CN101423892B

CN101423892B - 应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团矿的方法

Info

Publication number: CN101423892B
Application number: CN2008101438111A
Authority: CN
Inventors: 范晓慧; 姜涛; 李光辉; 甘敏; 陈许玲; 袁礼顺; 白国华; 赵改革; 王祎
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: CN101423892A

Abstract

本发明公开了一种应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团矿的方法。本发明针对不同类型的铁精矿引入了两种类型的有机粘结剂载体：含铁原料以及石灰石、白云石，两种类型的载体都具有预分散功能和不带入酸性脉石的特性，而且还可强化球团矿强度。将有机粘结剂添加到载体中进行搅拌、混匀，制备成有机粘结剂质量分数为2～10％的载体型有机粘结剂。往铁精矿中加入1.0～2.5％的载体型有机粘结剂，可以完全取代膨润土。本发明克服了膨润土加入球团后带入酸性脉石的缺点，同时，突破了在现有技术条件下有机粘结剂不能完全替代膨润土的局限。

Description

应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团矿的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种利用有机粘结剂完全替代膨润土，与铁精矿混合制备氧化球团矿的方法。

背景技术

铁矿氧化球团矿具有粒度均匀、冷态强度高、铁品位高、还原性好等优点，是一种优质的高炉炉料，近年来氧化球团在我国发展迅速，年产能已达1亿吨以上。铁精矿造球需要添加粘结剂，使球团具有一定的强度，满足其在运转、干燥、焙烧等过程中保持完整而不致破碎，并符合高炉冶炼的要求。我国球团生产普遍采用膨润土作为粘结剂，与国外相比用量偏高，大多在2.0％～3.0％的范围内。膨润土为硅铝酸盐粘土矿物，SiO₂、Al₂O₃含量高达70％～95％。生产经验表明，每加入1％的膨润土，会带入0.6％～0.7％的SiO₂，使铁品位降低0.6％左右。铁品位的降低和脉石含量的增加对高炉冶炼是不利的，铁品位每下降1％，焦比上升2％，高炉产量下降3％；SiO₂每升高1％，吨铁渣量增加30kg。因此提高球团矿铁品位，降低SiO₂含量，对高炉实现高产、低耗意义重大。如果能够使用一种不会给球团带来杂质的粘结剂替代膨润土制备球团，将是一种很好的生产优质球团矿的方法。

有机粘结剂为天然高分子化合物或人工合成的高分子聚合物，具有很好的亲水性，溶于水使得溶液有很高的粘度，是一种比较理想的替代膨润土的球团粘结剂。其优点有：(1)用量小，根据铁精矿和粘结剂种类不同，其用量在0.04％～0.15％的范围内；(2)有机物在球团制备过程中分解或燃烧，不会降低球团矿的铁品位；(3)分解后形成微气孔，能提高球团矿的还原性；(4)相比膨润土球团，酸性脉石含量低，还原时开始软化温度高，有利于高炉焦比的降低。但目前应用有机粘结剂制备氧化球团，还存在以下问题：(1)由于有机粘结剂的高亲水性和高粘结性，当其添加到含水铁精矿中时，粘结剂遇水就很容易成团，外层吸水后形成粘性、韧性很好的粘膜，即使用强力混合机也难以将粘结在一起的粘结剂分散开来，导致其在铁精矿中难以分散均匀，造球过程中容易成大球，而且生球的质量不均匀，使得生球合格率低，给造球工艺带来极大的困难；(2)由于有机粘结剂用量小，添加过程中的波动对生产过程影响很大；(3)由于有机粘结剂在干燥预热过程中分解或燃烧形成微气孔，对于部分精矿，使得其成品球强度相比采用膨润土制备的球团有较大程度的降低。上述的困难限制了有机粘结剂在我国氧化球团生产中的应用，目前的工业试验也只限于应用有机粘结剂取代部分膨润土。因此，需要开发一种应用有机粘结剂完全取代膨润土的技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团矿的方法，以克服采用传统的膨润土生产氧化球团矿所具有的缺点。

本发明的技术解决方案如下：

一种应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)载体的准备：选用铁精矿、含铁废料石灰石或白云石的任一种或多种的混合物作为有机粘结剂的载体，控制该载体的粒度为小于0.074mm。

2)载体型有机粘结剂的制备：将有机粘结剂加入载体中混合均匀，有机粘结剂与载体质量比例为1/50～1/10，获得载体型有机粘结剂；

3)球团矿的制备：将铁精矿烘干至含水量为6～8％(重量)，往铁精矿中加入占铁精矿重量为1％～2.5％的所述载体型有机粘结剂，将铁精矿和载体型有机粘结剂混匀，并将混合料经过润磨或高压辊磨的机械作用，然后将混合料送至造球盘制得直径为10～16mm的生球；再焙烧得到成品氧化球团。

将步骤1)中的铁精矿、除硫酸渣外的含铁废料进行如下处理：通过有机酸与铁氧化物反应，加热后生成多孔性质的物料。

所述的处理过程具体为：往铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料中加入浓度为20～25％的柠檬酸溶液、用量为占铁精矿或除硫酸渣外的含铁废质量的10～15％，然后将铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料堆积，待其反应生成柠檬酸铁后，加热柠檬酸铁并粉碎得到多孔物料。

对于固结性能好的铁精矿，载体选择为铁精矿或含铁废料；对于固结性能较差的铁精矿，载体选择为石灰石或白云石。(对于固结性较好和较差，解释如下：铁精矿在不配入粘结剂的情况下，如果能在1250℃左右温度下焙烧得到抗压强度大于2000N/个的球团，则定义为该铁精矿固结性能较好，否则，定义为固结性能较差。下同。)

所述的步骤3)中的焙烧采用竖炉、带式机或链篦机—回转窑工艺。

采用链篦机—回转窑球团生产工艺，其工艺条件为：料层厚度为200～250mm，鼓风干燥、抽风干燥、一段预热、二段预热的温度分别为200～300℃、300～450℃、500～650℃、900～1050℃，回转窑最高焙烧温度为1250～1300℃，在回转窑中停留30～45min。

发明思路

如果能找到一种物质作为载体，来承载有机粘结剂，将有机粘结剂预先分散到载体中，制备成载体型有机粘结剂，这样应用载体型有机粘结剂进行铁精矿造球时，粘结剂的总添加量扩大了，但实际有效的有机粘结剂用量并没有改变，能解决因为有机粘结剂的高亲水性、高粘结性以及用量小带来的问题。

所以载体应满足以下要求：

(1)不会给球团带来酸性脉石或其他有害的杂质；

(2)密度应和有机粘结剂的密度相近，以保证有机粘结剂在载体中不会偏析；

(3)不损害球团矿的冶金性能；

(4)不会影响球团工艺的生产；

(5)来源广泛，价格便宜；

(6)对于固结性能差的铁精矿，载体还应起到改善成品球强度的作用。

载体的开发和选择是本发明的关键。选择含铁原料作载体，不但能够就地取材，而且也不会影响球团矿的质量和性能；但需要解决的问题是，铁精矿密度较大，需要进行处理以降低其密度。作为载体的含铁原料可以包括铁精矿、价格便宜的除尘灰、污泥、氧化铁皮等，它们作为载体均需要降低密度；而硫酸渣也是一种含铁很高的废料，密度为1.1～1.2g/cm³，与有机粘结剂1.1～1.4g/cm³的接近，载体型粘结剂添加量不高，不会影响球团矿的硫含量。含铁原料作为载体能够解决因有机粘结剂用量小、粘度高、亲水性高带来困难，但不能解决改善固结性能一般的铁精矿的成品球的强度的问题。经大量试验筛选，选择石灰石、白云石作为载体能满足上述所有的要求。石灰石、白云石分解后为碱性氧化物，是高炉造渣所需要加入的物质，不会降低球团矿的有效铁品位。而且石灰石的密度为1.2～1.5g/cm³，白云石的密度为1.1～1.4g/cm³，与有机粘结剂的接近。

有益效果：

(1)载体的选择为铁精矿、含铁废料、硫酸渣、石灰石、白云石，前三者为高炉炼铁的含铁原料，第二、三种还有效地利用了废物资源。第四、五种载体也为高炉冶炼所需的物质，不会降低球团的有效铁品位，并且集预分散、改善成品球强度的功能于一体，但会略微提高球团矿的碱度，碱度提高到0.08～0.2。可以根据原料的特点、载体的来源，灵活选择载体。

(2)将0.04％～0.15％有机粘结剂扩大到添加量为1.0％～2.5％的载体粘结剂，添加量的扩大可以降低有机粘结剂配料时的波动。同时，有机粘结剂分布在载体中，被载体颗粒隔离开来，所以载体粘结剂加入到铁精矿中遇水不会成团。

(3)相比膨润土球团，完全用有机粘结剂制备的球团矿SiO₂含量下降1.2％～2.0％，有效铁品位增加1.2％～1.8％，还原度提高5.1～10.0％，开始软化温度提高22.6～46.2℃。

(4)相比现有技术制备的有机粘结剂球团，由于采取了预分散的技术，有机粘结剂用量下降0.02％～0.04％，成球率增加10～25％，成球粒度和生球质量更为均匀。对于固结性能一般的铁精矿，采用石灰石或白云石作载体，焙烧球强度从1500N/个左右提高到2800N/个以上。

附图说明

图1为完全应用有机粘结剂制备球团的工艺流程图。

具体实施方式

下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围：

具体操作方法

(1)载体的准备

载体为铁精矿或含铁废料(除硫酸渣)时，首先需要降低其密度。方法是通过有机酸与铁氧化物反应，加热后生成多孔性质的物料。具体操作是往铁精矿或含铁废料中加入浓度为20～25％的柠檬酸溶液、用量为10～15％，然后将铁精矿或含铁废料堆积，待其反应生成柠檬酸铁后，加热柠檬酸铁并粉碎得到多孔物料，其密度接近有机粘结剂的密度。获得的载体粒度粉碎到-0.074mm(即小于0.074mm)。

载体为硫酸渣、石灰石、白云石时，将其干燥并粉碎到粒度-0.074mm。

(2)载体型有机粘结剂的制备

将有机粘结剂加入载体中，有机粘结剂/载体比例为1/50～1/10(视有机粘结剂的用量和载体粘结剂的添加量而定)，将有机粘结剂和载体在搅拌的作用下混匀，制备成有机粘结剂质量分数为2～10％的载体型有机粘结剂。

(3)球团矿的制备

将铁精矿烘干至水分为6～8％，往铁精矿中加入1％～2.5％的载体型有机粘结剂，将铁精矿和粘结剂混匀，并将混合料经过润磨或高压辊磨的机械作用，然后将混合料送至造球盘制得直径为10～16mm的生球。焙烧可采用竖炉、带式机或链篦机—回转窑工艺。具体流程见附图1。以我国普遍采用的链篦机—回转窑球团生产工艺为例，其工艺条件为：料层厚度为200～250mm，鼓风干燥、抽风干燥、一段预热、二段预热的温度分别为200～300℃、300～450℃、500～650℃、900～1050℃，回转窑最高焙烧温度为1250～1300℃，在回转窑中停留30～45min。即生产成品球团矿。

实验用铁精矿铁品位为62～67％，粒度-0.074mm占60～95％(重量)。

实验用有机粘结剂可以为经改良的天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物，例如佩利多(Peridur)、汽巴(Chiba)、SHN等。

实施例1：采用固结性能优良的铁精矿，有机粘结剂与载体铁精矿的重量比例为6:94，添加1.0％(重量)的载体型粘结剂(可计算得到有机粘结剂用量为6/100×1.0％＝0.06％)替代2％的膨润土，采用高压辊磨工艺，辊磨前混合料水分为6.5％(重量)，预热温度980℃，焙烧温度1250℃。球团指标为：生球落下强度为5.5次/(0.5m·个)、抗压强度12.6N/个、爆裂温度大于600℃，预热球强度483N/个，成品球强度2563N/个。相比膨润土作粘结剂的球团矿，铁品位增加1.2％，SiO₂含量(重量)下降1.3％。

实施例2：采用固结性能优良的铁精矿，有机粘结剂与载体硫酸渣的重量比例为6:94，添加1.0％(重量)的载体粘结剂(有机粘结剂用量0.06％)替代2.5％的膨润土，采用润磨工艺，润磨前混合料水分为6.5％(重量)，预热温度980℃，焙烧温度1250℃。球团指标为：生球落下强度为6.0次/(0.5m·个)、抗压强度12.7N/个、爆裂温度大于600℃，预热球强度497N/个，成品球强度2675N/个。相比膨润土作粘结剂的球团矿，铁品位增加1.5％，SiO₂含量下降1.9％(重量)。

实施例3：采用固结性能一般的铁精矿，有机粘结剂与载体石灰石的重量比例为8:92，添加1.0％的载体粘结剂(有机粘结剂用量0.08％)替代2％的膨润土，采用高压辊磨工艺，辊磨前混合料水分为6.5％(重量)，预热温度980℃，焙烧温度1250℃。球团指标为：生球落下强度为5.1次/(0.5m·个)、抗压强度11.3N/个、爆裂温度大于600℃，预热球强度475N/个，成品球强度由现有技术的1477N/个提高到2899N/个。相比膨润土作粘结剂的球团矿，有效铁品位增加1.2％，SiO₂含量下降1.1％(重量)。

实施例4：采用固结性能一般的铁精矿，有机粘结剂与载体白云石的重量比例为4:96，添加2.0％载体粘结剂(有机粘结剂用量0.08％)替代2.0％的膨润土，采用高压辊磨工艺，辊磨前混合料水分为6.5％，预热温度980℃，焙烧温度1250℃。球团指标为：生球落下强度为5.8次/(0.5m·个)、抗压强度12.6N/个、爆裂温度大于600℃，预热球强度463N/个，成品球强度由现有技术的1477N/个提高2936N/个。相比膨润土作粘结剂的球团矿，有效铁品位增加1.2％，SiO₂含量下降1.2％。(本实施例中的含量或比例均为重量比例或重量百分数。)

实施例5：采用固结性能一般的铁精矿，载体为石灰石与白云石重量各占50％的混合物，有机粘结剂与载体的重量比例为4:96，添加2.0％载体重量的粘结剂(有机粘结剂用量0.08％)替代2.0％的膨润土，采用润磨工艺，润磨前混合料水分为6.5％，预热温度980℃，焙烧温度1250℃。球团指标为：生球落下强度为5.2次/(0.5m·个)、抗压强度11.9N/个、爆裂温度大于600℃，预热球强度456N/个，成品球强度由现有技术的1477N/个提高3071N/个。相比膨润土作粘结剂的球团矿，有效铁品位增加1.2％，SiO₂含量下降1.2％。(本实施例中的含量或比例均为重量比例或重量百分数。)

Claims

1.一种应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)载体的准备：选用铁精矿、含铁废料、石灰石或白云石的任一种或多种的混合物作为有机粘结剂的载体，控制该载体的粒度为小于0.074mm；

3)球团矿的制备：将铁精矿烘干至含水量为6～8％，所述的6～8％为重量百分比，往铁精矿中加入占铁精矿重量为1％～2.5％的所述载体型有机粘结剂，将铁精矿和载体型有机粘结剂混匀，并将混合料经过润磨或高压辊磨的机械作用，然后将混合料送至造球盘制得直径为10～16mm的生球；再焙烧得到成品氧化球团矿。

2.根据权利要求1所述的应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，将步骤1)中的铁精矿、除硫酸渣外的含铁废料进行如下处理：通过有机酸与铁氧化物反应，加热后生成多孔性质的物料。

3.根据权利要求2所述的应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，所述的处理过程具体为：往铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料中加入浓度为20～25％的柠檬酸溶液、用量为占铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料质量的10～15％，然后将铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料堆积，待其反应生成柠檬酸铁后，加热柠檬酸铁并粉碎得到多孔物料。

4.根据权利要求1所述的应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，对于固结性能好的铁精矿，载体选择为铁精矿或除硫酸渣外的含铁废料或硫酸渣；对于固结性能较差的铁精矿，载体选择为石灰石或白云石。

5.根据权利要求1～4任一项所述的应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，所述的步骤3)中的焙烧采用竖炉、带式机或链篦机-回转窑工艺。

6.根据权利要求5所述的应用有机粘结剂完全替代膨润土生产氧化球团的方法，其特征在于，采用链篦机-回转窑球团生产工艺，其工艺条件为：料层厚度为200～250mm，鼓风干燥、抽风干燥、一段预热、二段预热的温度分别为200～300℃、300～450℃、500～650℃、900～1050℃，回转窑最高焙烧温度为1250～1300℃，在回转窑中停留30～45min。