铬的电镀污泥对环境污染问题，克 服现有的技术不能完全处理冶金废料和电镀污泥的不足，本发明提供一种利用冶金高炉无害化处理电镀污泥的方法，实现电镀污泥的无害化处理和冶金废料的再生利用，同时改善烧结混匀料的冶金性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种利用冶金烧结高炉无害化处理电镀污泥的方法，所述方法是先用经过预处理后的电镀污泥和还原性冶金废料(如还原性冶金灰)为原料生产出球核，然后对球核进行预覆裹，再用二次物料复合技术与硫酸渣、冶金废料制成复合球团，最后进入烧结、高炉。具体步骤如下：
步骤1、球核生产：
(1.1)先将电镀污泥送入深度脱水设备中，对电镀污泥进行预处理，使其水份低于50%;
(1.2)以电镀污泥和还原性冶金废料(冶金重力除尘灰为主料)，通过犁刀混料机生产出的直径为3～6mm的球核;粒级小于3mm的球核进入一次造核圆盘造核;
步骤2、球核预覆裹：
(2.1)配料：将还原性冶金废料按球核重量25～40%比例与电镀污泥球核同步送入预裹覆设备内，所述预裹覆设备是双螺旋混料机;
(2.2)预裹覆：通过预裹覆设备在含电镀污泥球核外裹覆一层外壳;
步骤3、二次复合成球：最后将球核与硫酸渣、冶金废料在圆盘造球机内强化造球制成直径为5～12mm二次物料复合球团，在球核外形成具有(2～4)mm厚度的外壳。
步骤4、冶金烧结：将复合球团混合到烧结混匀料中，送入烧结台车中作为烧结矿原料，在烧结机中进行焙烧形成熔融性烧结矿，熔融性烧结矿进入高炉中冶炼形成含镍铬生铁，完成电镀污泥的无害化处理和冶金废料的再生利用，同时改善烧结混匀料的冶金性能。
所述深度脱水设备、犁刀混料机、一次造核的圆盘造球机、预裹覆设备、二次造球的圆盘造球机、烧结台车、高炉依次通过物料输送带连接成一条生产线，且深度脱水设备、犁刀混料机、一次造核的圆盘造球机、预裹覆设备、二次造球的圆盘造球机均布置在密闭的环境中，防止含重危金属及其化合物的电镀污泥形成二次污染。
在二次物料复合造球中要加入活性还原复合粘接剂，活性还原复合粘结剂占固体物料的比重为12～18%。
所述活性还原复合粘接剂是以常规冶金粘接剂(如无机硅酸盐中的膨润土、水玻璃，有机类中的羧甲基纤维素、腐殖酸等)为主要原料，加入适宜温度的水即工艺水及煤泥、活化剂、稳定剂，采用高速分散混合而形成的。其中活化剂、稳定剂都可选用冶金粘接剂常用类型。
活性还原复合粘结剂的配制比例如下表所示：
本发明的有益效果是，利用冶金烧结和高炉现有设备和生产线，在不改变原工艺的条件下，在常规球团矿的生产过程中同时对电镀污泥进行无害化处理，形成含电镀污泥的冶金复合球团矿，不仅能使烧结料的烧结性能大大超过常规烧结矿，提升烧结矿冶金性能，大大降低成本，还可以避免处理过程中含重危金属及其化合物的电镀污泥出现二次污染，不产生新的有害物质，不导致电镀污泥产生扩散污染，在彻底有效处理电镀污泥的同时改善冶炼技术经济指标打下良好基础，同时保证冶金废料和电镀污泥的资源再生综合利用。具体体现如下：
1、本发明采用40～60%电镀污泥为球核主料，其余为还原性冶金废料，且电镀污泥必须采用经深度脱水后水含量低于50%，这是综合球核成球率、抗压强度、落下强度等的最佳选择。以下是电镀污泥与还原性冶金废料的混合实验情况：
在电镀污泥与还原性冶金废料的比例为1∶2时，混合料水分为12.1%，在比例为1∶1.5时，水分为13.7%，两者最终水分相差不大，且混合料水分都适宜造球。而在比例为2∶1时，水分达到26.1%，混合料水分偏大，考虑到还原性冶金废料的量以及适宜造球的混合料水分，当混合料中电镀污泥量为20～70%均可以满足球核的造粒要求， 但通过试验对球核成球率、抗压强度、落下强度等要求综合分析，将球核中电镀污泥的量定为40～60%，还原性冶金废料的量定为60～40%，可以达到最佳效果，具体性能见下表：
混合比例1∶2数据
而当电镀污泥与还原剂的混合比为2∶1时，复合球团的水分偏高，导致复合球团在落下强度和抗压强度方面性能明显下降，低于了冶金烧结对球团的要求，见下表：
2、本发明采用了预覆裹工艺步骤，加入还原性冶金废料预裹覆方式，使电镀污泥球核和加入的还原性冶金废料在预裹覆系统设备内进行的特殊包裹而形成一层屏蔽层，在生产过程中既不产生电镀污泥二次扩散污染，提高二次物料复合球团的可操作性，使用的还原性冶金废料还有利提高对电镀污泥的解毒效果，全面提升二次物料复合球团烧结矿冶金性能及质量，对比数据见实施例。
3、本发明采用硫酸渣为二次成球的原料，硫酸渣制造硫酸或亚硫酸过程中排出的可用于炼铁的废渣，用在本发明中，目的在于提高复合球团的铁品位。
4、冶金废料再生利用是目前钢铁冶金行业生产流程中普遍存在的问题，是冶炼产生的主要固体废物之一。与传统的冶金废料再利用比较，适用于全部冶金废料造球，通过二次物料复合造球技术中再利用，防止电镀污泥二次扩散污染，且产品粒度均匀，透气性好，性能大大超过传统的直接再利用，能够全面改善烧结机各项技术经济指标，烧结矿废气和粉尘排放量没有明显变化，环保效益极为明显，其冶金性能大于单纯冶金废料。常规冶金废料几乎没有粒度，直接利用严重影响烧结机透气性，而且还会产生大量的废气和粉尘排放。
5、普通的冶金废料再生利用，不能增加钢水量，也不能使钢的产量增加。而使用电镀污泥二次复合球团烧结矿，在对冶金废料再利用和电镀污泥无害化处理过程中，电镀污泥不仅作为造渣剂使用，部分降低冶炼过程中使用的造渣剂，减少CO2排放。而且电镀污泥球核中的还原剂和外部包裹的冶金废料都具有一定的还原性，可以降低消耗，同时增加钢水里铬、钛等有用金属的含量，有利于提高钢水品质。
6、电镀污泥二次复合球团技术能有效防止含铬固废的二次扩散污染，后续的无害化处理——再生利用方法能够处理电镀污泥存在的多数问题。试验证明，使用电镀污泥二次物料复合成球技术生产的电镀污泥二次复合球团可以基本消除电镀污泥的扩散污染，使电镀污泥在二次物料复合造球后完全封闭在冶金废料外壳中，后端烧结和高炉无害化处理则能够彻底消除电镀污泥中的六价铬，完全消除电镀污泥对环境的污染，而且不会对烧结矿和后续冶炼带来新的污染。
7、本发明采用二次物料复合球——冶金烧结、高炉工艺技术线， 对危险固废(电镀污泥)进行无害化处理和资源综合利用，工艺流程简单，且勿需建立新的高温解毒设备，投资少;二次复合球工艺线紧邻冶金烧结，原料(电镀污泥、冶金废料)和复合球运距短，生产衔接协调方便，运行费用低;复合球焙烧不影响现有冶金烧结工艺过程;复合球可替代一定量的冶炼原料。因此该工艺经济效益和社会效益均为显著。
以下是电镀污泥二次物料复合造球技术处理电镀污泥机理分析：
一、还原性能
按现行冶金烧结矿的烧结工艺，其烧结温度将达到1200℃以上，如果在高氧化性气氛下六价铬离子(Cr6+)不仅不能还原，反而会使部分三价铬离子(Cr3+)氧化变为六价铬离子(Cr6+)，其它重金属及其化合物也会被氧化为高价金属离子。由于电镀污泥球核中的还原性冶金废料具有还原性能，同时冶金废料中含有部分还原煤粉，则由冶金原理可知在保证电镀污泥中铬离子(Cr3+、Cr6+)、铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)、锌离子(Zn2+)等处于高温还原性气氛中，不会形成二次污染或产生新的有毒物质，同时也将能含铁原料部分还原。
不同点在于
二、冶金性能：
1.固结机理：
由电镀污泥和还原性冶金废料，通过圆盘造球机形成均匀的有还原性的电镀污泥球核，通过球核预覆裹系统后，硫酸渣与冶金废料混合料和经预覆裹的电镀污泥球核进入造球圆盘机，形成外壳。利用活 性还原复合粘结液的良好粘结性能，生产出符合冶金性能的烧结小球，不仅处理和再利用了冶金废料，而且提高了烧结混匀料的透气性，增加烧结混匀料的还原气氛，使烧结矿与冶金废料发生了直接还原反应，生成了一定量的海绵铁，极大地提升了再生烧结矿的冶金性能指标。
2.碱度：
冶金废料中CaO含量较高，电镀污泥二次复合球团中也含有部分的CaO，则再生球团矿(含铬固废二次复合球团矿)与常规冶金球团矿相比碱度略有偏高，有利于高炉生产过程中减少熔剂消耗，优化烧结矿配比，最终提高再生球团矿入炉配比，改进高炉生产工艺制度。
综上所述，使用二次物料复合造球工艺生产的电镀污泥二次复合球团的各项冶金性能指标比常规的冶金球团有所提高，在实现电镀污泥无害化处理，冶金废料再生循环利用的同时还能改善炼铁高炉技术经济指标，在节能减排环保治理社会危险固废产生较大社会效益的同时也将创造出比较可观的经济效益。
具体实施方式
本发明方法是将电镀污泥与还原性冶金废料生产成球核为主要原料按比例加入还原性冶金废料进行预覆裹，在球核预覆裹系统内完成预覆裹并输送到圆盘造球机生产为电镀污泥二次复合球团。
本发明的工艺实现是在由脱水设备、犁刀混料机、一次造核的圆盘造球机、预裹覆设备、二次造球的圆盘造球机、烧结台车、高炉依次通过物料输送带连接成的一条生产线上进行，深度脱水设备、犁刀混料机、一次造核的圆盘造球机、预裹覆设备、二次造球的圆盘造球 机均布置在密闭的环境中，以保证混料、造球和运送过程中，不产生电镀污泥的二次扩散污染。
工艺步骤如下：
1、电镀污泥球核的制作
以电镀污泥40～60%，还原性冶金废料60～40%的比例混合搅拌完全使之形成电镀污泥球核。
A.先对电镀污泥进行预处理，采用深度脱水设备脱水，使其水份低于50%;
B.配料：将处理好的合格的电镀污泥和还原性冶金废料同时按比例混合送
入犁刀混料机中，生产出含电镀污泥球核;
C.粒级在3～6mm的球核送入预覆裹设备，粒级小于3mm的进入一次造核圆盘设备，加入适量的活性还原复合粘结剂生产出含电镀污泥球核。
2、电镀污泥球核屏蔽层的生成
A、将电镀污泥球核送入球核预覆裹系统内，按电镀污泥量的25～40%的比例同步加入还原性冶金废料。
B、开启球核预覆裹系统充分对电镀污泥球核进行预覆裹，预覆裹系统采用双螺旋混料机。
3、二次物料复合造球
以预覆裹后的电镀污泥球核为原料，
A、将预覆裹后的电镀污泥球核送入造球圆盘内;同步按球核比 为1∶(1～2)的比例加入硫酸渣与冶金废料的混合料。
B、按固体物料比重的12～18%的量喷入的活性还原复合粘结液，使电镀污泥球核与硫酸渣、冶金废料混合料滚动制成电镀污泥二次物料复合球团。
4、冶金烧结：
将复合球团混合到烧结混匀料中，送入烧结台车中作为烧结矿原料，在烧结机中进行焙烧形成熔融性烧结矿，熔融性烧结矿进入高炉冶炼形成含镍铬生铁，完成电镀污泥的无害化处理和冶金废料的再生利用，同时改善烧结混匀料的冶金性能。
还原性冶金废料可以是重力除尘灰、烧结除尘灰。
活性还原复合粘结剂的配制比例如下表所示：
。
以下列举几个具体的配料例子，以及对比它们在有预覆裹和没有预覆裹工序在解毒效果上的区别：
例1：球核原料采用电镀污泥40%，还原性冶金废料60%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm，。按球核重量的30%(0.3kg0加入预覆裹料(重力除尘灰)进行预覆裹。再按预覆裹后的球核1∶1的重量比例(1.3kg)裹覆球壳料硫酸渣和烧结除尘灰，形成二次复合球团。经烧结后检测六价铬为1.31mg/L(小于国家标准5mg/L)，镍为0.5mg/L(小于国家标准5mg/L)。
对比例：球核原料采用电镀污泥40%，还原性冶金废料60%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm;按球壳比1∶1的重量复合球壳料硫酸渣和烧结除尘灰，形成二次复合球团。经烧结后检测六价铬为2.35mg/L，镍为1.78mg/L。
例2：球核原料采用电镀污泥50%，还原性冶金废料50%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm;按球核重量的25%(0.25kg)加入预覆裹料(重力除尘灰)进行预覆裹。再按预覆裹后的球核1∶1的比例(1.25kg)加入球壳料硫酸渣和烧结除尘灰，形成二次复合球团。经烧结后检测六价铬为1.5mg/L(小于国家标准5mg/L)，镍为1.1mg/L(小于国家标准5mg/L)
对比例：球核原料采用电镀污泥50%，还原性冶金废料50%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm;按与球壳重量比1∶1裹覆球壳料1kg。经烧结后检测六价铬为2.80mg/L，镍为1.98mg/L。
例3：球核原料采用电镀污泥60%，还原性冶金废料40%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm;按球核料重量的40%加入预覆裹料重力除尘灰0.4kg，进行预覆裹。再按预覆裹后的球核1∶2的重量比例加入球壳料硫酸渣和烧结除尘灰2.8kg，形成二次复合球团。经烧结后检测六价铬为0.21mg/L(小于国家标准5mg/L)，镍为0.8mg/L(小于国家标准5mg/L)。
对比例：球核原料采用电镀污泥60%，还原性冶金废料40%，球核重量1kg，粒级(3～6)mm;再按与球壳重量比1∶2的比例加入球壳料2kg。经烧结后检测六价铬为3.28mg/L，镍为2.5mg/L。
从以上数据可以看出，所有对比例浸出毒性的检测，检出六价铬和镍的含量虽然小于国家标准，但都远远大于采用本方法处理后的产品浸出毒性的含量，可见，本方法中，预覆裹层不仅在物料运输中有防止电镀污泥二次污染的作用，而且有利于电镀污泥的解毒处理更加彻底。使得电镀污泥中的镍铬还原成单质镍、单质铬并进入生铁中，形成含镍铬生铁。