專利名稱：一種以餐廚垃圾為原料制備的球團礦有機粘結劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機粘結劑，特別是涉及一種可用于球團礦生產的由餐廚垃圾制備的球團礦有機粘結劑。
背景技術：
目前，煉鐵工業中使用的含鐵原料主要包括天然塊礦、燒結礦和球團礦三種。隨著高爐向大型化發展，對入爐原料的要求越來越高，無論是化學成分、冶金性能，還是粒度組成，都需要進一步改進。鋼鐵工業發達的各個國家都在認真進行煉鐵的原料準備，提供優質人造塊礦，以保證高爐順行，降低焦比，提高利用系數。我國高爐煉鐵的技術經濟指標與世界先進水平相比，還存在比較大的差距，其中高爐入爐礦品位高低直接影響高爐煉鐵的技術經濟指標。提高高爐入爐球團礦品位，優化爐料結構，對于提高我國高爐煉鐵生產技術經濟指標具有重要意義。為適應鋼鐵工業快速發展、高爐精料技術和合理爐料結構的要求，近年來，球團礦作為優質原料得到青睞和高度重視，一些鋼鐵廠正在積極籌建或擴大球團礦產能。球團礦具有強度好、粒度均勻、形狀規則、含鐵品位高、還原性好等優點，在高爐冶煉中可起到增產節焦、改善煉鐵技術指標和經濟指標、降低生鐵成本、提高經濟效益的作用，是今后我國生產高爐爐料的重要發展方向。粘結劑作為制取球團礦不可缺少的成分，要求具有良好的粘結性和成球性，并且制作的生球應有良好的抗壓強度、落下強度，具有較高的抗爆裂溫度，盡量少地降低球團礦的含鐵品位。我國球團礦生產普遍使用膨潤土作為粘結劑，而在國外比較廣泛地使用有機粘結劑。由于我國鐵精礦的復雜性和有機粘結劑成本問題，有機粘結劑一直未得到推廣應用。目前，我國球團礦年生產能力已超過1億噸。我國球團礦生產普遍使用膨潤土作為粘結劑，其用量一般為2-3重量％，高的達到5重量％。膨潤土中Si02、Al2O3含量高，生產實踐證明，90%左右的膨潤土仍殘留在成品球團礦中，降低了球團礦鐵品位，從而降低了高爐的利用系數，增加了焦比。提高球團礦品質，在高爐冶煉時，可提高產量，降低焦比，減少爐渣排量，從而達到節能減排目的。對于高爐而言，入爐爐料IFe提高1 %，焦比可降低 2 %，利用系數約提高3 %，爐渣排量也可大幅度降低。因此，開發低殘留量新型球團粘結劑取代膨潤土，以提高入爐球團礦的TFe品位， 是實現高爐煉鐵增產節焦和提高鋼鐵企業經濟效益的有效途徑。有機粘結劑替代無機粘結劑提高球團礦品位是大勢所趨。餐廚垃圾是家庭、餐飲業拋棄的食物垃圾的通稱，其排放量大、含水量高、易腐敗變質并產生惡臭氣味，對城市環境具有很大的影響，是迫切需要解決的城市垃圾。而且隨著我國人民生活水平的提高，餐廚垃圾的產量越來越大，對環境造成的壓力也越來越大。傳統的餐廚垃圾的處理方法是衛生填埋、焚燒和機械粉碎排放法。機械粉碎排放法是在餐廚垃圾發生點將其通過機械破碎、粉碎后，采用水力沖刷排入城市市政下水管網，與城市污水合并進入城市污水處理廠進行集中處理。破碎直排處理是歐美國家處理少量分散餐廚垃圾的主要方法，歐洲國家多數采用機械打碎這種方法。每個廚房下水的地方都裝有一個高速機械粉碎機，每天的餐廚垃圾經粉碎后直接排入下水道，經下水道排入城市污水處理廠進行無害化、減量化處理。此方法適用于餐廚垃圾產量小的單位。破碎法對于處理少量分散產生的餐廚垃圾如家庭餐廚垃圾，具有技術簡便、設備投資省、處理成本低等優點，能顯著降低城市垃圾的含水率，減少收集量，有利于提高城市垃圾的發熱量。餐廚垃圾中含有大量的有用成分，如果能得到合理的利用，便是一種寶貴的資源， 目前其主要利用方法是生產飼料、肥料、生物柴油，進行厭氧發酵處理，使用小型餐廚垃圾處理機處理等。餐廚垃圾的幾種處理利用方法都有很大的局限性，亟待尋找到合理的途徑對其進行處理并利用。在餐廚垃圾處理利用問題上不僅僅是采取消極被動的簡單處理方式，而是應優先利用餐廚垃圾，盡可能挖掘餐廚垃圾所蘊藏的利用價值。因此，尋找一種適合處理餐廚垃圾，又能利用其中有效成分，實現減量化、無害化、穩定化和資源化的處理技術，是當前餐廚垃圾處理技術研究開發的方向。本發明利用餐廚垃圾制作成球團礦有機粘結劑，并用于球團礦生產中，取得了較好的技術經濟指標。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是尋求餐廚垃圾更有價值的應用途徑，減少污染物排放量；為球團礦生產提供一種來源廣泛，價格低廉，殘留量小，球團礦性能好的新型有機粘結劑，該粘結劑能夠全部或部分地替代現有粘結劑，提高入爐礦的品位和冶金性能，降低煉鐵成本及資源消耗量，還能充分利用餐廚垃圾的熱值，降低球團礦生產的能耗。為解決上述技術問題，本發明提供了一種球團礦生產中使用的以餐廚垃圾為原料制備的球團礦有機粘結劑，該粘結劑包含經過處理的餐廚垃圾。優選地，餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾除掉浮油，打漿，除去其中的硬質固體，然后干燥、研磨成粉末。其中干燥包括自然干化干燥、烘干干燥或者噴霧干燥等，當噴霧干燥時不用研磨成粉末，干燥優選為噴霧干燥。其中烘干干燥是指將餐廚垃圾放入烘箱中，在合適的溫度下除去餐廚垃圾中的水分。其中自然干化干燥(或稱作自然晾干干燥)是指將餐廚垃圾放置于地面上，依靠滲透、蒸發等作用干燥脫水。其中噴霧干燥是指通過機械的作用，將需干燥的物料，分散成很細的霧狀微粒 (以增大水分蒸發面積，加速干燥過程)，與熱空氣接觸后，在一瞬間將大部分水分除去，而使物料中的固體物質干燥成粉末。噴霧干燥具有傳熱快，水分蒸發迅速，干燥時間短的特點。而且能直接使溶液、乳濁液、懸浮液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發、粉碎等工序。優選地，餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾煮沸，刮除掉上層的浮油，打漿，除去其中的硬質固體，然后干燥、研磨成粉末，其中硬質固體包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體中的一種或多種。其中干燥為烘干干燥、自然干燥或噴霧干燥，其中當干燥為噴霧干燥時不需要研磨成粉末。優選地，干燥為噴霧干燥。優選地，其中烘干干燥和噴霧干燥為加熱干燥，自然干燥為太陽能干燥。特別優選地，餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾煮沸，刮除掉上層的浮油，打漿，除去包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體中的一種或多種的固體物質，然后噴霧干燥制成粉末。其中餐廚垃圾是指餐廚垃圾，俗稱泔腳，是指賓館、飯店、餐館和機關、部隊、院校、企業事業單位在食品加工、飲食服務、單位供餐等活動過程中產生的食物殘渣、殘液和廢棄油脂等廢棄物。餐廚垃圾的組成很復雜，主要組成有糧食、蔬菜、植物油、動物油、肉骨及少量廢餐具、牙簽、餐紙等。主要化學成分有淀粉、纖維素、蛋白質、脂類和無機鹽等。我國餐廚垃圾的特點是含油量大，含水率高。優選地，上述粘結劑還可以包含球團礦生產常用的其他粘結劑，例如膨潤土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥、白云石以及其他粘結劑中的一種或多種等。本發明還提供了餐廚垃圾用于制備球團礦生產中的粘結劑的用途。上述用途中，其中餐廚垃圾可以是經過去除油層，打漿，除去硬質固體，干燥、粉碎處理后或直接噴霧干燥得到的粉末狀餐廚垃圾。本發明還提供了一種使用上述粘結劑進行球團礦生產的方法，該方法包括將上述粘結劑與礦物混合均勻、造球、干燥、預熱和焙燒得到球團礦。優選地，其中粘結劑是由餐廚垃圾制備得到，特別優選地，粘結劑是餐廚垃圾經過去除油層，打漿，除去硬質固體，干燥、 粉碎處理后或直接噴霧干燥得到的粉末狀餐廚垃圾。其中干燥為烘干干燥、自然干燥或噴霧干燥，其中當干燥為噴霧干燥時不需要研磨成粉末。優選地，干燥為噴霧干燥。其中硬質固體包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體中的一種或多種。上述方法中，礦物優選為含鐵原料和二次含鐵原料，含鐵原料為磁鐵精礦、赤鐵精礦、褐鐵精礦、混合精礦、富鐵礦粉等，二次含鐵原料為硫酸渣、浸出處理殘渣、廠內含鐵塵泥、廠內含鐵廢渣等；廠內含鐵塵泥為轉爐塵、高爐塵、平爐塵、電爐塵或煉鋼煉鐵污泥，廠內含鐵廢渣為鋼渣或軋鋼氧化鐵皮等。優選地，上述方法中粘結劑占礦物的1-3重量％，特別優選地占1. 5-2. 5重量％。本發明采用餐廚垃圾制備的有機粘結劑生產球團礦，提高了球團礦的品位和冶金性能，使得煉鐵成本得到進一步的降低，資源消耗量和能源消耗量減少，污染物排放量減少，提高了我國鋼鐵材料與制品在國際市場競爭中的能力，應用前景良好。當前我國鋼鐵工業迫切需要采用有機粘結劑生產高品位球團礦，實現我國高爐冶煉原料的合理配比，降低焦比，提高高爐利用系數，降低生鐵冶煉成本。球團礦經過焙燒，餐廚垃圾在高溫下被焚燒，避免了對環境造成污染的可能。我國球團礦的產能很大，目前，國內球團生產能力已超過1億噸，但僅占高爐爐料比例的12%左右。國內外合理爐料結構研究和實踐表明，球團礦合適的入爐比例一般不低于25 %。可見我
5國球團礦缺口至少為1億噸。為了優化爐料結構和提高入爐原料品位，在今后幾年內，球團礦生產將得到優先發展，由此帶來的球團礦有機粘結劑市場也將快速增長。今后一段時間內需要的球團礦粘結劑量很大，這樣餐廚垃圾的使用量也很大。按照全國每年1億噸球團礦產能、膨潤土配比平均2%計算，年用膨潤土量為200萬噸，有機粘結劑替代50% -100% 的膨潤土，可減少膨潤土資源開采量100-200萬噸。
具體實施例方式為了理解本發明，下面以實旋例進一步說明本發明，但不限制本發明。實施例1有機粘結劑的制備將收集到的餐廚垃圾煮沸，刮除掉上層的浮油，打漿，除去其中的木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體等硬質固體，然后烘干，研磨成粉末，微有機粘結劑，含水率為0. 66重量％，灰分含量為5. 93重量％。由餐廚垃圾制備的有機粘結劑灰分含量遠遠低于傳統無機粘結劑。常用的無機粘結劑如膨潤土經過焙燒后，90%左右仍殘留在成品球團中，降低了球團礦的鐵品位。而本發明的有機粘結劑經過焙燒后殘余的灰分很少。由此可見，使用本發明的有機粘結劑有利于提高球團礦的鐵品位。實施例2利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠鐵礦選礦廠鐵精礦為原料，添加1. 5重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的首鋼礦業公司球團廠生產使用的膨潤土進行配料，混勻后造球， 篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干池，放入豎爐中先放入預熱段在 950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 89%，生球抗壓強度為10. 4N/球，生球落下強度為3. 3次，爆裂溫度大于60(TC，焙燒球抗壓強度為2091N/球。實施例3利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠鐵礦選礦廠鐵精礦為原料，添加2重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的首鋼礦業公司球團廠生產使用的膨潤土進行配料，混勻后造球，篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干池，放入豎爐中先放入預熱段在 950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 95%，生球抗壓強度為10. 5N/球，生球落下強度為3. 5次，爆裂溫度大于60(TC，焙燒球抗壓強度為2145N/球。實施例4利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠鐵礦選礦廠鐵精礦為原料，添加1. 5重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的碳酸鈉進行配料，混勻后造球，篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干2h，放入豎爐中先放入預熱段在950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 72%，生球抗壓強度為10. 2N/球，生球落下強度為3. 1次，爆裂溫度大于600°C，焙燒球抗壓強度為2015N/球。實施例5利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠鐵礦選礦廠鐵精礦為原料，添加2重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的碳酸鈉進行配料，混勻后造球，篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干池，放入豎爐中先放入預熱段在950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 83%，生球抗壓強度為10. 3N/球，生球落下強度為3. 3次，爆裂溫度大于60(TC，焙燒球抗壓強度為2042N/球。實施例6 利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠選礦廠鐵精礦為原料，添加1. 5重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的碳酸鈣進行配料，混勻后造球，篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干2h，放入豎爐中先放入預熱段在950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 44%，生球抗壓強度為10. 5N/球，生球落下強度為3. 4次，爆裂溫度大于60(TC，焙燒球抗壓強度為2139N/球。實施例7 利用有機粘結劑制備球團礦以首鋼礦業公司水廠選礦廠鐵精礦為原料，添加2重量％的實施例1的有機粘結劑和0. 5重量％的碳酸鈣進行配料，混勻后造球，篩出合格粒徑的生球測定生球抗壓強度和生球落下強度，烘干后測含水率。取一定量的合格生球測爆裂溫度。另取一定量的合格生球在105°C烘干2h，放入豎爐中先放入預熱段在950°C下預熱lOmin，然后再放入焙燒段在1250°C下焙燒lOmin，取出冷卻后測焙燒球抗壓強度。測得生球含水率為8. 61 %，生球抗壓強度為10. 8N/球，生球落下強度為3. 6次，爆裂溫度大于60(TC，焙燒球抗壓強度為2185N/球。從以上實例中可看出，使用本發明的有機粘結劑代替膨潤土生產球團礦，在滿足球團質量要求的基礎上，能夠達到降低膨潤土用量、提高球團礦品位的目的。本發明的有機粘結劑已經通過具體的實施例進行了描述。本領域技術人員可以借鑒本發明的內容適當改變原料、工藝條件等環節來實現相應的其它目的，其相關改變都沒有脫離本發明的內容，所有類似的替換和改動對于本領域技術人員來說是顯而易見的，都被視為包括在本發明的范圍之內。
權利要求
1.一種球團礦生產中使用的以餐廚垃圾為原料制備的球團礦有機粘結劑，該粘結劑包含經過處理的餐廚垃圾，餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾涂掉浮油、打漿，除去硬質固體，然后干燥，研磨成粉末或直接噴霧干燥得到粉末。
2.根據權利要求1所述的球團礦有機粘結劑，餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾煮沸，刮除掉上層的浮油，打漿，除去其中的硬質固體，然后干燥、研磨成粉末或直接噴霧干燥得到粉末，其中硬質固體包含木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體中的一種或多種。
3.根據權利要求2所述的有機粘結劑，其中干燥為烘干干燥、自然干燥或噴霧干燥，其中當干燥為噴霧干燥時不需要研磨成粉末。
4.根據權利要求3所述的有機粘結劑，其中烘干干燥和噴霧干燥為加熱干燥，自然干燥為太陽能干燥。
5.根據權利要求1-4任一項所述的球團礦有機粘結劑，其還可以包含球團礦生產常用的粘結劑如膨潤土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥、白云石以及球團礦生產中使用的其他粘結劑中的一種或多種等。
6.一種餐廚垃圾用于制備球團礦生產中的粘結劑的用途，其中餐廚垃圾是經過去除油層和打漿后再去除硬質固體、烘干干燥或自然干燥、粉碎處理后或直接噴霧干燥得到的粉末狀餐廚垃圾。
7.一種使用權利要求1-6任一項所述的球團礦有機粘結劑進行球團礦生產的方法，該方法包括將有機粘結劑與礦物混合均勻、造球、干燥、預熱和焙燒得到球團礦。
8.根據權利要求7所述的方法，其中礦物為含鐵原料和二次含鐵原料，含鐵原料為磁鐵精礦、赤鐵精礦、褐鐵精礦、混合精礦或富鐵礦粉等，二次含鐵原料為硫酸渣、浸出處理殘渣、廠內含鐵塵泥或廠內含鐵廢渣等；廠內含鐵塵泥為轉爐塵、高爐塵、平爐塵、電爐塵或煉鋼煉鐵污泥，廠內含鐵廢渣為鋼渣或軋鋼氧化鐵皮等。
9.根據權利要求8所述的方法，其中球團礦有機粘結劑占礦物的1-3重量％。
10.根據權利要求9所述的方法，其中球團礦有機粘結劑占礦物的1.5-2. 5重量％。
全文摘要
本發明涉及一種以餐廚垃圾為原料制備的球團礦有機粘結劑，該粘結劑包含經過處理的餐廚垃圾。餐廚垃圾的處理方法包括如下步驟將收集到的餐廚垃圾煮沸，刮除掉上層的浮油，打漿，除去其中的木材、塑料、玻璃碎片、陶瓷碎片、貝殼和金屬固體等硬質雜質，然后干燥，研磨成粉末。用本發明的有機粘結劑生產球團礦，提高了入爐球團礦的品位和冶金性能，使得煉鐵成本得到進一步的降低，資源消耗量和能源消耗量減少，污染物排放量減少，提高了我國鋼鐵材料與制品在國際市場競爭中的能力。
文檔編號C22B1/244GK102465201SQ20101054631
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者何秋慧, 王化軍, 程鑫, 葛鵬, 陶娟娟, 馬鴻志 申請人:北京君致清科技有限公司