CN105985033A - 一种电炉循环水污泥处理和利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电炉循环水污泥处理和利用方法。该方法是将所用电炉污泥在820℃～880℃的温度下煅烧，控制升温速率为5～20℃/min，升至规定温度后在该温度下保温0.5h～2h；所得的煅烧污泥再粉碎至d50为5～30μm。本发明污泥煅烧温度较水泥窑消纳常规利用途径低，具有能耗低的优点。资源化利用了煅烧污泥，利用污泥中富含的铝、钙、硅的氧化物，在煅烧后活性提升，使其用作水泥混合材，实现了污泥组分的有效利用。

Description

一种电炉循环水污泥处理和利用方法

技术领域

本发明涉及废弃物处理和利用领域，具体涉及一种电炉循环污泥的处理和利用方法。

背景技术

目前，污泥在建材行业的应用主要限于城市水厂污泥。这是因为城市水厂污泥属于一般固废，重金属浸出毒性满足GB5085.3－1996《危险废物鉴别标准》规定。城市水厂污泥作为建筑原料在国内外有广泛的研究。建筑行业原材料资源属于不可持续资源，国家大力鼓励和提倡“绿色建材”的理念，急需寻找替代的原材料。建材行业是一个庞大的领域，需要大量的原料。目前，建材行业是最大的固废产生行业，同时也是最大的固废消纳行业。

利用污泥作为原料制造水泥基材料，除可实现资源、能源的充分利用，还可将其中的有毒、有害物质中和吸收掉，真正彻底干净地消灭污泥，使危害减到最小，这在国外已有不少成功的范例。如日本秩父小野田公司生产的生态水泥就是利用城市垃圾焚烧炉灰渣和下水道污泥作为原料的。此外，利用水泥窑处理污泥是一种既安全又经济的方法，可大量节省对污泥焚烧炉的投资，也是城市可持续发展的重要之路。

传统的污泥处理方法有填埋、堆肥以及焚烧等。对比研究表明，焚烧法处理污泥更为彻底，焚烧法有其显著的优点：焚烧过程中可以最大限度地减少污泥体积，实现减量化；能使有机物全部碳化，杀死病原体，最大程度地降低重金属活性，能够较彻底地做到稳定性和无害化；同时，污泥焚烧过程中能够充分利用污泥热值，用于污泥自身的干化和发电供热，焚烧灰可制成建材，实现资源化。

焚烧污泥的残渣在土木工程材料中的资源化，可以考虑：①作为水泥混合材、原料或燃料；②作混凝土的粗、细集料，代替天然砂石；③作混凝土矿物外加剂(掺合料)。焚烧污泥残渣用于水泥混凝土，必须遵循以下两条原则：①不能对环境造成二次污染；②不能对混凝土的性能尤其是耐久性能和使用寿命产生不利影响。

传统方法填埋费用高，且污泥中组分没有得到资源化利用。堆肥不适用电炉循环污泥。因电炉循环水污泥有机质含量低，焚烧处理方法也不适合于处理电炉循环水污泥。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电炉循环水污泥的处理和利用方法。

本发明的技术方案是，一种电炉循环水污泥处理和利用方法，将所用电炉污泥从常温升至820℃～880℃的温度下煅烧，控制升温速率为5～20℃/min，然后在该温度下保温0.5h～2h；所得的煅烧污泥再粉碎至d50为5～30μm。

D50表示累计50％点的直径(或称50％通过粒径)。本发明50％通过粒径控制在5～30μm。

为保证污泥中有效组分在一定温度下发生转变激发活性，同时考虑节省能耗成本，污泥煅烧温度820～880℃。为保证污泥中有效组分活性的激发及操作的经济性，污泥煅烧时间为0.5～2h，小于0.5小时，则活性受影响；大于2小时则成本太高。为进一步提高煅烧污泥的话性，同时考虑操作的经济性，煅烧污泥残渣粉碎后粒径要控制在一定范围内，最好d505～30μm。

根据本发明的一种电炉循环水污泥处理和利用方法，优选的是，所述的电炉污泥为钢厂电炉循环水处理产生的污泥，污泥干基组成Al₂O₃ 30～60wt％、SiO₂ 5～20wt％、CaO 5～10％、总Fe 5～15％，MnO 0.5～10％，MgO 0.5～5％，TC 0.5～10％。

优选的是，煅烧污泥粉碎的方法为球磨或蒸汽磨。

优选的是，所述循环水处理中混凝沉淀处理使用的混凝剂为铝盐类混凝剂。

进一步地，所述铝盐类混凝剂选自聚合氯化铝、三氯化铝或硫酸铝。

本发明提供的是一种钢厂电炉循环水处理污泥的处理和利用方法，利用污泥中富含的铝、硅、钙质有效组分在一定温度下煅烧水化活性的激发，并保持一定时间；煅烧所得的无机残渣，通过球磨或蒸汽磨的方式加工成微粉，所得的产品可以单独或者与粉煤灰、矿粉等其他混合材复掺，作为水泥活性混合材料。同时循环水污泥因含有定量的有机物如油类，富含一定的热值，可部分补偿煅烧所需热量。

钢铁生产的电炉工序的循环水处理一般采用混凝--沉淀--过滤的工艺，产生的污泥除水分和有机物外，无机组分主要是铝、硅质为主，同进含定量的钙质、铁质成分。

质量系数K反映了混合材中活性组份和低活性、非活性组份之间的比例关系。GB/T203－2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》规定，质量系数大于1.2的为活性混合材，小于1.2的为非活性混合材。质量系数K值越大，混合材活性越高。理论上，根据钢厂循环水污泥无机化学组成计算，通常其K值＞2，所以循环水污泥具有成为活性混和材料的基础。

$K=\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{CaO}}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{MgO}}+{\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{Al}}_2{O}_3}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Si}{O}_2}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{Tl}{O}_2}+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{MnO}}}$

式中：

K——试样的质量系数；

ω_CaO、ω_MgO、ω_Al2O3、ω_SiO2、ω_TiO2、ω_MnO分别表示试样中相应组分的质量分数/％；

采用铝盐作混凝剂的循环水污泥污泥中的铝质、硅质等无机组分不经处理一般以非活性形态，如铝的水化物、定形的SiO2等；当污泥经煅烧活化处理，污泥中富含的铝、硅质组分煅烧会形成无定形的三氧化二铝、二氧化硅从而具有一定的活性；其中的非活性的Al2O3晶型或水化物可以转变为活性的Al2O3晶型如γ－Al2O3。非活性晶型和活性晶型的相互转换需要适宜的温度反应条件，而此条件随污泥组分不同存在差异。

混和材的微粉化是提高其活性的有效手段，代表型的案例有矿渣微粉、矿渣超细粉、钢渣粉和粉煤灰等，因原材料化学组成的不同各材料高活性的粒径范围存在显著差异。钢厂循环水污泥煅烧后的无机残渣经粉碎微粉化到适宜的粒径区间，活性激发可以保证较高的活性，从而适宜用作混和材。

钢厂电炉循环水污泥的组成主要为水份、有机物和无机物，在污泥煅烧过程中，水份被蒸发，低燃点的有机组分会被彻底氧化分解，剩余的无机残渣经粉碎微粉化而用作水泥混和材，从而实现污泥的安全处理和利用。

本发明通过采用上述技术方案，使得其具有下述有益效果：

①污泥煅烧温度相对较低，和水泥窑消纳利用常规途径相比，具有能耗低的优点。水泥窑温度一般在1100℃以上，出窑熟料一般在1350℃。

②资源化利用了煅烧污泥，利用污泥中富含的铝、钙、硅的氧化物，在煅烧后活性提升，使其用作水泥混合材，实现了污泥组分的有效利用。

③充分利用了污泥自身因所含的有机物，自身热值部分补偿了污泥煅烧所需的热量。

④实现了污泥的安全处置，污泥中的有机物在煅烧过程中燃烧氧化分解，无机残渣部分处理后作为水泥混合材利用。

具体实施方式

实施例1

某电炉工序循环水污泥，将此污泥在以10℃/min升温速度升至850℃煅烧并保温1h,污泥煅烧残渣以球磨的方式粉碎成d50为12μm的微粉，经测试微粉28d的抗压强度比(活性指数)为81％，满足GB/T2847-2005《用于水泥中的火山灰质混和材料》65％的要求；参照GB/T20491－2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》，达到一级钢渣粉对活性指数80％的要求；煅烧后污泥化学组成见表1，从中可以看出有机物(TC)被有效去除，其质量系数K为5.03。

电炉循环水污泥煅烧后组成(％)

CaO

SiO2

MgO

Al2O3

TiO2

MnO

TFe

TC

煅烧后

5.2

9.7

0.8

50.3

<0.1

1.5

11.5

<0.1

实施例2

某电炉循环水污泥，将此污泥在以15℃/min升温速度升至830℃煅烧并保温1.5h，污泥煅烧残渣以蒸汽磨的方式粉碎成D50为6μm的微粉，经测试微粉28d的抗压强度比(活性指数)为74％，满足GB/T2847-2005《用于水泥中的火山灰质混和材料》65％的要求；参照GB/T20491－2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》，达到二级钢渣粉对活性指数65％的要求；煅烧前后污泥化学组成见表2，从中可以看出有机物(TC)被有效去除，其质量系数K为2.86。

电炉循环水污泥煅烧后组成(干基)(％)

	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	TiO2	MnO	TFe	TC
									煅烧后	12.6	14.4	1.4	34.7	0.4	2.2	8.9	<0.1

实施例3

某电炉循环水污泥，将此污泥在以20℃/min升温速度升至870℃煅烧并保温0.5h，污泥煅烧残渣以球磨的方式粉碎成D50为20μm的微粉，经测试微粉28d的抗压强度比(活性指数)为76％，满足GB/T2847-2005《用于水泥中的火山灰质混和材料》65％的要求；参照GB/T20491－2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》，达到二级钢渣粉对活性指数65％的要求；煅烧前后污泥化学组成见表3，从中可以看出有机物(TC)被有效去除，其质量系数K为2.45。

电炉循环水污泥煅烧后组成(％)

	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	TiO2	MnO	TFe	TC
									煅烧后	6.8	16.3	2.8	42.2	0.2	4.6	6.6	<0.1

本发明综合考虑了污泥在建材中的资源化利用和冶金污泥的环境安全性，通过一定的煅烧工艺，在相对水泥熟料远低的煅烧温度下，使钢铁企业电炉循环水污泥的活性得到激发，使其满足水泥基材料对活性混合材的性能要求，而且尽可能地降低煅烧能耗。该发明进一步完善了冶金污泥资源化利用的新途径，和污泥焚烧利用以及填埋相比，更直接，更有效。在污泥资源化利用途径上，完全符合国家关于“节能减排”的发展战略，具有非常好的开发应用前景。

Claims (5)

1.一种电炉循环水污泥处理和利用方法，其特征在于：将所用电炉污泥从常温升至820℃～880℃的温度下煅烧，控制升温速率为5～20℃/min，然后在该温度下保温0.5h～2h；所得的煅烧污泥再粉碎至d50为5～30μm。

2.根据权利要求1所述的一种电炉循环水污泥处理和利用的方法，其特征在于，所述的电炉污泥为钢厂电炉循环水处理产生的污泥，污泥干基组成Al₂O₃30～60wt％、SiO₂5～20wt％、CaO 5～10％、总Fe 5～15％，MnO 0.5～10％，MgO 0.5～5％，TC 0.5～10％。

3.根据权利要求1所述的一种电炉循环水污泥处理和利用的方法，煅烧污泥粉碎的方法为球磨或蒸汽磨。

4.根据权利要求2所述的一种电炉循环水污泥处理和利用的方法，其特征在于，所述循环水处理中混凝沉淀处理使用的混凝剂为铝盐类混凝剂。

5.根据权利要求4所述的一种电炉循环水污泥处理和利用的方法，其特征在于，所述铝盐类混凝剂选自聚合氯化铝、三氯化铝或硫酸铝。