本发明涉及一种高比例微细粒物料制粒的方法，特别涉及一种高比例微细粒物料制备低pm10、pm2.5排放粒料的方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。
背景技术：
：钢铁行业是主要的pm10、pm2.5固定排放源，而在整个钢铁冶炼流程中，烧结是第一步高温工序，废弃排放量占冶炼过程总废弃量的40％以上，随烟气外排的pm10、pm2.5也占据整个钢铁行业排放的40％以上。因pm10、pm2.5粒径小、比表面积大，容易烧结烟气中排放的容易负载烧结过程脱除的重金属、碱金属元素以及持久性有机污染物二噁英，其具有潜在的“致畸、致癌、致突变”危害，其引发的环境污染问题愈发严重，因此，减少烧结工序pm10、pm2.5的排放对于钢铁工业绿色制造具有重要意义。据统计，约80％以上的烧结机头烟气采用静电除尘器脱除烟气中的粉尘颗粒，其对于空气动力学直径大于10μm的较粗颗粒物脱除效率可达99％，但因pm10、pm2.5易负载烧结过程脱除的碱金属、重金属，其比电阻远远偏离静电除尘器高效除尘所需的范围。2019年生态环境部等五部委联合发布的“关于推进实施钢铁行业超低排放的意见”中明确指出，2025年底前，重点区域钢铁企业超低排放改造基本完成，全国力争80％以上产能完成改造，规定的烧结机头烟气颗粒物排放浓度不得超过10mg/m3，但目前大多数钢铁企业烧结烟气颗粒物排放浓度约为50mg/m3。因此，开发出烧结烟气pm10、pm2.5高效减排技术对于钢铁行业超低排放改造具有积极推动作用。研究表明，烧结烟气中的pm10、pm2.5主要来源于干燥预热过程制粒小球表面脱落的微细颗粒物、富含易挥发有害元素的含铁尘泥脱除的重金属和碱金属冷凝形成的微细颗粒物。我国2019年粗钢产量接近10亿吨，巨大的钢铁产能使得位处内陆地区的太钢、攀钢、鞍钢、本钢等钢铁企业不得不扩大其自产微细粒铁矿石的配加比例，造成烧结过程脱落的微细颗粒物含量增加。在钢铁冶炼的各个环节中，不可避免的会产生大量的微细粒含铁尘泥，其比例约占粗钢产生的10％，因此当前的含铁尘泥年产生量约为1亿吨。在“固废不出厂”、“无废城市建设”的时代背景下，将含铁尘泥循环回烧结配料过程是钢铁企业主要的消纳方法，一方面会继续升高内陆钢铁企业烧结过程细粒级物料的比例，含铁尘泥中的重金属、碱金属在烧结过程容易挥发，进而增加pm10、pm2.5的排放浓度。技术实现要素：针对现有技术中采用高比例微细粒物料(细粒铁矿石、含铁尘泥)制备的粒料组织烧结生产时存在烟气中pm10、pm2.5类难脱除颗粒物浓度高的问题，本发明的主要目的在于提供一种通过优化造粒过程以减少烧结过程pm10、pm2.5生成量，从而实现其高效减排的方法，该方法通过优化细粒物料的混合、制粒性能，并耦合调控含铁尘泥中重金属、碱金属的挥发，抑制pm10、pm2.5的生成量，从而实现烧结过程减排。为了实现上述技术目的，本发明从优化制粒过程减少烧结过程pm10、pm2.5生成的思路出发，通过优化细粒物料的混合、制粒性能，并耦合调控含铁尘泥中重金属、碱金属的挥发，抑制pm10、pm2.5的生成量，从而实现烧结过程减排。本发明提供了一种基于高比例微细粒物料生产低粉尘颗粒排放粒料的方法，该方法包括以下步骤：1)将包括细粒铁矿石、熔剂、燃料及粘结剂a在内的原料混合，得到混合物料i；将包括粗粒铁矿石和返矿在内的原料混合，得到混合物料ii；2)将包括含铁尘泥、粘结剂a及消石灰在内的原料压制成颗粒物料；3)将混合物料i、颗粒物料与混合物料ii混合制粒，在制粒过程中以喷雾方式添加粘结剂b溶液，得到粒料。本发明技术方案依据不同类别铁矿石物料混匀和制粒难度的差异，将混匀、制粒性能均较差的含铁尘泥预先压成颗粒物料，使其起核颗粒作用，不但可以解决采用高比例细粒物料制粒过程核颗粒比例不足的问题，而且有利于避免含尘泥作为粘附粉带来制粒小球强度差，易产生细粒粉尘等负面影响。同时，将细粒铁矿石等物料在混匀过程中添加了少量高分子有机粘结剂，利用高分子链的架桥作用将其他原料与细粒铁矿石形成具有机械强度的小微团，在最后制粒过程通过喷加雾状低浓度粘结剂溶液，使得细粒铁矿石等原料形成的小微团在核颗粒表面的成层长大，从而形成机械强度较高的粒料，可大幅减少干燥预热过程经由制粒小球表面脱落途径形成的细颗粒，且即使发生小微团脱落，由于小微团具有一定强度，稳定性好，进入烟气中的颗粒物也为易于被静电除尘器脱除的较大粒径颗粒微团，从而可以减少pm10、pm2.5的生成。作为一个优选的方案，所述混合物料i中粘结剂a的质量占细粒铁矿石、熔剂和燃料总质量的0.05～0.3％。本发明技术方案在细粒铁矿石为主的物料混匀过程中添加了少量有机粘结剂，有机粘结剂利用其高分子链的架桥作用可以使得细粒铁矿石等微细颗粒粘结形成具有一定机械强度的小微团，由于小微团具有一定强度，在干燥预热过程如果发生小微团脱落，进入烟气中的颗粒物也为易于被静电除尘器脱除的较大粒径颗粒微团，从而可以减少pm10、pm2.5的生成。作为一个优选的方案，所述颗粒物料中粘结剂a的质量占含铁尘泥质量的0.5～1％。适量的有机粘结剂能够促进含铁尘泥成型获得颗粒物料。作为一个优选的方案，所述粒料中粘结剂b溶液的喷加量为制粒物料总质量的0.6～2.5％。在制粒过程喷加雾状低浓度粘结剂溶液，有利于细粒铁矿石等原料形成的小微团在核颗粒表面的成层长大，从而形成机械强度较高的粒料，可大幅减少干燥预热过程经由制粒小球表面脱落途径形成的细颗粒。作为一个优选的方案，所述粘结剂b溶液的质量百分浓度为0.5～2.0％。作为一个优选的方案，所述粘结剂a为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、海藻酸钠、变性淀粉中至少一种。作为一个优选的方案，所述粘结剂b为膨润土、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、海藻酸钠、变性淀粉、黄原胶中的至少一种。作为一个优选的方案，所述细粒级铁矿石的粒级满足：粒径<0.5mm的颗粒质量百分比超过80％，且>1mm粒级所占质量百分比不超过10％。作为一个优选的方案，所述粗粒铁矿石为除细粒级铁矿以外的其它粒级铁矿石。作为一个优选的方案，所述消石灰质量为含铁尘泥质量的0.5～2.5％。作为一个优选的方案，粘结剂a和消石灰占含铁尘泥质量的1～3％。作为一个优选的方案，所述粘结剂溶液喷雾液滴的粒径为0.01～0.2mm。作为一个优选的方案，包括细粒铁矿石、熔剂、燃料及粘结剂在内的原料采用强力混合机进行强力混合，混合时间为2～4min。本发明采用强力混合机混匀效果优于圆筒混合机的强力混合机对细粒铁矿石进行混合，有利于水分、熔剂、燃料与细粒铁矿石的充分混匀，尤其是水分、熔剂中生石灰在细粒铁矿石表面的均匀分散对于其形成结构紧密的高强度制粒小球有重要促进作用。作为一个优选的方案，包括粗粒铁矿石和返矿在内的原料采用圆筒混合，混合时间为3～5min。作为一个优选的方案，包括含铁尘泥、粘结剂及消石灰在内的原料采用压团机压制成粒径为3～5mm的颗粒物料。本发明技术方案中由于含铁尘泥通常粒度微小，且含有较高比例的易挥发碱金属、重金属元素，将其压制成颗粒物料，有助于避免其作为粘附粉包裹在制粒小球外层而容易脱除的不足，且在压团过程添加有机粘结剂一方面具备很强的粘结性能，可使得核颗粒结构致密，有害元素容易挥发，另一方面其助熔作用的消石灰在烧结高温过程生成液相阻碍有害元素的脱除，从而有效减排经由易挥发有害元素挥发-凝结形成的微细颗粒物。作为一个优选的方案，含铁尘泥和细粒铁矿石总质量占含铁尘泥、细粒铁矿石和粗粒铁矿石三者总质量的80％以上，且细粒铁矿石的质量占含铁尘泥、细粒铁矿石和粗粒铁矿石三者总质量的70％以上；所述含铁尘泥中粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于75％。作为一个优选的方案，所述含铁尘泥包括钢铁企业的副产物除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、转炉泥，制酸企业产生的副产物硫酸渣。本发明提供了一种基于高比例微细粒物料生产低粉尘颗粒排放粒料的方法，包括如下步骤：①将包括细粒铁矿石、熔剂、燃料、粘结剂在内的原料，采用强力混合机进行混合，得到混合物料i；②将包括含铁尘泥、粘结剂和消石灰在内的原料采用压团机预先压制成粒径3～5mm的颗粒物料；③将包括粗粒铁矿石、返矿在内的原料经过圆筒混合，得到混合物料ii；④将混合物料i、颗粒物料与混合物料ii一起通过圆筒混合机进行制粒3～5min，在制粒过程中喷加雾状低浓度粘结剂溶液；与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果为：(1)采用本发明提供的方法，依据不同类别含铁物料的混匀、制粒难度的差异，将混匀、制粒性能均较差的细粒含铁尘泥预先压成3～5mm的小颗粒，将其在制粒过程通常起粘附粉作用转变为起核颗粒作用，一方面有助于解决高比例细粒物料制粒过程核颗粒比例不足的问题，一方面有利于避免含尘泥作为粘附粉带来制粒小球强度差的负面影响；且优选采用混匀效果优于圆筒混合机的强力混合机对细粒铁矿石进行混合，有利于水分、熔剂、燃料与含铁原料的充分混匀，尤其是水分、熔剂中生石灰在细粒铁矿石表面的均匀分散对于其形成结构紧密的高强度制粒小球有重要促进作用。(2)采用本发明提供的方法，在细粒铁矿石为主的物料混匀过程中添加了少量高分子有机粘结剂，利用强力混合机的优越分散作用，可以使其充分分散到细粒铁矿颗粒表面，利用高分子链的架桥作用可以预先使得微细颗粒形成具有机械强度的小微团，在烧结干燥预热过程如果发生小微团脱落，进入烟气中的颗粒物也为易于被静电除尘器脱除的稳定性较好，且较大粒径的颗粒微团。(3)采用本发明提供的方法，在制粒过程喷加雾状低浓度粘结剂溶液，有利于细粒铁矿石等物料形成的颗粒物微团在核颗粒表面的成层长大，从而形成机械强度较常规方法大幅提高的制粒小球，可大幅减少烧结干燥预热过程经由制粒小球表面脱落途径形成的细颗粒。(4)与铁矿石相比，含铁尘泥通常粒度微小，且含有较高比例的易挥发碱金属、重金属元素，采用本发明提供的方法，将其压制为3～5mm的颗粒，作为核颗粒，有助于避免其作为粘附粉包裹在制粒小球外层而容易脱除的不足，且在压团过程添加的物质一方面具备很强的粘结性能，可使得核颗粒结构致密，有害元素容易挥发，一方面其助熔作用的消石灰在烧结高温过程生成液相阻碍有害元素的脱除，从而有效减排经由易挥发有害元素挥发-凝结形成的微细颗粒物。采用本发明提供的方法，提高了制粒小球的强度、抑制了含铁尘泥中重金属、碱金属元素的挥发，从而过程有效减排经由制粒小球表面脱落途径、易挥发有害元素挥发-凝结形成的pm10、pm2.5，减排比例分别高达25～50％、20～40％。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专利术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。实施例1将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉、羧甲基纤维素钠采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2min，其中羧甲基纤维素钠的添加量占细粒铁矿石、熔剂、焦粉总质量的0.05％；向瓦斯灰中添加由羧甲基纤维素钠、消石灰混合而成的添加剂，混匀后采用压团机压制成3～5mm的颗粒，其中羧甲基纤维素钠、消石灰的添加比例分别占瓦斯灰0.5％、0.5％；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3min，混匀过程喷加质量浓度为0.5％的雾状羧甲基纤维素钠溶液，喷加量为物料总质量的0.6％，雾状溶液小液滴的直径为0.15mm。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结。采用本发明后，烧结烟气中pm10、pm2.5排放浓度降低(见表3)，实现了过程减排。实施例2将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉、羧甲基纤维素钠采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2.5min，其中羧甲基纤维素钠的添加量占细粒铁矿石、熔剂、焦粉总质量的0.05％；向瓦斯灰中添加由羧甲基纤维素钠、消石灰混合而成的添加剂，混匀后采用压团机压制成3～5mm的颗粒，其中羧甲基纤维素钠、消石灰的添加比例分别占瓦斯灰0.5％、0.5％；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3.5min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3.5min，混匀过程喷加质量浓度为0.5％的雾状羧甲基纤维素钠溶液，喷加量为物料总质量的1.0％，雾状溶液小液滴的直径为0.10mm。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结。采用本发明后，烧结烟气中pm10、pm2.5排放浓度降低(见表3)，实现了过程减排。实施例3将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉、羧甲基纤维素钠采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2.5min，其中羧甲基纤维素钠的添加量占细粒铁矿石、熔剂、焦粉总质量的0.10％；向瓦斯灰中添加由羧甲基纤维素钠、消石灰混合而成的添加剂，混匀后采用压团机压制成3～5mm的颗粒，其中羧甲基纤维素钠、消石灰的添加比例分别占瓦斯灰0.8％、1.0％；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3.5min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3.5min，混匀过程喷加质量浓度为0.8％的雾状羧甲基纤维素钠溶液，喷加量为物料总质量的1.0％，雾状溶液小液滴的直径为0.10mm。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结。采用本发明后，烧结烟气中pm10、pm2.5排放浓度降低(见表3)，实现了过程减排。对比例1(常规烧结方法)将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将所有物料采用二段圆筒混合机分别进行混合、制粒，混合时间为3min、制粒时间为3min；将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结，烧结烟气中pm10、pm2.5的排放浓度如表3所示。对比例2将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2min；将瓦斯灰采用压团机压制成3～5mm的颗粒；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3min。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结，烧结烟气中pm10、pm2.5的排放浓度和减排比例如表3所示。该方法虽然采用了强力混合机混合细粒铁矿石，并将瓦斯灰压成了小颗粒，但并未在强力混合物料中、压团物料中以及圆筒制粒过程加入或喷入具有粘结、抑制颗粒物生成等功能的添加剂，从而使得制备的混合料在烧结过程减排pm10、pm2.5的效果较差。对比例3将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉、羧甲基纤维素钠采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2min，其中羧甲基纤维素钠的添加量占细粒铁矿石、熔剂、焦粉总质量的0.05％；将瓦斯灰采用压团机压制成3～5mm的颗粒；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3min，混匀过程喷加质量浓度为0.5％的雾状羧甲基纤维素钠溶液，喷加量为物料总质量的0.6％，雾状溶液小液滴的直径为0.15mm。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结。烧结烟气中pm10、pm2.5的排放浓度和减排比例如表3所示。该方法虽然采用了强力混合机混合细粒铁矿石、将瓦斯灰压成了小颗粒，且在强力混合物料中以及后续圆筒制粒过程配加或喷加了添加剂，但未在瓦斯灰压团过程添加具有粘结、助熔双重功能的添加剂，从而使得制备的混合料在烧结过程减排pm10、pm2.5的效果较差。对比例4将细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰、熔剂、焦粉、返矿按质量百分比称量，如表1所示，其中细粒铁矿石、粗粒铁矿石、瓦斯灰的相对比例如表2所示。将细粒铁矿石、熔剂、焦粉采用强力混合机进行一段混合，混合时间为2min；向瓦斯灰中添加由羧甲基纤维素钠、消石灰混合而成的添加剂，混匀后采用压团机压制成3～5mm的颗粒，其中羧甲基纤维素钠、消石灰的添加比例分别占瓦斯灰0.5％、0.5％；将粗粒铁矿石、熔剂采用圆筒混合机进行混匀，混匀时间3min；将上述经过强力混合机、压团机、圆筒混合机混匀或压制的颗粒送入圆筒混合机制粒3min。将制粒后的混合料布到烧结台车，在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，然后在负压14kpa条件下进行烧结。烧结烟气中pm10、pm2.5的排放浓度和减排比例如表3所示。该方法虽然采用了强力混合机混合细粒铁矿石、将瓦斯灰压成了小颗粒，且在瓦斯灰压团过程配加了添加剂，但未在强力混合物料中以及制粒过程中添加或喷加具有抑制颗粒物形成的添加剂，从而使得制备的混合料在烧结过程减排pm10、pm2.5的效果较差。表1烧结原料质量百分比烧结原料质量百分比/％细粒铁矿石46.1粗粒铁矿石11.0含铁尘泥4.3焦粉4.0生石灰5.0石灰石1.2白云石2.8返矿25.6总计100.00表2铁矿和含铁粉尘质量百分比烧结原料细粒铁矿石粗粒铁矿石含铁尘泥比例/％75187表3烧结过程pm10、pm2.5排放浓度和减排比例当前第1页12