CN101649392B - 钛精矿的造球方法和球团粘结剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛精矿的造球方法和一种球团粘结剂，该方法包括以下步骤：将钛精矿、粘结剂和碳质还原剂均匀混合，得到混合物料；将混合物料压制成生球；干燥生球，得到干燥的球团。
Description
技术领域
本发明涉及钛冶金领域，特别涉及一种钛精矿的造球方法和一种球团粘结剂。
背景技术
微细粒级钛精矿是采用新的浮选工艺制备而成的，其主要成分为TiO2、FeO、CaO、Al2O3和SiO2。冶炼钛渣用的一种微细粒级钛精矿中粒径小于0.075mm的颗粒的重量占总重量的72.9％，表1示出了该微细粒级钛精矿和一种粗粒级钛精矿的粒度分布。
表1 两种不同钛精矿的粒度分析对比表
| 粒径范围 | ≥0.150 | [0.109，0.150) | [0.075，0.109) | [0.045，0.075) | [0.038，0.045) | ＜0.038 |
| 粗粒矿(％) | 63.18 | 18.17 | 17.14 | 1.45 | 0.06 | - |
| 微细粒矿(％) | 0.9 | 2.4 | 23.8 | 44.5 | 12.8 | 15.6 |
如果细粒物料量过多，则在冶炼钛渣过程中会出现较多泡沫渣、翻料及塌料等异常工况现象，很不利于钛渣电炉冶炼顺行。另外，由于物料太细导致部分钛精矿被抽入除尘烟道而大幅降低钛回收率，因此微细粒级钛精矿必须经过预处理，方可用于钛渣冶炼。
传统上采用链篦机-回转窑球团法对钛精矿进行预处理，具体地讲，向钛精矿粉中添加粘结剂等，经圆盘造球机造球，然后使用链篦机预热干燥生球，最后使用回转窑焙烧固结。传统的造球工艺一般选用膨润土或水玻璃作为粘结剂。如果用膨润土做粘结剂，其用量一般为1.5％～3％，由于加入量较大，因此在冶炼钛渣过程中对钛渣的品位有很大影响。以冶炼TiO2含量为74％的酸溶性钛渣计算，加入1.5％的膨润土会使钛渣的TiO2含量降低2％左右，同时由于杂质元素的加入，增加了冶炼钛渣的电耗。如果用水玻璃做粘结剂，其使用量为5％～6％，水玻璃中含有大量的钠离子，而钠离子在冶炼过程中会侵蚀电炉炉墙上的耐火材料，对炉墙保护很不利。因此，传统的膨润土或水玻璃粘结剂不适用于微细粒级钛精矿的预处理。
中国专利CN1737170A公开了一种钙镁反应型铁精矿造球粘结剂，其包括MgO、Mg(NO3)2和Ca(OH)。由于粘结剂引入MgO、CaO杂质，影响钛渣产品质量，故该粘结剂不适合于预处理微细粒级钛精矿供钛渣冶炼使用。中国专利CN1854226A公开了一种用于瓦斯灰造球的粘结剂，该粘结剂包括CaO、MgO、SiO2和Al2O3等成分，该粘结剂的使用引入了过多的CaO、MgO、SiO2和Al2O3等杂质成分，用于钛渣冶炼时会增加还原剂消耗，降低钛渣品位，不适合于预处理微细粒级钛精矿供钛渣冶炼使用。
中国专利CN101161830A公开了一种矿粉造球还原焙烧工艺，该工艺是在矿粉中配加5％～7％的膨润土、3％～5％的水和0.8％～1.3％的液体聚乙烯醇后造球，生球焙烧温度为997℃～1026℃得到球团。在该方法中，生球焙烧的温度过高，球团生产成本过大。
另外，采用传统的链篦机-回转窑球团法生产的球团的抗压强度不超过500N，球团粉化率在9％以上，一般只适用于回转窑还原钛精矿和功率在10MW以下的小型电炉冶炼钛渣。然而，在功率不低于20MW的大型钛渣电炉冶炼过程中，物料运输高度差大(约20m)，并且冶炼时炉内是负压(约-20Pa)，如果粉料过多会直接进入除尘系统，降低钛收率。要满足大型钛渣电炉冶炼的工况条件，球团强度需不低于1200N，球团粉化率不超过2％，因此传统的造球方法不满足大型电炉冶炼用球团的指标要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种在冶炼钛渣过程中对钛渣的品位不具有不利影响的钛精矿的造球方法。
本发明的另一目的在于提供一种在冶炼钛渣过程中对钛渣电炉不具有侵蚀作用的钛精矿的造球方法。
本发明的又一目的在于提供一种耗能低的钛精矿的造球方法。
本发明的再一目的在于提供一种能够提高球团强度并减小球团粉化率的钛精矿的造球方法。
本发明的再一目的在于提供一种对钛渣的品位不具有不利影响、对钛渣电炉不具有侵蚀作用、干燥温度低、提高球团强度并减小球团粉化率的球团粘结剂。
根据本发明的钛精矿的造球方法包括以下步骤：将钛精矿、粘结剂和碳质还原剂均匀混合，得到混合物料；将混合物料压制成生球；干燥生球，得到干燥的球团。
钛精矿可以是微细粒级钛精矿，微细粒级钛精矿中粒径小于0.075mm的颗粒的重量可占总重量的15％以上，钛精矿的TiO2重量含量可为44％～48％。粘结剂可由液体部分和固体部分组成，液体部分包含重量比为15～25∶10～15∶100的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种、羧甲基纤维素钠、水，固体部分是淀粉，液体部分与固体部分的重量比为100∶15～30，粘结剂的重量是钛精矿重量的2％～4％。碳质还原剂可以是焦碳粉和无烟煤中的至少一种，碳质还原剂的重量是钛精矿重量的5％～20％。
将混合物料压制成生球的步骤可包括：使用压球机以15MPa～20MPa的压力将混合物料压制成粒径为20mm～60mm的球，压力保持时间为0.5秒～1秒。干燥生球的温度可以是150℃～350℃，干燥时间可以是60分钟～180分钟。可使用链篦机或转筒烘干机执行干燥生球的步骤。
根据本发明的球团粘结剂由液体部分和固体部分组成，液体部分包含重量比为15～25∶10～15∶100的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种、羧甲基纤维素钠、水，固体部分是淀粉，液体部分与固体部分的重量比为100∶15～30。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的钛精矿的造球方法进行详细描述。
首先，将钛精矿、粘结剂和碳质还原剂均匀混合，制得混合物料。然后，将混合物料压制成生球。之后，干燥生球，得到干燥的球团。
本发明的方法中使用的钛精矿可以是微细粒级钛精矿。微细粒级钛精矿的主要成分为TiO2、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等，微细粒级钛精矿中粒径小于0.075mm的颗粒的重量可占总重量的15％以上。本发明的方法中使用的钛精矿的TiO2重量含量可以在44％～48％的范围内，但本发明不限于此，可以使用任何合适的钛精矿。
可以采用新的浮选工艺由钛铁矿石制备微细粒级钛精矿，以提高钛收率，减少尾矿损失。由浮选工艺制备的微细粒级钛精矿的粒度不同于其他种类的钛精矿(例如磁选钛精矿)；此外，浮选过程中加入了多种药剂，矿的表面性质改变很大，亲水性极差，物料静态成球性指数差，只有0.25～0.30，属于弱成球性，不利于造球。然而本发明的方法中使用的微细粒级钛精矿的制备方法不限于此，例如可以对粗粒级钛精矿进行润磨来制备微细粒级钛精矿。
可以选用任何合适的粘结剂，只要在低温下焙烧生球后可得到满足钛渣冶炼要求的球团即可。优选地，本发明的方法中使用的粘结剂是由液体部分和固体部分组成的组合粘结剂，液体部分包含重量比为15～25∶10～15∶100的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种、羧甲基纤维素钠、水，固体部分是淀粉，液体部分与固体部分的重量比为100∶15～30。粘结剂的重量可以是钛精矿重量的2％～4％。
如果聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种与水的重量比小于15∶100，则会导致后续压制成的生球和干燥后的球团的抗压强度都偏低；如果该重量比大于25∶100，则会导致压制生球的过程中脱模困难。如果羧甲基纤维素钠与水的重量比小于10∶100，则会导致生球和干燥后的球团的抗压强度都偏低；如果该重量比大于15∶100，则会导致压制生球的过程中脱模困难。
淀粉在所制备的生球和干燥球团中起到骨架的作用，可以减少球团粉化率。如果淀粉与液体部分的重量比小于15∶100，则会降低成球率，也会降低球团强度；如果淀粉与液体部分的重量比大于30∶100，则会导致压制生球的过程中脱模困难，同时还会增加生产成本。
在将单独的聚丙烯酰胺、单独的聚乙烯醇或者聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的混合物溶于水用作粘结剂的情况下，所制备的生球在100℃～200℃干燥之后，有可能获得良好的球团强度，但是当干燥温度高于200℃时，随着干燥温度的升高球团强度逐渐降低。在将单独的羧甲基纤维素钠溶于水用作粘结剂的情况下，所制备的生球在200℃以下干燥后抗压强度较差，当干燥温度高于200℃时，随着干燥温度的升高羧甲基纤维素钠对球团抗压强度的提高作用逐渐加强。因此，即使在工业化生产过程中干燥温度有波动的情况下，本发明中的组合粘结剂也能够在较宽的温度波动范围内起作用。
此外，根据本发明的组合粘结剂可改变微细粒级钛精矿的表面性质，增强亲水性，使微细粒级钛精矿造粒时更易于团聚，物料静态成球性指数可提高至0.65～0.72，因此物料具有良好的成球性。也就是说，本发明中使用的粘结剂降低了造球难度，有利于工业化生产。
如果粘结剂的重量少于钛精矿重量的2％，则会导致生球和干燥球团的抗压强度都偏低。如果粘结剂的重量多于钛精矿重量的4％，则会在后续的压制生球的过程中造成脱模困难，同时加入过多的粘结剂会增加球团生产成本和冶炼电耗。
碳质还原剂可以是焦碳粉、无烟煤或其组合，碳质还原剂的重量是钛精矿重量的5％～20％。碳质还原剂在钛渣电炉冶炼过程中还原金属氧化物并提供热量。碳质还原剂与钛精矿的比例少于5％会导致钛渣品位不足，多于20％会造成钛渣过还原。但是碳质还原剂的加入对造球不利，物料静态成球性指数会降低0.05～0.1。
可以采用本领域中任何合适的设备执行压制操作。优选地，使用高压压球机以15MPa～20MPa的压力将混合物料压制成粒径为20mm～60mm的球，压力保持时间为0.5秒～1秒。如果粒径小于20mm，则钛渣冶炼过程中物料透气性不好；如果粒径大于60mm，则生球团在跌落过程中容易破裂，再者球团过大在加料过程中容易堵塞料管。如果压力大于20MPa，压制过程中会导致球团破裂；如果压力小于15MPa，则压制的生球强度不高。如果压力保持时间少于0.5秒，则导致球团强度不高；如果压力保持时间大于1秒，则球团会在压制过程中产生裂纹甚至破裂。
可以使用本领域中通用的链篦机或转筒烘干机等来干燥生球。优选地，干燥温度是150℃～350℃，干燥时间为60分钟～180分钟。如果干燥温度低于150℃或干燥时间少于60分钟会导致球团干燥不彻底，如果干燥温度高于350℃或干燥时间多于180分钟会造成能源浪费。本发明的粘结剂由于含有羧甲基纤维素钠以及聚丙烯酰胺和/或聚乙烯醇而有利于低温干燥，同时高压压球赋予生球本身一定的强度，因此干燥生球所用的温度低，与现有技术的高温焙烧相比大大节省了能源。
在干燥的过程中，本发明所使用的上述组合粘结剂发生炭化，从而可以直接用作冶炼钛渣用的还原剂。虽然干燥之后的球团中也含有钠元素，但是这部分钠元素的量非常小，只有约0.02％，在钛渣冶炼过程中对电炉炉墙上的耐火材料的侵蚀可以忽略不计。
另外，本发明的组合粘结剂的使用使生球强度和干燥球团的强度相对于传统技术(例如，使用膨润土、水玻璃、聚乙烯醇或其组合等作为粘结剂)都有明显的提高。例如，在150℃～350℃干燥60分钟～180分钟之后，球团抗压强度大于1500N，3m高度下落至平整水泥地板的抗碎次数为5～12次，产生粉料比例为1％～2％。
本发明的组合粘结剂的使用改进了低温焙烧球团的制备工艺，解决了对利用传统粘结剂(例如，膨润土、水玻璃、聚乙烯醇或其组合等)制备的生球进行低温焙烧后，球团强度低、粉化率高以及炉墙侵蚀的问题。
将采用本发明的方法制造的钛精矿球团应用于大型钛渣电炉，由于球团之间存在较大间隙，因此可改善钛渣冶炼过程中物料透气性，不发生翻渣及塌料的不利情况，同时粉尘量降低。例如，TiO2收率从92％提高到96％～97％；冶炼电耗指标下降明显，由2300kWh/t·渣降低至2100kWh/t·渣～2200kWh/t渣。
实施例1：
在粒度分布如表1所示且TiO2含量为46.44％的20kg微细粒级钛精矿中配加600g液体粘结剂(由重量比为15∶10∶100的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠和水组成)、100g淀粉、1kg无烟煤，在轮碾式混合机中混合20分钟；然后将该混合物料在430型高压矿粉压球机上连续压球，压球机压力为20MPa，压力保持时间为1秒，得到粒径为20mm～60mm的生球；将生球送入由电炉烟气提供热源的GZΦ2200×12000型转筒烘干机中干燥，干燥温度为200℃，干燥时间为120分钟，得到干燥的球团。该球团的抗压强度为1750N，3m高度下落至平整水泥地板的抗碎次数为12次(产生1.2％的粉料)。该球团完全可以满足大型钛渣电炉的冶炼要求。
实施例2：
在粒度分布如表1所示且TiO2含量为46.44％的20kg微细粒级钛精矿中配加400g液体粘结剂(由重量比为20∶12∶100的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠和水组成)、100g淀粉、1kg无烟煤，在轮碾式混合机中混合20分钟；然后将该混合物料在430型高压矿粉压球机上连续压球，压球机压力为18MPa，压力保持时间为0.8秒，得到粒径为20mm～60mm的生球；将生球送入由电炉烟气提供热源的GZΦ2200×12000型转筒烘干机中干燥，干燥温度为250℃，干燥时间为160分钟，得到干燥的球团。该球团的抗压强度为1650N，3m高度下落至平整水泥地板的抗碎次数为10次(产生1.0％的粉料)。该球团完全可以满足大型钛渣电炉的冶炼要求。
实施例3：
在粒度分布如表1所示且TiO2含量为46.44％的20kg微细粒级钛精矿中配加350g液体粘结剂(由重量比为15∶15∶100的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠和水组成)、75g淀粉、1kg无烟煤，在轮碾式混合机中混合20分钟；然后将该混合物料在430型高压矿粉压球机上连续压球，压球机压力为15MPa，压力保持时间为0.5秒，得到粒径为20mm～60mm的生球；将生球送入由电炉烟气提供热源的GZΦ2200×12000型转筒烘干机中干燥，干燥温度为300℃，干燥时间为180分钟，得到干燥的球团。该球团的抗压强度为1550N，3m高度下落至平整水泥地板的抗碎次数为6次(产生1.6％的粉料)。该球团完全可以满足大型钛渣电炉的冶炼要求。
Claims (9)
1.一种钛精矿的造球方法，所述方法包括以下步骤：
将钛精矿、粘结剂和碳质还原剂均匀混合，得到混合物料；
将混合物料压制成生球；
干燥生球，得到干燥的球团，
其中，所述粘结剂由液体部分和固体部分组成，液体部分包含重量比为15～25∶10～15∶100的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种、羧甲基纤维素钠、水，固体部分是淀粉，液体部分与固体部分的重量比为100∶15～30。
2.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于所述钛精矿是微细粒级钛精矿，微细粒级钛精矿中粒径小于0.075mm的颗粒的重量占总重量的15％以上。
3.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于所述钛精矿的TiO2重量含量为44％～48％。
4.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于所述粘结剂的重量是钛精矿重量的2％～4％。
5.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于碳质还原剂是焦碳粉和无烟煤中的至少一种，碳质还原剂的重量是钛精矿重量的5％～20％。
6.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于将混合物料压制成生球的步骤包括：使用压球机以15MPa～20MPa的压力将混合物料压制成粒径为20mm～60mm的球，压力保持时间为0.5秒～1秒。
7.根据权利要求1所述的造球方法，其特征在于在150℃～350℃的温度下干燥生球，干燥时间是60分钟～180分钟。
8.根据权利要求7所述的造球方法，其特征在于使用链篦机或转筒烘干机执行干燥生球的步骤。
9.一种球团粘结剂，其特征在于所述球团粘结剂由液体部分和固体部分组成，液体部分包含重量比为15～25∶10～15∶100的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或两种、羧甲基纤维素钠、水，固体部分是淀粉，液体部分与固体部分的重量比为100∶15～30。
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