本發(fā)明涉及一種垃圾飛灰的處理方法，特別涉及一種鐵礦燒結協(xié)同處置垃圾飛灰實現(xiàn)資源化的方法，屬于鋼鐵冶金及垃圾焚燒飛灰處理技術領域。
背景技術：
垃圾焚燒飛灰是垃圾焚燒廠煙氣凈化系統(tǒng)和熱回收系統(tǒng)(如節(jié)熱器、余熱鍋爐等)中捕集的細顆粒物質，它是垃圾焚燒的必然產物，約占焚燒垃圾量的3～5％。在我國，由于垃圾焚燒前，未能進行有效分類，導致焚燒飛灰含易浸出的重金屬污染物和劇毒物質二噁英，根據我國2016年8月1日起施行的《國家危險廢物名錄》顯示，垃圾焚燒飛灰屬hw18類，為危險廢物，如果不對其進行有效處理，會對環(huán)境造成二次污染，對人類健康造成不利影響，因此選擇適宜的處理方式對人類生活的健康發(fā)展有重要意義。
目前，垃圾焚燒飛灰的主要處理方式及其存在缺點有：(1)水泥固化填埋。增容較大，侵占大量土地資源，cr6+、zn等金屬較難被穩(wěn)定，仍有浸出風險，二噁英污染未被有效處理；(2)化學藥劑穩(wěn)定技術。較難實現(xiàn)多種重金屬的穩(wěn)定化；對二噁英及溶解鹽的穩(wěn)定性較弱；(3)熱處理技術。目前主要為水泥窯協(xié)同處理法，其缺陷在于飛灰中cl的存在易對窯體產生腐蝕，同時影響水泥品質，從而限制水泥使用范圍，而單獨的高溫處理則存在能耗高、投資大等問題。
綜合比較，高溫處理技術能夠較為有效的處理垃圾焚燒飛灰?guī)淼呢撁鎲栴}，起到“解毒”之效。燒結工序作為鋼鐵生產過程中的一道高溫工序，在處理垃圾飛灰上有獨特優(yōu)勢。燒結是將細粒物料在高溫下條件下固結成塊的過程，這一功能特性能有效處理細粒粉末態(tài)的垃圾飛灰，同時飛灰中的cao也可為燒結過程提供部分助熔劑，如中國專利(cn101476032a)公開了一種城市生活垃圾焚燒飛灰冶金燒結處理的方法，其具體公開將垃圾飛灰、粘結劑、穩(wěn)固劑及含鐵制粒物等制成含鐵料小球，含鐵料小球與鐵礦、溶劑及燃料等混合，再進行燒結。該方法能實現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的固定，且對燒結礦性能有一定改善。但實際上飛灰中cl、k、na、pb、zn等有害元素含量高，一方面有增加燒結礦有害元素殘存量的風險，另一方面燒結過程的高溫條件能使飛灰中的cl與k、na、pb、zn等結合部分揮發(fā)到煙氣，其冷凝后形成超細顆粒物pm2.5，而當前常規(guī)的電除塵難以脫除細粒煙塵，導致增加燒結工序的環(huán)境污染，這些問題現(xiàn)有技術并沒有得到很好的解決。因此，開發(fā)鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的技術，在燒結過程盡量脫除k、na、pb、zn等，并對其進行資源化回收，確保在不增加燒結礦有害元素殘存量的條件下，實現(xiàn)飛灰的清潔利用，對推進垃圾焚燒發(fā)電產業(yè)的發(fā)展意義重大。
技術實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種將鋼鐵生產的燒結工序與垃圾飛灰處理結合的方法，該方法在不增加燒結礦有害元素殘量的前提下，將飛灰有效固結，同時使飛灰中的cl與原料中重金屬、堿金屬富集揮發(fā)到燒結特定區(qū)域的煙氣中，從而有利于k、na、pb、zn等的資源化回收，并使飛灰中的二噁英高效降解，從而實現(xiàn)垃圾飛灰的清潔化處置以及資源化利用，對環(huán)境保護具有重要意義。
為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提供了一種鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的方法，該方法包括以下步驟：
1)將含鐵原料分成三類：a類含鐵原料為主要雜質元素為zn、pb、k、na、s中至少一種的含鐵原料，b類含鐵原料為粒度小于0.074mm，tfe含量大于66wt％、feo含量大于28wt％的細粒磁鐵礦含鐵原料，c類含鐵原料為除a類和b類之外的含鐵原料；
2)將垃圾飛灰與a類含鐵原料及生物質炭混和，制成球核；
所述球核中垃圾飛灰與a類含鐵原料的配比滿足摩爾比n(2pb+2zn+k+na)/ncl＝0.7～1.0:1；
3)所述球核表面包裹b類含鐵原料層，得到核殼結構球料；
4)將所述核殼結構球料干燥脫水后，作為鋪底料進行布料，由c類含鐵原料和燒結原料制成的球料布在核殼結構球料上面，再進行點火、燒結，得到鐵燒結礦，同時從煙氣中回收有價金屬。
本發(fā)明的技術方案將含鐵原料進行分類處理，在燒結過程中，不同的含鐵原料起到不同的相應作用，a類含鐵原料主要為zn、pb、k、na、s等有害成分高的含鐵原料，將其與垃圾飛灰一起制成求和，可以與垃圾飛灰一起在高溫下反應脫除有害元素；而b類含鐵原料為細粒磁鐵礦可起到小球表層固結的作用，防止球核產生的液相與臺車篦條發(fā)生粘結；c類含鐵原料與燒結原料一起造球，按正常燒結方式燒結。含鐵原料分類處理后，都能實現(xiàn)固結礦化，得到合格煉鐵爐料。
本發(fā)明的技術方案將垃圾飛灰和鋅、鉛、堿金屬或硫含量高的含鐵原料合理搭配造球，利用垃圾飛灰中的氯將冶金粉塵中的k、na、pb和zn等氯化揮發(fā)回收，不但去除了含鐵原料中有害金屬的含量，得到合格的煉鐵爐料，而且也解決了飛灰中氯對設備腐蝕的問題。同時利用垃圾飛灰中包含的cao成分作為含鐵原料的粘結劑，焙燒過程中無需外加粘結劑，實現(xiàn)垃圾飛灰與冶金粉塵的有效固結，生成合格的含鐵爐料。此外，在高溫焙燒過程中垃圾飛灰中二噁英等有害成分得到有效裂解，減少對環(huán)境的危害。
優(yōu)選的方案，所述生物質炭著火點不高于450℃。采用著火點低、燃燒速度快的生物質炭燃料，可以快速提高燒結過程中核殼結構球料的升溫速度，從而使得飛灰中的二噁英迅速高溫降解，同時燃料易于與co2反應而也提供了一定量的還原氣氛co，而快速升溫和還原性氣氛均有利于二噁英的降解和抑制生成。生物質炭一般經過磨細處理，粒度小于0.1mm。
較優(yōu)選的方案，所述生物質炭的質量為球核質量的4～6％。
優(yōu)選的方案，所述垃圾飛灰和a類含鐵原料的質量比為0.2～0.5:1。垃圾飛灰和含鐵原料進行合理的搭配，可以最大程度相互利用兩種原料的組分進行化學反應，如利用垃圾飛灰中的氧化鈣進行粘結實現(xiàn)固結成礦以及利用垃圾飛灰中的氯實現(xiàn)pb、zn、k、na等以氯化物形式揮發(fā)回收。
優(yōu)選的方案，所述球核粒度為14～16mm。
較優(yōu)選的方案，所述球核表面包裹的b類含鐵原料層厚度為2～3mm。
優(yōu)選的方案，所述干燥脫水是采用80～150℃熱風干燥，核殼結構球料干燥至含水量低于5％。當含水量較高的核殼結構球料在燒結的快速升溫過程中易爆裂，將核殼結構球料在低溫熱風條件下進行干燥處理至適當?shù)暮浚行П苊饬嗽跓Y迅速升溫過程中，核殼結構球料所含水分迅速蒸發(fā)引起小球爆裂，再次產生粉末激發(fā)二噁英生成的作用。干燥一般在30～60min，保證干燥后小球中水分含量低于5％。
優(yōu)選的方案，燒結過程中升溫階段的煙氣通過回收熱量降溫降低至120～180℃后，通過除塵收集富含有價金屬的煙塵，除塵煙氣再進行脫硫后，排放，而除升溫階段外的煙氣，經除塵后直接排放。
本發(fā)明的鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的方法中含鐵原料分為三類：一類為zn、pb、k、na、s含量高的含鐵原料，包括天然鐵礦石和二次含鐵塵泥，其與垃圾飛灰一起制備球核；一類為細粒磁鐵礦，要求其粒度小于0.074mm，tfe(全鐵含量)、feo分別大于66％、28％，用作球殼的粘附料；其他原料歸為一類，用于常規(guī)的制粒、燒結。
本發(fā)明的鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的方法，采用垃圾飛灰造球制備核殼結構球料的方法，是采用兩段成球工藝，第一段將含有飛灰的混合料在圓盤造球機中滾動成球，通過分級將14～16mm的合格球核轉運到第二段成球工藝，加入細粒磁鐵礦繼續(xù)長大2～3mm，獲得所需的具有核殼結構球料。
本發(fā)明的鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的方法中將升溫段的煙氣進行單獨處理，首先通過余熱鍋爐回收煙氣中的熱量，將煙氣溫度降低至120～180℃，然后采用布袋除塵收集富含有價金屬的煙塵，除塵后的煙氣進行脫硫，然后排放；除升溫段外的煙氣，經電除塵后排放。
本發(fā)明是根據鋼鐵冶金過程中燒結工序的特點，針對飛灰的化學組成和高溫特性，提出的鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的新方法。
本發(fā)明的a類含鐵原料主要為高鋅、高鉛、高堿金屬或高硫含鐵原料，一般zn、pb、k、na或s的含量大于0.1％。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案的優(yōu)點在于：
本發(fā)明從燒結原料和垃圾飛灰常規(guī)物理及化學特性出發(fā)，將含鐵原料進行了有效分類，并開發(fā)了垃圾飛灰雙層小球制備方法，從而使得具有以下有益效果：
(1)將含鐵原料進行分類，將垃圾飛灰與zn、pb、k、na、s含量高的含鐵原料共同制粒，并將其分布在燒結機底層，可以利用燒結料層底部的高溫條件，并通過對球核成分的控制，將zn、pb、k、na、s等揮發(fā)到煙氣，提高有害元素的脫除率，從而確保添加垃圾飛灰后，不增加燒結礦中有害元素zn、pb、k、na、s等的殘存量。
(2)采用含特殊成分的核殼結構球料取代了常規(guī)鋪底料，可以提高燒結礦的產量。同時核殼結構球料，使得球體內部形成液相將飛灰有效固結，而外層殼層結構避免了小球內層熔融液相與篦條直接接觸，防止其粘連破壞箅條。
(3)利用料層底部的高溫條件，以及生物質炭快速燃燒而使飛灰小球快速升溫，從而降解了飛灰所含二噁英，且防止二噁英的二次生成。
(4)核殼結構球料在料層底部高溫條件下，垃圾飛灰中的cl與小球中重、堿金屬結合揮發(fā)，并直接被下部風箱抽至煙氣中，可以集中排放到升溫段煙氣中，而升溫段煙氣中沒有水蒸氣，從而后續(xù)可以采用布袋除塵器將有價金屬含量高的煙塵充分收集，實現(xiàn)了資源化處置垃圾飛灰的目的。
綜上所述，本發(fā)明從垃圾飛灰以及燒結過程含鐵原料各自的特性出發(fā)，開發(fā)了垃圾飛灰與含鐵原料制備核殼結構球料的方法，將飛灰在燒結高溫過程中有效固化，并降解所含二噁英；將飛灰和含鐵雜料中易揮發(fā)的有價金屬元素時高效揮發(fā)并及時捕集利用，從而實現(xiàn)了鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的的目標。
附圖說明
【圖1】鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的裝置簡圖；
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產品。
本發(fā)明的鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的裝置簡圖如圖1所示。其主體包括爐體、電除塵器、余熱利用裝置、布袋除塵器、脫硫裝置和煙囪。爐體入料端設有布料器及點火器，爐體的焙燒段(升溫段)底部通過管道與余熱利用裝置、布袋除塵器、脫硫裝置和煙窗連接，爐體其他部位底部通過管道與電除塵器及煙囪連接。該裝置的設計可以對升溫段的煙氣進行單獨處理，首先通過余熱鍋爐回收煙氣中的熱量，將煙氣溫度降低至120～180℃，然后采用布袋除塵收集富含有價金屬的煙塵，除塵后的煙氣進行脫硫，然后排放；除升溫段外的煙氣，經電除塵后直接排放。
實施例1
如圖1所示，一種鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的技術，是將垃圾飛灰與燒結原料中高鋅、高鉛、高堿金屬、高硫的含鐵原料，以及生物質炭混和后預先制成14mm的球核，控制球核中垃圾飛灰/含鐵原料的質量比為0.2、(2pb+2zn+k+na)/cl的摩爾比值為1.0、生物質炭配加4％，然后在球核表面裹上細粒磁鐵礦形成2mm厚的球殼，制備得到具有雙層結構的小球，其低溫干燥脫水后用于燒結作鋪底料布在燒結機底層，取代傳統(tǒng)的15～20mm成品燒結礦鋪底料。飛灰小球布在燒結機底部后，其他燒結原料配料、混和、制粒后布在飛灰小球的上層，然后進行點火、燒結，將飛灰小球中的有價金屬、so2揮發(fā)到升溫段的煙氣，從中回收富含有價金屬的煙塵。燒結礦的有害元素殘存量見表1所示，回收所得煙塵中有價金屬元素含量如表2所示?？芍?，經本發(fā)明技術處理后，與飛灰直接添加相比，燒結礦中的有害元素殘存量明顯降低，且低于不加飛灰時的燒結礦有害元素殘量。同時回收了高pb、zn、k、na的粉塵。
實施例2
如圖1所示，一種鐵礦燒結過程資源化處置垃圾飛灰的技術，是將垃圾飛灰與燒結原料中高鋅、高鉛、高堿金屬、高硫的含鐵原料，以及生物質炭混和后預先制成16mm的球核，控制球核中垃圾飛灰/含鐵原料的質量比為0.5、(2pb+2zn+k+na)/cl的摩爾比值為0.7、生物質炭配加6％，然后在球核表面裹上細粒磁鐵礦形成2mm厚的球殼，制備得到具有雙層結構的小球，其低溫干燥脫水后用于燒結作鋪底料布在燒結機底層，取代傳統(tǒng)的15～20mm成品燒結礦鋪底料。飛灰小球布在燒結機底部后，其他燒結原料配料、混和、制粒后布在飛灰小球的上層，然后進行點火、燒結，將飛灰小球中的有價金屬、so2揮發(fā)到升溫段的煙氣，從中回收富含有價金屬的煙塵。燒結礦的有害元素殘存量見表1所示，回收所得煙塵中有價金屬元素含量如表2所示?？芍洷景l(fā)明技術處理后，與飛灰直接添加相比，燒結礦中的有害元素殘存量明顯降低，且低于不加飛灰時的燒結礦有害元素殘量。同時回收了高pb、zn、k、na的粉塵。
表1不同實施例燒結礦中有害元素殘存量
表2不同實施例收集煙塵中有價金屬元素含量