一种生物质燃料及其制备方法和在铁矿烧结中的应用与流程
1.本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种生物质燃料及其制备方法和在铁矿烧结中的应用。
背景技术：
2.钢铁工业是我国碳排放重点行业，钢铁工业的碳排放量约占我国总排放量的16％左右，减碳压力巨大。据统计，2020年我国粗钢产量为 10.53亿吨，按照1吨钢产生2.5吨co2估算，2020年我国钢铁工业排放的co2总量为26.33亿吨。要实现钢铁工业绿低碳发展，必须开展低碳冶金技术创新。目前我国钢铁工业以高炉流程为主，铁矿烧结过程会排放大量co2。因此，从节能减排的角度考虑，研制新型环保燃料替代传统烧结燃料(如煤炭)，可以从源头上减少、甚至消除烧结过程的碳排放，有利于实现钢铁工业的“碳达峰、碳中和”目标。
3.生物质燃料是可再生的清洁能源，不仅来源广泛而且储量巨大。生物质在生长过程中吸收co2，在燃烧时产生的co2参与大气碳循环，因此利用生物质燃料替代传统烧结燃料，可以显著降低烧结过程的碳排放。然而生物质燃料具有疏松多孔、燃烧反应快、热值低等特性，与焦粉、无烟煤等传统烧结燃料的性能差异较大，生物质燃料替代焦粉、无烟煤用于铁矿烧结时，其良好的燃烧性会导致烧结过程的火焰前锋移动速率快于热波前锋，影响烧结料层温度并降低烧结矿的质量。因此将生物质燃料应用于铁矿烧结时，必须对其进行必要的预处理，降低其燃烧反应性。
4.钢铁工业在生产过程中会产生大量的冶金尘泥，如烧结除尘灰、焦炉除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉og泥、轧钢皮等，这些冶金尘泥中含有 fe、c、ca等元素，是非常有利用价值的二次资源。目前冶金尘泥常见的填埋处置方式不仅浪费资源，而且对环境也会造成巨大污染，如何科学高效的利用冶金尘泥是钢铁工业亟需解决的热点问题。
5.检索发现，中国专利cn108865316a提出了一种铁矿烧结的生物质燃料的制备方法，该方法将生物质粉碎后与cao粉末混合制粒，通过 cao填充包裹生物质燃料的方式，降低了生物质燃料的反应性能。中国专利cn102839280a提出了一种强化生物质能铁矿烧结的燃料选择性分布制粒方法，该方法主要将生物质燃料与其他烧结原料进行两段制粒，利用铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、烧结返矿包裹住生物质燃料，降低了生物质燃料的反应性能。中国专利cn108531720a提出了一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，该方法将生物质燃料粉碎后喷洒ca
2+
母液并压团，降低了生物质燃料的反应性能。
6.综上可知，目前大多利用矿粉等原料包裹生物质颗粒，从而实现其在铁矿石烧结方面的应用，还未发现以冶金尘泥和预处理后的生物质燃料混合制粒并用于铁矿石烧结从而降低co2排放的报道。
技术实现要素：
7.本发明的目的之一在于提供一种生物质燃料的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)在无氧气氛下加热生物质使其碳化；(b)将碳化生物质粉碎后与冶金尘泥混合均匀，造
粒得到生物质燃料。
8.进一步的，生物质在碳化窑炉中恒温碳化，碳化温度为400-700℃，碳化时间为30-60min。
9.进一步的，所述无氧气氛具体为氮气气氛，在加热碳化及自然冷却过程中持续向碳化窑炉中通入5-10l/min的氮气进行保护。
10.进一步的，所述生物质选自秸秆、木屑、果壳、锯末、油料渣滓中的至少一种。
11.进一步的，碳化生物质粉碎成粒度≤2mm的颗粒。
12.进一步的，碳化生物质颗粒、冶金尘泥的质量比为0.1-0.2:1，两者混合所使用的设备为圆筒混合机，混合时间控制在15min以内。
13.进一步的，混合物转入圆盘造球机中造粒，造粒时间控制在15min 以内，制得的生物质燃料颗粒的粒度为2-5mm。
14.进一步的，所述冶金尘泥选自烧结除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉og 泥、轧钢皮、氧化铁皮等所有冶金过程产生的尘泥。使用时需根据各冶金尘泥的化学成分，将其中一种或几种按照一定配比混合，确保混合后的冶金尘泥中tfe含量为40％-60％，这样能降低后续铁矿石冶炼成本并提高质量。
15.进一步的，制得的生物质燃料密度为1.6-1.8g/cm3，固定碳含量＞ 75％，热值＞20kj/g。
16.本发明的目的之二在于提供一种生物质燃料，包括碳化生物质颗粒以及包覆在碳化生物质颗粒表面的冶金尘泥。
17.本发明的目的之三在于提供一种上述生物质燃料在铁矿石烧结方面的应用。
18.进一步的，该应用具体方法如下：将制得的生物质燃料与焦粉混合，然后点火烧结。
19.进一步的，生物质燃料与焦粉混合时的质量比不超过1。
20.本发明重点解决了生物质用于铁矿烧结普遍存在的烧结矿产质量差以及冶金尘泥的处置利用问题。针对生物质燃料疏松多孔、比表面积大、反应过快等缺陷，本发明利用粒度细、难以制粒的冶金尘泥对其进行包裹，由此制得的生物质燃料成功应用于铁矿烧结，同时实现了冶金尘泥的高效利用。与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
21.(1)本发明采用碳化生物质和冶金尘泥混合制粒的方式，在不影响烧结矿产质量的前提下，实现了钢铁固废资源的高效循环利用，不仅降低了企业成本，而且有利于节能减排。
22.(2)本发明利用碳化生物质颗粒比表面积大的特性，将难以制粒的冶金尘泥粘附在碳化生物质颗粒表面，减少了配入冶金尘泥对烧结矿产质量的不利影响；另外在烧结过程中，生物质燃料释放的热量首先传递给粘附在表面的冶金尘泥，冶金尘泥中大量fe2o3和cao等成分在高温下形成铁酸钙液相，冶金尘泥中的其余有害成分在液相作用下均匀的分散在烧结矿中，降低了有害成分聚集对铁矿烧结质量的不利影响。
23.(3)本发明针对碳化生物质燃料比表面积大、燃烧反应快的特性，采用粒度极细的冶金尘泥对其进行包裹，通过物理隔绝的方式减少了扩散到生物质燃料内核的o2，进而降低了生物质燃料的反应性；此外碳化预处理后的生物质燃料更符合铁矿烧结的要求，在铁
矿烧结过程中不会降低烧结矿的质量。
24.(4)本发明制得的碳化生物质颗粒密度在1.6-1.8g/cm3之间，固定碳含量＞75％，热值＞20kj/g，可以部分替代焦粉用于铁矿石烧结，能够有效降低烧结过程的co2排放，有利于实现钢铁工业的碳中和。
具体实施方式
25.为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
26.首先将瓦斯灰、转炉og泥、烧结除尘灰等冶金尘泥按照40∶40∶20 的质量比混合均匀，混匀矿由铁矿粉卡粉、杨迪、国王、阿粉、超特、加粉按照16∶28∶14∶16∶10∶16的质量比混合而成，所得冶金尘泥和混匀矿的成分如下表1所示。
27.表1冶金尘泥与混匀矿的化学成分表
28.成分％tfesio2caoc水分杂质冶金尘泥50.566.413.710.613.55.24混匀矿59.854.502.30 5.8/
29.实施例1
30.选取木屑作为生物质原料，将其置于碳化窑炉中恒温碳化，碳化温度为600℃，碳化时间为35min。在木屑碳化和自然冷却过程中持续通入5l/min的氮气对其进行保护。
31.将上述过程得到的碳化生物质粉碎成粒度为1-2mm的碳化生物质颗粒。按照0.15:1的质量比将冶金尘泥与碳化生物质颗粒置于圆筒混合机中混合2.5min，所得混合物转入圆盘造球机中制粒，制粒时间为3min，制成的生物质燃料粒度为3-5mm。
32.按照0.5:1的质量比将生物质燃料与焦粉混合，所得混合物与混匀矿、熔剂混合得到烧结混合料，其中生物质燃料与焦粉组成的混合物在烧结混合料中所占的质量百分比为3.8％。
33.将烧结混合料点火烧结，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间 1.5min，点火负压8kpa，烧结负压10kpa，料层厚度700mm。
34.实施例2
35.本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：冶金尘泥与碳化生物质颗粒的质量比由0.15:1变为0.1:1。
36.实施例3
37.本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：冶金尘泥与碳化生物质颗粒的质量比由0.15:1变为0.2:1。
38.实施例4
39.本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：生物质燃料与焦粉的质量比由0.5:1变为1:1。
40.对比例1
41.将质量比为0.15:1的冶金尘泥、碳化生物质颗粒直接与焦粉、混匀矿、熔剂混合得到烧结混合料，其中冶金尘泥、碳化生物质颗粒的总质量与焦粉的质量之比为0.5:1，冶金尘泥、碳化生物质颗粒、焦粉三者的总质量在烧结混合料中所占的质量百分比为3.8％。将
烧结混合料点火烧结，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间1.5min，点火负压8kpa，烧结负压10kpa，料层厚度700mm。
42.对比例2
43.将质量比为0.1:1的冶金尘泥和碳化生物质颗粒直接与焦粉、混匀矿、熔剂混合得到烧结混合料，其中冶金尘泥、碳化生物质颗粒的总质量与焦粉的质量之比为0.5:1，冶金尘泥、碳化生物质颗粒、焦粉三者的总质量在烧结混合料中所占的质量百分比为3.8％。将烧结混合料点火烧结，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间1.5min，点火负压8kpa，烧结负压10kpa，料层厚度700mm。
44.对比例3
45.将质量比为0.2:1的冶金尘泥和碳化生物质颗粒直接与焦粉、混匀矿、熔剂混合得到烧结混合料，其中冶金尘泥、碳化生物质颗粒的总质量与焦粉的质量之比为0.5:1，冶金尘泥、碳化生物质颗粒、焦粉三者的总质量在烧结混合料中所占的质量百分比为3.8％。将烧结混合料点火烧结，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间1.5min，点火负压8kpa，烧结负压10kpa，料层厚度700mm。
46.对比例4
47.将焦粉、混匀矿、熔剂混合得到烧结混合料，其中焦粉在烧结混合料中所占的质量百分比为3.8％。将烧结混合料点火烧结，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间1.5min，点火负压8kpa，烧结负压10kpa，料层厚度700mm。
48.对各个实施例及对比例的烧结技术指标进行了分析测试，结果如表 2所示。
49.表2不同生物质燃料处理方式下的烧结技术指标对照表
[0050][0051]
由表2可知，本技术实施例1-4的烧结速度均低于对比例1-3，与此同时实施例1-4的成品率、转鼓强度、利用系数等指标均高于对比例 1-3，并且实施例1-4的这些指标参数都与对比例4中的全焦粉相近。这说明通过本发明冶金尘泥外裹碳化生物质颗粒的方式，确实能够降低生物质颗粒燃烧速度并提高其反应温度。
[0052]
从以上分析可知，在常规烧结工艺的基础上，本发明创造性的将生物质燃料与冶金尘泥结合起来，并且对二者的制粒方式进行了一些改变，由此得到的生物质燃料可以替代焦粉应用于铁矿烧结，在高效利用冶金固废的同时减少了铁矿烧结过程中的co2排放。
技术特征：
1.一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)在无氧气氛下加热生物质使其碳化；(b)将碳化生物质粉碎后与冶金尘泥混合均匀，造粒得到生物质燃料。2.如权利要求1所述方法，其特征在于：生物质在碳化窑炉中恒温碳化，碳化温度为400-700℃，碳化时间为30-60min，在加热碳化及自然冷却过程中持续向碳化窑炉中通入5-10l/min的氮气进行保护。3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述生物质选自秸秆、木屑、果壳、锯末、油料渣滓中的至少一种；所述冶金尘泥选自烧结除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉og泥、轧钢皮、氧化铁皮中的至少一种，并且冶金尘泥中的tfe含量为40％-60％。4.如权利要求1所述方法，其特征在于：碳化生物质粉碎成粒度≤2mm的颗粒。5.如权利要求1所述方法，其特征在于：碳化生物质颗粒、冶金尘泥的质量比为0.1-0.2:1，两者混合所使用的设备为圆筒混合机，混合时间控制在15min以内。6.如权利要求1所述方法，其特征在于：混合物转入圆盘造球机中造粒，造粒时间控制在15min以内，制得的生物质燃料颗粒的粒度为2-5mm。7.如权利要求1所述方法，其特征在于：制得的生物质燃料密度为1.6-1.8g/cm3，固定碳含量＞75％，热值＞20kj/g。8.一种生物质燃料，其特征在于：该生物质燃料包括碳化生物质颗粒以及包覆在碳化生物质颗粒表面的冶金尘泥，其按照权利要求1-7中的任意一种方法制备得到。9.权利要求8所述生物质燃料在铁矿石烧结方面的应用。10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，该应用具体过程如下：将制得的生物质燃料与焦粉混合后点火烧结，其中生物质燃料与焦粉混合时的质量比不超过1。
技术总结
本发明涉及一种生物质燃料及其制备方法和在铁矿烧结中的应用。首先在氮气气氛下将秸秆等生物质加热至400-700℃使其碳化，接着将碳化生物质粉碎后与TFe含量为40％-60％的冶金尘泥混合均匀，最后造粒得到生物质燃料，该生物质燃料可部分替代焦粉用于铁矿的烧结。本发明同时解决了冶金尘泥的处置利用和生物质燃烧反应性快导致的铁矿烧结矿产质量较差等问题，能够有效降低烧结过程的CO2排放，有利于实现钢铁工业的炭中和。实现钢铁工业的炭中和。
