添加城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程及礦質(zhì)量的影響

第２９卷第９

鋼鐵研究學(xué)

年月

添加城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程及燒結(jié)礦質(zhì)量的影響常進(jìn)１張新建１才２任山２２周健首鋼水城鋼 摘要首先通過(guò)化學(xué)分析和熱重分析等方法對(duì)城市污泥的主要化學(xué)成分及燃燒特性進(jìn)行分析研究.并將城市污泥按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為和的比例分別添加入燒結(jié)原料中研究添加城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)燒結(jié)礦物相組成及機(jī)械強(qiáng)度的影響.結(jié)果表明污泥的燃燒熱值為即g污泥相當(dāng)于g標(biāo)準(zhǔn)煤污泥的添加有利于減少燒結(jié)的使用.隨著燒結(jié)原料中污泥添加量的增加燒結(jié)礦酸鈣含量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì).當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為％時(shí)燒結(jié)礦酸鈣含量達(dá)到最大值.當(dāng)添加污泥的量分?jǐn)?shù)小于時(shí)隨著污泥的加入燒結(jié)礦的燒成率成品率利用系數(shù)落下強(qiáng)度以及轉(zhuǎn)鼓指數(shù)都逐漸提高之后均開(kāi)始緩慢降低而垂直燒結(jié)速度隨著污泥的添加量的增加呈現(xiàn)先減小后增大趨勢(shì)在添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時(shí)達(dá)到最小值.城市污泥;燒結(jié)礦;機(jī)械強(qiáng)度;物相組成文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)６whnCHANG１１,２, ２ U２,l．;,fgelc rais e ％eelcdf５３２５６６,１o０１８２l．a(chǎn)fgs．a(chǎn)fs６mas％m．a(chǎn)en３mas％ onＧe．dem％． 城市污水處理的發(fā)展速度驚人隨之產(chǎn)生的城市污泥量也是與日俱增１].污水處理能力一天超過(guò)１億每年城市污泥的產(chǎn)量達(dá)到３０００多萬(wàn)２].城市污泥是污水處理后產(chǎn)生的固體在污

水處理過(guò)城市污泥主要由兩部分產(chǎn)生一部分是由污水與其中的不溶解物質(zhì)直接分離產(chǎn)生另一部分是由加入的污水凈化劑與污水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生.由于城市污水成分復(fù)雜城市污泥的成分基金項(xiàng)目:重慶市科技計(jì)劃社會(huì)事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項(xiàng)資助項(xiàng)目—＠qm; ５通訊作者任山—男博士講師;m 更為復(fù)雜包含有機(jī)質(zhì)重金屬細(xì)菌等有害物質(zhì)不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染而且對(duì)于人類的健康也是極大的.傳統(tǒng)處理污泥的方法有填埋法堆肥法和法.城市污泥含水率較高一般在以上而填埋場(chǎng)要求在過(guò)程的含水率不超過(guò)這在一定程度上增加了填埋場(chǎng)對(duì)滲濾液處理的負(fù)荷.此外污泥成分復(fù)雜如果深埋會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厮斐蓢?yán)重的污染當(dāng)?shù)厝说娘嬘盟】禑o(wú)法保證.堆肥法看似是一種變廢為寶處理污泥的合理但是堆肥法占用土地資源堆肥過(guò)會(huì)產(chǎn)生惡臭污染空氣.法處理成本高且易產(chǎn)生尾氣污染環(huán)境.傳統(tǒng)方法都或多或少存在一些問(wèn)題因此急需尋求一種合理有效的污泥處理辦法.通過(guò)對(duì)城市污泥化學(xué)成分的分析污泥含水率較高放熱元素含量高.污泥加入燒結(jié)料可以減少燒結(jié)過(guò)程水分的添加和焦炭的用量從而降低燒結(jié)成本.目前國(guó)內(nèi)對(duì)城市污泥應(yīng)用于燒結(jié)過(guò)程的研究較少理論基礎(chǔ)不完善然而冶金塵泥在燒結(jié)過(guò)程

中的應(yīng)用研究已有報(bào)道其工藝相對(duì)成熟.將濕法除塵泥與生石灰按的配比進(jìn)行破碎混勻經(jīng)消化后使其產(chǎn)生松散的無(wú)揚(yáng)塵的粉狀物料直接配入燒結(jié)拌和料中寶鋼濟(jì)鋼等將濕塵泥加水制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的泥漿作為燒結(jié)配料的水分在一次混料工序中直接加入到圓筒混料機(jī)的料面上參與燒結(jié)礦生產(chǎn)有效處理了冶金塵泥.本文對(duì)城市污泥的主要物化特性進(jìn)行研究并將城市污泥配入燒結(jié)原料中進(jìn)行燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)研究添加不同比例城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程中主要參數(shù)燒結(jié)礦物相組成燒結(jié)過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響確定適宜的污泥添加量為燒結(jié)處理城市污泥提供可靠的理論依據(jù).１本研究中所用的污泥采自重慶市污水處理廠,其化學(xué)成分如表１所示其他燒結(jié)原料來(lái)源于六盤(pán)水水城鋼鐵 其化學(xué)成分如表２所示.表１污泥的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) O２２２O２SPN表 燒結(jié)原料的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 項(xiàng) TFeO２CaOMgO O０

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法為了保證在燒結(jié)過(guò)污泥能充分分解及礦化每個(gè)比例的污泥都分多次加入按照３％６％、９％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例與燒結(jié)原料混合并以未添加污泥作為基準(zhǔn)樣其配比方案如表３所示.首先采用H型差熱熱重分析儀研究污泥燃燒特性然后按照污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為、比例加入燒結(jié)原料中.各燒結(jié)原料按照表３配比方案配比后先由人工在鐵板上混勻再裝的圓筒混料機(jī)中混合一次表３原料配比方案質(zhì)量分?jǐn)?shù)３w 編 污 伊朗 富礦 焦煤 生石 石灰 白云１０２３３６４９第９ 進(jìn)等添加城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程及燒結(jié)礦質(zhì)量的影 混合造球時(shí)間為二次混合造球時(shí)間為,混料機(jī)轉(zhuǎn)速為二混傾角為混合過(guò)程中噴灑適量的水使混合料潤(rùn)濕控制混合料最終水分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)然后將混合好的原料加入m的燒結(jié)杯中控制料層厚度為６m左右加入之前在燒結(jié)杯底部鋪入２kg左右的燒結(jié)礦為墊底料.裝料完畢后控制抽風(fēng)機(jī)使點(diǎn)火負(fù)壓為調(diào)節(jié)空氣閥與天然氣閥控制空氣流量與天然氣流量分別為點(diǎn)

燒結(jié)礦化學(xué)成分和物相結(jié)構(gòu)分析表４為燒結(jié)礦的成分分析隨著污泥含量增加,燒結(jié)礦中e含量O含量和二元堿度均有所降低而２３和P含量都有所升高S含量變化不明顯.表添加污泥后燒結(jié)礦的化學(xué)成分 成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％火點(diǎn)火溫度為點(diǎn)火完成后控制燒結(jié)

負(fù)壓為.燒結(jié)完成后分別測(cè)定燒結(jié)過(guò)程經(jīng)SBH型掃描電鏡與背散射電子成像觀察添加污泥對(duì)燒結(jié)礦物相結(jié)構(gòu)的影響.落下強(qiáng)度檢測(cè)方法采用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行燒結(jié)礦的落下強(qiáng)度測(cè)定.將粒徑為１０~４０mm的燒結(jié)礦g放入一個(gè)方型料箱中,提升至２m處讓其自由落在２０mm的鋼板上往復(fù)４次然后用１０mm的篩分級(jí)以大于１０mm的粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示其落下強(qiáng)度指標(biāo).２結(jié)果與討論污泥曲線分析C曲線如圖１所示由圖可知時(shí)燃燒后的污泥質(zhì)量還剩約.,燒性能的研究結(jié)論相一致.通過(guò)對(duì)峰面積分析再經(jīng)過(guò)相關(guān)換算最后得實(shí)驗(yàn)所用污泥的燃燒熱值為即g污泥相當(dāng)于g標(biāo)準(zhǔn)煤,

圖１污泥１ ３H散射電子成像對(duì)添加不同比例污泥的燒結(jié)礦物相結(jié)構(gòu)與成分進(jìn)行檢測(cè)圖表５為燒結(jié)礦元素EDS分析結(jié)果.根據(jù)表５燒結(jié)礦礦相元r等１４]的分析可知圖中點(diǎn)１白色物相為赤鐵礦點(diǎn)２灰色物相為磁鐵礦點(diǎn)３黑色物相為硅酸鈣中點(diǎn)深灰色物相為鐵酸鈣.圖為未添加污泥的燒結(jié)礦物相圖主要物相為赤鐵礦磁鐵礦和硅酸鈣其中赤鐵礦主要呈現(xiàn)不規(guī)則斑狀磁鐵礦以不規(guī)則形狀與硅酸鈣形成互融結(jié)構(gòu)存在于燒結(jié)礦中.當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時(shí)燒結(jié)礦開(kāi)始形成少量的鐵酸鈣圖當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時(shí)磁鐵礦呈條塊狀分布燒結(jié)礦中形成大量的鐵酸鈣與硅酸鈣赤鐵礦形成互融結(jié)構(gòu).當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加至％時(shí)燒結(jié)礦酸鈣完全消失主要物相為赤鐵礦磁鐵礦和硅酸鈣.這是因?yàn)槲勰嘀泻校澈停搽S著污泥的添加燒結(jié)礦中３含量增加而３能增加液相的表面張力加快氧離子的擴(kuò)散速度促進(jìn)磁鐵礦向赤鐵礦的轉(zhuǎn)變?yōu)殍F酸鈣的形成創(chuàng)造條件同時(shí)隨著３含量增加所生成的低熔點(diǎn)化合物量越多越有利于鐵酸鈣的生成.但是當(dāng)污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于時(shí)燒結(jié)礦中O含量較多O是高物質(zhì)在高溫固相反應(yīng)過(guò)易生成難溶物相降低黏結(jié)相強(qiáng)度.燒結(jié)礦MgO含量增加在燒結(jié)過(guò)將形成一系列含鎂礦物,Mg離子進(jìn)入磁鐵礦晶格形成鎂尖晶石３穩(wěn)定了磁鐵礦晶格使得磁 ２鐵礦氧化為赤鐵礦的反應(yīng)受阻１９Ｇ２２],不利于鐵 合后有足夠富余時(shí),才會(huì)出現(xiàn)較多的鐵２鈣生成燒結(jié)液相中

CaO的親和力遠(yuǎn)大

１４]O２

二元堿度降低鐵酸鈣含量大幅度減少bd)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為h)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為９％圖 添加不同比例污泥的燒結(jié)礦電子顯微鏡 表 燒結(jié)礦礦相元素含量質(zhì)量分?jǐn)?shù) 位置COMgAlSiCaMnFe總量點(diǎn)燒結(jié)過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析燒結(jié)原料中添加不同比例污泥時(shí)燒結(jié)過(guò)程主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表６所示.由表６可知燒結(jié)礦的燒成率成品率和利用系數(shù)都隨著污泥添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)但是燒結(jié)速度卻隨著污泥添加量的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)燒結(jié)負(fù)壓隨著污泥添加量逐漸減小從a減

小到.在燒結(jié)料層厚度相同燒結(jié)杯底層返礦粒度和質(zhì)量相同情況下燒結(jié)負(fù)壓可以表示燒結(jié)料層透氣性.燒成率成品率和利用系數(shù)在污泥添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為時(shí)達(dá)到最大值燒結(jié)速度達(dá)到最小值.這是因?yàn)槲勰囝w粒成細(xì)漿狀有良好的黏結(jié)性便于與燒結(jié)原料充分混合少量的污泥添加入燒結(jié)礦有利于提高燒結(jié)礦的燒成率成品率和利用系數(shù)但是污泥顆粒細(xì)小了燒結(jié)料的透氣性從而導(dǎo)致燒結(jié)速度有所降低.當(dāng)污泥添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到以上污泥與燒結(jié)料未充分混勻出現(xiàn)了顆粒較大的小球而這些料球大多是污泥自成因缺碳燒成后強(qiáng)度差因此燒結(jié)礦的燒成率成品率和利用系數(shù)均有所降低但是由于大顆粒料球的增加從而改善了燒結(jié)礦的透氣性進(jìn)而燒結(jié)速度有所提高.表６燒結(jié)過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 編燒成率％成品率％編燒成率％成品率％~mm~mm大于mm１２３４

成品礦粒度組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％第９ 進(jìn)等添加城市污泥對(duì)燒結(jié)過(guò)程及燒結(jié)礦質(zhì)量的影 燒結(jié)礦強(qiáng)度分析圖３為添加不同比例污泥后燒結(jié)礦落下強(qiáng)度與轉(zhuǎn)鼓指數(shù)檢測(cè)結(jié)果由圖可知燒結(jié)礦添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從增加到時(shí)落下強(qiáng)度和但當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于６％后落下強(qiáng)度和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)下降較為明顯.因此燒結(jié)原料添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于６％后燒結(jié)礦質(zhì)量迅速降低不利于燒結(jié)過(guò)程順利進(jìn)行.２３２

添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為６％時(shí)鐵酸鈣含量較多.污泥中的Al２O３赤鐵礦轉(zhuǎn)變有利于鐵酸鈣的生成污泥量的加入還影響到燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),添加污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為３％時(shí)燒成率成品率和利用系數(shù)達(dá)到最大值燒結(jié)速度達(dá)到最小值.Al２O和２會(huì)提高燒結(jié)礦質(zhì)量增加過(guò)多反而會(huì)燒結(jié)礦質(zhì)量.參考文獻(xiàn)２起初 和O含量較少時(shí)燒結(jié)礦礦物組成 １] ．燒結(jié)料噴加煉鋼污泥的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)應(yīng)用[D．２較復(fù)雜黏結(jié)相除了有CaOFeO還 陽(yáng): 學(xué) ２２２２３含量的增加促進(jìn)了鐵酸鈣的形成抑制了燒結(jié)礦中正硅酸鹽的生成從而改善了燒結(jié)礦強(qiáng)度.但當(dāng)添加污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于時(shí)

２],洪晨,,等．石灰干化污泥作為配料部分代替冶金J．,MgO和２含量進(jìn)一步增加赤鐵礦含量降低

gge不利于鐵酸鈣的生成燒結(jié)礦酸鈣含量減少,且燒結(jié)液相隨著２３含量的增加融化性溫度提高液相不能充分形成不能很好地起到黏結(jié)作用此外２會(huì)與熔劑中生成正硅酸鈣２正硅酸鈣在冷卻過(guò)一系列的晶形轉(zhuǎn)變而發(fā)生體積膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦從而導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量的下降.圖３燒結(jié)礦強(qiáng)度隨污泥添加的變化曲線g

３污泥中的放熱元素添加入燒結(jié)礦可以減少焦煤的用量g污泥相當(dāng)于g標(biāo)準(zhǔn)煤.隨著污泥量的增加鐵酸鈣先增加后減小g]．oＧ３],,,等．污泥重金屬區(qū)域分布特征及變化趨勢(shì)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)(GuoGH,ChenTn ．e:２４]常風(fēng)民,,．城市污泥兩段式催化熱解制合成氣研究中國(guó)環(huán)境科學(xué)Wc]．５]李天寶,熊正為,．城市污泥處理方法綜述大學(xué)學(xué)報(bào)理工版WuAoly]．a(chǎn)e６]劉海麗,杜元新．水處理污泥處理處置研究進(jìn)展環(huán)境監(jiān)控與net ７]付融冰,,強(qiáng)．污水廠污泥處理現(xiàn)狀及其進(jìn)展環(huán)境科學(xué)與技術(shù)(FuRB,YangHZ,GanMＧ ８]．流化床爐污泥處理特性及污染機(jī)理研究[D]．北京:工業(yè)大學(xué) g９],．廣州城市污泥燃燒性能綜合評(píng)價(jià)及其燃燒動(dòng)力學(xué)模型環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)enfn n．Ｇ１０],,,等．城市污水污泥生態(tài)穩(wěn)定新技術(shù)吉林建筑學(xué)報(bào)Newyff l l２]．轉(zhuǎn)爐煉鋼塵泥燒結(jié)利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐節(jié)能(ZhuHMgeiny１２]金俊,,,等．馬鋼燒結(jié)利用煉鋼污泥的實(shí)踐冶金uHM,YinMgi１３],,,等．印染污泥混燃特性及其燃燒動(dòng)力學(xué)模型環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)X n． :１ＧＧ．]．D．２deg１６]張永中,,,等．堿度、SiO１７]施月循,．高爐增加高鋁鐵礦冶煉的可行性探． X,LiuHJ．g )１８]．

工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Lf１９],,周節(jié)旺,等．MgO對(duì)以細(xì)磁鐵精礦為主的燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)的影響鋼鐵(ugCHn,huJWfOn ],,,等．O對(duì)高堿度燒結(jié)礦強(qiáng)度的影J．dmofMgOyfh２２１]吳勝利,韓宏亮,姜偉忠,等．燒結(jié)礦中MgO作用機(jī)理．科技大學(xué)學(xué)報(bào)it．O]．di[２２]Oyn]．MＧemandSFCAＧsf