一种利用城市污泥和钢渣精粉生产炼钢冷固球团的工艺的制作方法

本发明涉及一种利用城市污泥和钢渣精粉生产炼钢冷固球团的工艺。

背景技术：

1、转炉炼钢产生的钢渣中含有15%～25%的铁元素。其中有一部分是以金属态的形式存在，还有一部分以铁酸盐的形式存在。转炉钢渣在经过钢渣预处理工艺（水淬+破碎）处理以后，在钢渣筛分生产线首先筛分磁选出大部分的金属铁（俗称渣钢或者渣铁），铁酸盐则在棒磨或者球磨处理后，在钢渣磁选生产线上通过磁选回收，这种通过磁选回收的含铁物料，由于粒度较小，其中的含铁物质主要以氧化铁的形式存在，与炼铁的选矿工序生产的铁精粉相近，钢铁企业大多数称为钢渣精粉。

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3、钢渣精粉中的铁酸盐具有一个显著特点，即铁酸盐通常与硅酸盐、磷酸盐等矿物形成复杂矿物相，矿物组织结构致密，很难通过常规的机械加工方法分离铁酸盐粘附的硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等粘附物，故钢渣精粉具有磷含量高、总体呈碱性的特点。这一特点,决定了钢渣精粉不能在炼钢工序大量规模化利用，只能在炼铁工序的烧结工艺环节大量资源化利用。

4、随着钢铁行业含铁废弃物生产冷固球团技术的发展，已有企业开发了利用钢渣精粉生产冷固球团应用于转炉炼钢的技术，但是由于钢渣精粉磷含量高，氧化铁含量高，在炼钢工序资源化利用，存在以下缺陷：1、造球后冷固球团的强度低，在储存、运输、使用阶段粉化率高，容易堵塞料仓下料口，造成环境污染；2、冷固球团随废钢加入转炉后，转炉兑加铁水时容易产生喷火和铁水喷溅事故；3、转炉炼钢大量加入钢渣精粉，钢渣精粉中的磷解离后容易进入钢水，造成转炉炼钢磷负荷增加，影响炼钢工艺；4、钢渣精粉中含有大量的氧化铁，在转炉炼钢过程中发生还原反应的吸热效应显著，大量使用影响转炉的温度制度。

5、所以目前钢渣精粉只能够作为添加成分与其它含铁物料搭配，然后生产冷固球团用于转炉炼钢，故钢渣精粉在转炉炼钢使用量占比较少。

6、查阅文献（1）王少军，蒋朝敏，周朝刚，等多位作者在2020年第2期《山西冶金》杂志上公布了题为“冷固球团生产线配加氧化铁皮的生产实践”的论文，文中有：“以氧化铁皮生产的冷固球团代替烧结矿，实现了氧化铁皮再返回到转炉冶炼过程，带来了巨大的经济效益，一年可节约成本高达1036.71 万元。”的内容表述；（2）郑锡瀚，陈铁军，万军营，等多位作者在2025年第7期《中国冶金》杂志上公布了题为“低碳型多元固废-铁矿粉冷固结球团研究进展”的论文，文中有“发现铁矿粉冷固结球团主要用于回转窑、转底炉、转炉等低强度要求的炼铁窑炉。”的内容表述；（3）宝钢集团八钢公司制造管理部的技术人员周文胜，在2019年第5期《冶金与材料》杂志上公布了题为“钢渣精粉参与混匀配料的生产实践”的论文，文中有：“钢渣精粉有害元素磷含量偏高（p=0.59%），超过进厂原料技术质量标准要求p≤0.05%的上限10 倍以上，参与烧结混匀配矿，循环一定时间后，会带来磷的循环富集问题，，烧结回收利用钢渣精粉，并按4%～8%的配入量参与混匀配矿替代部分高价铁精粉是可行性，”的内容表述；

7、根据以上公开的文献信息可知，目前还没有以钢渣精粉为主原料造球用于转炉炼钢的工艺技术，也没有解决钢渣精粉中磷含量高影响炼钢工艺的技术。

8、转炉og污泥，是指转炉高温烟气经湿法除尘后产生的大量除尘污水，除尘污水经加药、沉淀、浓缩和板框压滤后，形成含水30%～40%的泥浆状固体废弃物。转炉污泥的组成复杂，颗粒极细，含水率高，并且含有k、na、ca等组分,污泥总体呈现强碱性。

9、查阅文献（1）黎燕华在2005年8月《金属矿山》杂志的增刊上公布了题为：“我国转炉污泥资源化技术研究与进展”的论文，文中有：“转炉污泥呈黑色泥浆状，污泥粘度很大，脱水困难，转炉污泥还具有粒度细、表面粗糙、比表面积大、表面能高、表面活性大等特性，易与空气中的氧发生作用生成氧化膜，是一种理化性质极不稳定的人造矿物，随冶炼条件的变化而产生较大的波动，转炉污泥含有较高的铁和cao，用于烧结生产可代替部分含铁原料和溶剂使用，从而节约资源，降低成木。转炉污泥用作烧结配料，是钢铁企业污泥综合治理中投资少，见效快、收益高的项目之一。”的内容表述；（2）伍强,刘梦茹,沈海峰,等多位作者在2023年第7期《化工矿物与加工》杂志上公布了题为“转炉og泥资源化利用研究进展”的论文，文中有“马钢集团的转炉og 泥主要由铁组成(质量分数约为50%～66%),还含有较多的碳、钙、镁等有用元素,70%以上的og泥粒度小于5μm。佘雪峰等对莱芜钢铁集团有限公司提供的几种粉尘进行了化学成分分析,发现转炉og泥中tfe占58.19%,feo占59.58%,cao占10.28%,mgo、al2o3、k、na、sio2等成分含量较低。”的内容表述；（3）王俊在2025年第4期《冶金动力》杂志上公布了题为“转炉污泥资源化利用技术研究进展”的论文，文章中有：“转炉冶炼过程中，氧枪喷吹的高压氧气对控制钢水含碳量起着至关重要的作用。此阶段会产生大量co、铁及其他金属元素，这些物质跟随烟气进入湿法除尘系统。经湿法净化处理后，粉尘进入水中形成悬浮污水，经固液分离后形成含水率30%～40% 的高浓度转炉污泥，其中富含fexo、fe3o4、mgo、al2o3、mno等多种金属氧化物，具备二次资源化潜力。但转炉污泥同时含有大量zno、pbo、k2o、na2o等有害成分，其中zn、pb、k、na元素挥发性温度较低，易形成破坏生态环境的粉尘。如何加大冶金固废综合利用的力度是目前钢铁企业重要的研究课题。”的内容表述。

10、根据以上的文献可知，目前没有利用转炉og污泥中碱金属k、na和污泥表面能高、表面活性大等潜在价值的工艺技术。

11、城市污泥是城市生活污水集中处理后产生的固体废弃物。随着城市化进程的加快，城市污水处理量日益增加，目前我国城市污泥每年的产生量超过了5000万吨。

12、城市污泥的主要组成是有机物和无机物两部分，其中体积占比最大的是有机物。污泥兼具“污染物”和“资源”的双重属性。一方面污泥中含有重金属、病原体和持久性有机污染物（pops）等对土壤、水和大气有潜在污染风险的组分；另外一方面，城市污泥中含有大量的有机物，具有一定的潜在利用价值。

13、新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市头屯河区某地的城市污泥是拉运到某钢铁企业，在烧结工序作为添加材料协同处理，新疆维吾尔自治区伊犁地区某县的城市污泥在垃圾填埋场填埋处理。

14、查阅文献（1）叶志豪在2025年第10期《生态与资源》杂志上，公布了题为“城市污水处理厂污泥资源化利用的挑战及应对策略”的论文，文中有“，污泥资源化利用潜力巨大，但因重金属、病原体和有机污染物引起的生态环境风险及现存的技术经济困难等问题，严重制约了其推广和应用。本文从技术创新、完善政策法规、优化管理模式、促进公众参与等多维度提出了应对策略，为污泥资源化利用提供了可行路径。未来，需要不断深化技术研究、强化政策协同、促进产学研深度融合，进一步提升污泥资源化利用效率和安全性，使其从“无害化”走向“资源化”“生态化”，为实现生态文明和可持续发展目标做出贡献。”的内容表述；（2）粟丰，赖连珏，两位作者在《中国资源综合利用》杂志上公布了题为“城市污水处理中污泥资源利用研究”的论文，文章中有：“近年来，污泥堆肥农用、制备生物质能源、生产新型建材等资源化利用路径逐步得到推广，但从污泥产生到产品应用的全流程，存在污染物富集、运输泄漏、处理二次污染、产品长期环境影响等潜在风险，若缺乏有效管控，污泥资源化带来的生态效益将大打折扣。”的内容表述；（3）孙奕翀在2026年第8期《中国资源综合利用》杂志上公布了题为“无废城市背景下污泥资源化利用难点与优化分析”的论文，文章中有“传统的污泥处置方式主要包括填埋、焚烧和堆肥。填埋方式虽然操作简单、成本较低，但占用大量土地资源，容易造成二次污染，不符合无废城市建设要求，其应用规模正在逐步缩小。焚烧方式能够实现污泥的减量化和无害化，但存在投资大、运行成本高、烟气处理难度大等问题，焚烧过程中产生的热能回收利用率较低，资源浪费现象较为严重。堆肥方式能够回收利用污泥中的营养元素，但处理周期长、占地面积大、臭味控制难度高，堆肥产品的质量参差不齐，难以满足现代农业和园林绿化的要求。近年来，虽然热解气化、水热碳化等新型污泥处置技术得到一定的研究和应用，但这些技术大多处于实验室研究或中试阶段，工程化应用经验不足，设备可靠性和稳定性有待提高，投资和运行成本较高，难以大规模推广应用。”的内容表述。

15、综上所述，目前还没有利用炼钢工序资源化利用城市污泥的工艺先例。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用城市污泥和钢渣精粉生产炼钢冷固球团的工艺，以钢渣精粉为主原料，以转炉污泥和城市污泥为粘结剂，在干粉造球生产线生产炼钢使用的冷固球团。冷固球团加入转炉后，利用城市污泥中的有机物还原钢渣精粉中的p元素和氧化铁，冷却转炉炉内的液态钢渣，消除转炉兑加铁水时的喷火和铁水喷溅隐患，达到转炉炼钢可大量使用钢渣精粉球团的工艺目的。

2、本发明采用的技术方案是，一种利用城市污泥和钢渣精粉生产炼钢冷固球团的工艺，按照下列步骤实施：

3、s1、按照正常的工艺流程，将转炉og污泥压滤脱水、含水量小于20%，拉运到干粉造球生产线待用；

4、s2、将钢渣精粉拉运到干粉造球生产线待用；

5、s3、将城市污泥脱水、含水率小于10%，拉运到干粉造球生产线待用；

6、s4、将上述钢渣精粉、转炉og污泥、城市污泥，按照质量百分数60%：25%：15%的比例混合均匀，使用双轴搅拌机混合为最佳，不添加水分，在干粉造球机上加工成为冷固球团，球团直径控制在30～50mm；

7、s5、将以上球团摊铺在厂房中自然晾晒，待球团表面干燥后，拉运到转炉生产线作为冷固球团资源化利用，使用量控制在吨钢10～30kg。

8、本发明的创新点有以下两个方面：

9、1、城市污泥作为粘结材料的创新点如下：a、城市污泥中含有大量的有机质纤维，加入到碱性炼钢og污泥和钢渣精粉中后，碱性钢渣精粉和og污泥能够对于城市污泥中的病原体和细菌进行灭活处理。灭火后城市污泥中有机物残渣会形成具有一定强度的植物纤维，纤维与炼钢污泥间的界面摩擦力发挥桥接作用，弱化了冷固球团在含水条件下球团骨架的变形与裂缝扩展，从而减轻了冷固球团前期（干燥以前）的崩解破坏；b、城市污泥中的植物纤维在球团中的桥接作用，有利于球团干燥后的稳定性，减少球团在储存、运输、使用过程中的碎裂；c、城市污泥在碱性条件下能够溶出木质素，是一种极性物质，作为粘结剂有利于冷固球团的生产；d、城市污泥中的有机物在转炉炼钢的高温条件下，裂解成为c、h等物质，能够还原钢渣精粉和钢渣中的磷，使之气化进入转炉的烟气中，弱化转炉炼钢过程中使用钢渣精粉引起的磷高矛盾；e、城市污泥中的有机质对于钢渣和钢渣精粉的还原作用，消除了转炉大量使用钢渣精粉影响转炉温度制度的短板，同时消除了加入钢渣精粉球团后，转炉兑加铁水发生喷火和铁水喷溅的隐患；f、转炉炼钢过程中，吨钢用量大于15kg，可实现钢渣精粉在炼钢流程实现全量循环利用。

10、2、 og污泥作为粘结剂的创新点有以下几点：a、转炉og污泥的颗粒极细，作为细集料与颗粒较大的钢渣精粉粗集料搭配，能够满足冷固球团生产过程中的级配要求；b、钢渣精粉粘附的硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐，均具有水化反应活性，但是反应缓慢。利用炼钢污泥中的k、na，以及城市污泥中的na、k能够激发其水化反应活性，其水化反应产物同样能够作为粘结剂，起到固结作用，提高球团的强度；c、利用og污泥中的自由水替代球团加工过程中粘结剂的添加水，有利于球团内部粘结剂的均匀性。

11、本发明的有益效果如下：1、本发明利用城市污泥的有机物，作为粘结剂和还原剂，解决了冷固球团强度低的难题，同时还原钢渣精粉中的磷，解决了钢渣精粉在转炉炼钢工序资源化利用的瓶颈问题，成本优势显著；2、本发明能规模化资源化利用城市污泥，促进城市钢厂与城市的融合发展，解决了城市污泥规模化使用的难题，经济效益和环保效益巨大。