一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法技术

一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，从城市固废中分离出的薄膜废塑料经干燥、剪切破碎后与碳质还原剂粉末充分混合，然后在400～550℃进行低温炭化处理得到炭化产物，炭化产物经破碎后可用作含碳球团的还原剂，与含铁物料混匀压制成含碳球团后运送至转底炉进行快速还原，球团起始还原温度显著降低，还原速率加快，得到高品质金属化球团，废塑料在还原过程中被分解消耗，同时为转底炉炉膛加热提供能量。本发明专利技术解决了现有直接还原法处理废塑料工艺难以低成本、高效率、大规模地实现城市固废中薄膜类热塑性废塑料预处理的不足，同时促进了铁矿的还原，此方法工艺简单、流程短、效率高、成本低，具有较好的社会和经济效益。

A resourceful utilization of waste plastics from municipal solid waste to promote iron ore reduction

A method of utilizing waste plastics from municipal solid waste to promote iron ore reduction is described. The film waste plastics separated from municipal solid waste are fully mixed with carbon reducing agent powder after drying, shearing and crushing, and then carbonized products are obtained by low temperature carbonization treatment at 400-550 C. The carbonized products can be used as carbon spheres after crushing. The reduction agent of the pellet is mixed with iron to form carbon pellets and then transported to the converter for rapid reduction. The initial reduction temperature of the pellet is significantly reduced and the reduction rate is accelerated. The high quality metallized pellets are obtained. The waste plastics are decomposed and consumed in the reduction process, and the energy is provided for heating in the converter hearth. The invention solves the deficiency that the existing direct reduction process for treating waste plastics is difficult to realize the pretreatment of thin film thermoplastic waste plastics in urban solid waste at low cost, high efficiency and large scale, and promotes the reduction of iron ore. The process is simple, the process is short, the efficiency is high, the cost is low, and the method has better social and economic efficiency. Benefit.

【技术实现步骤摘要】
一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法
本专利技术主要属于生态环保和资源综合利用领域，具体涉及一种城市生活垃圾中薄膜废塑料预处理和用做铁矿石还原剂的方法，用于城市生活垃圾中薄膜废塑料的资源化利用。
技术介绍
垃圾问题，可以说是伴随着人类文明史的一个“世界难题”。随着我国新型城镇化进程的不断深入，城市的规模和数量都在爆发式增长。按2015年末市辖区户籍人口统计，人口规模100万以上的大城市已达134个。按每人每年排放约300公斤生活垃圾计，每年城市生活垃圾产生量近2亿吨，而且还在以10％的速度不断增长。中国有2/3的城市陷入垃圾的包围之中，“垃圾围城”已经成为制约许多城市发展、影响市民生活质量的重要因素之一。城市生活垃圾中最难处理的当属废塑料类物质(主要是薄膜类包装材料)，其占比约10％左右。“限塑令”执行十年来，我国塑料袋的使用量从2007年的30亿个反而暴增至2017年的147亿个，所导致的环境压力可想而知。虽然我国城市生活垃圾治理和处置水平这几年有了显著提高，但是，目前我国城市垃圾中废塑料大约50％左右采用焚烧方式处理，能循环利用的很少，其余直接采用传统卫生填埋的方式进行处理，废塑料产生的污染比较严重(如污染水体、土壤以及释放CO2、CH4等温室气体等)。若要减少白色污染，除了要倡导居民遵循绿色的生活方式和使用可降解塑料外，开发更多高效环保的废塑料消纳技术显得更为重要。多措并举，减少其它处理方式的压力，同时提高总的废塑料垃圾处理能力。现代钢铁制造流程系统已发展成包含资源及能源利用、质量控制、新品开发、环境保护等内容的工程技术大系统，并进一步向准连续化/连续化、紧凑化/简化、高效化和综合利用、环境友好的方向发展。钢铁冶炼过程具有物料处理能力大、反应温度高、部分工序还原势高等特点，适于废塑料的无害化处理，同时废塑料可为钢铁工序提供一定的还原剂或能量。基于此，废塑料的无害化处理和钢铁工业的节能减排实现了协同，具有较明显的社会效益和经济效益。因此，冶金法利用废塑料的技术是一个值得研究的方向。现有技术中，冶金法利用废塑料的研究和应用主要集中在如下几个方向：废塑料-煤共焦化、高炉喷吹废塑料、废塑料用于电炉炼钢等。我国在上述三个技术方向均进行了基础研究、工业试验，甚至工业化应用。但是这三个技术在我国均没有得到大规模推广，原因是多方面的，如配比过高会对产品质量产生不利影响、废塑料预处理成本高、对含氯废塑料过于敏感、需要高品质的废塑料资源、难以避免二噁英生成等。对于我国而言，急需处置的是生活垃圾中的废塑料，该类废塑料以薄膜类包装材料为主，成分复杂、物性多变、品质低，可循环性差。因此，生活垃圾中的废塑料并不适合应用在上述三个工艺中。在废塑料作直接还原还原剂的方法中，将废塑料替代部分煤粉或焦粉，起到一定的还原作用，同时实现废塑料的消纳。以低品位矿、复杂矿、冶金尘泥等为原料的直接还原工艺对用作还原剂的废塑料品质要求不高。但是，现有技术并没有从全流程的角度考虑应采用怎样的预处理方法将生活垃圾中的条件复杂的废塑料高效(即成本低、处理能力大、方法简单)制备成粒度和成分均一的原料再配料造球还原，而这是决定直接还原处理废塑料能否成功工业化实施的关键控制技术环节。为了进一步促进含碳球团直接还原处理城市生活垃圾废塑料工艺技术的实现，有必要研究如何将废塑料经预处理均一化、体积减量化(即致密化)后用于含碳球团还原的相关技术。现有技术中，专利技术名称为“一种废塑料为碳源的铁基含碳球团及其制备方法”的中国专利(申请号：201410348368.7)，公开了一种以废塑料为碳源的铁基含碳球团及其制备方法，但是该专利仅采用几种废塑料的混合物做还原剂，且要求废塑料的粒度小于80目，塑性废塑料的破碎难度较大，该专利没有考虑如何经济高效地实现废塑料的破碎，特别是针对生活中大量产生的薄膜类废塑料该方法更难以适用。此外，大量试验证明单独用废塑料做含碳球团还原剂时由于塑料分解温度大大低于铁氧化物还原温度，因而难以获得较高的还原度。申请号为201310578312.6的中国专利，公开了一种利用废旧塑料直接还原褐铁矿或赤铁矿生产铁的方法，该方法是采用废塑料和煤粉分别破碎后直接混合添加的方法进行配料造球的，由于混合物料的密度低且废塑料破碎后的粒度为1～3mm，必然会导致生球团的强度相对较低，且同样难以处理日常生活中大量产生的薄膜类塑性废塑料，此外，该专利的目的是利用废塑料替代煤粉作用还原剂生产生铁，该工艺中转底炉的反应温度高(达1370℃)，实现的难度较大，生产成本也高，而且该专利没有根据废塑料低温分解不能提供有效还原剂的特点进行配料，将废塑料中的有机挥发性碳等同为煤粉中的固定碳，必然会导致球团的金属化率偏低，渣铁熔分效果较差，最终金属铁颗粒较小，需要经过进一步破碎、磁选、压块等工序才能制得高品质生铁。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题包括：城市固废处理的关键在于其所含废塑料的清洁化利用，而城市固废废塑料中绝大部分是难以破碎的薄膜类废塑料，含碳球团直接还原虽然可以实现该类废塑料的资源化利用，但是该工艺工业化实施的关键是：如何成本低、高效率、大规模地实现薄膜类废塑料原料的预处理，获得粒度和成分满足铁矿石还原要求的还原剂。此外，考虑到废塑料的分解温度为450℃左右，显著低于铁氧化物还原成金属铁的温度(约710℃)，塑料绝大部分会在还原前球团预热阶段分解析出进入气相，因此从替代焦粉或煤粉作还原剂的角度看废塑料所起的还原作用很有限，必须将废塑料与固体碳质还原剂进行合理搭配使用，即以还原剂中所含固定碳作为碳氧比配料计算的依据，保证高固定碳含量的还原剂(焦粉或煤粉)的适宜配比，将废塑料引入的碳、氢元素视作额外的添加。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种低温炭化-铁矿还原协同资源化利用城市固废中废塑料的方法，所述方法包括：从城市固废中分离出的薄膜废塑料经干燥、剪切破碎后与碳质还原剂充分混合，然后进行低温炭化处理，在炭化温度保持一定时间，炭化产物冷却后排出，经破碎机破碎，制备获得成分和粒度均匀的混合还原剂；将所述混合还原剂与含铁物料混匀后造块，制得含碳球团，运送至转底炉进行快速还原，得到金属化球团，能够在消耗废塑料的同时也降低煤粉的消耗，其中，铁元素对塑料热解(CHn＝C+n/2H2)、气化(C+CO2＝2CO)过程能够起到催化作用，废塑料热解生产的固体碳颗粒活性比焦粉或者煤粉高，且废塑料与焦粉或者煤粉混合炭化过程会得到孔隙率高的炭化产物或对固体还原剂发生加氢作用，孔隙率和芳香氢含量的提高可提高还原剂与CO2的反应性，因而本专利技术所得混合还原剂的反应性明显高于焦粉或煤粉，最终导致本专利技术中含碳球团的还原温度降低，还原速率加快，进一步降低了还原过程的能耗；塑料绝大部分会在还原前球团预热阶段(450℃左右)分解析出，通过在炉膛加装空气喷嘴可将废塑料分解挥发进入气相中的CO、H2以及碳氢化合物燃尽为反应器炉膛补热，从而代替部分燃料；所得金属化球团用于炼铁或炼钢，废塑料中的金属和非金属物质分别进入生铁(或钢水)和炉渣，不存在飞灰的二次污染和处置成本。进一步地，所述废塑料为热塑性薄膜废塑料，所述碳质还原剂为焦粉或无烟煤，煤粉中的挥发份为5～10％。进一步地，经干燥、剪切破碎后废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，其特征在于，所述方法包括：从城市固废中分离出的薄膜废塑料经干燥、剪切破碎后与碳质还原剂充分混合，然后进行低温炭化处理，在炭化温度保持一定时间，炭化产物冷却后排出，经破碎机破碎，制备获得成分和粒度均匀的混合还原剂；将所述混合还原剂与含铁物料混匀后造块，制得含碳球团，运送至转底炉进行快速还原，在较低的温度得到金属化球团，薄膜废塑料在还原过程中被分解消耗，为转底炉炉膛加热提供一定的能量。

【技术特征摘要】
1.一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，其特征在于，所述方法包括：从城市固废中分离出的薄膜废塑料经干燥、剪切破碎后与碳质还原剂充分混合，然后进行低温炭化处理，在炭化温度保持一定时间，炭化产物冷却后排出，经破碎机破碎，制备获得成分和粒度均匀的混合还原剂；将所述混合还原剂与含铁物料混匀后造块，制得含碳球团，运送至转底炉进行快速还原，在较低的温度得到金属化球团，薄膜废塑料在还原过程中被分解消耗，为转底炉炉膛加热提供一定的能量。2.根据权利要求1所述一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，其特征在于，所述废塑料为薄膜类热塑性废塑料，所述薄膜类热塑性废塑料为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙热塑性废塑料中的任意一种或任意两种及两种以上；所述碳质还原剂为焦粉或煤粉，煤粉中的挥发份为5～10%。3.根据权利要求1所述一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，其特征在于，经干燥、剪切破碎后废塑料的尺寸为10～30mm，所述碳质还原剂的粒度控制在0.2mm以下；废塑料占所述混合还原剂的质量比为5～30%。4.根据权利要求1所述一种资源化利用城市固废中废塑料以促进铁矿还原的方法，其特征在于，所述低温炭化处理的条件为：在连续可控气氛加热炭化炉中进行，炭化炉加热壁面的温度控制为400～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广，王静松，薛庆国，张诗瀚，张浩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11