CN101899566B

CN101899566B - 冷固结球团用高分子粘结剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101899566B
Application number: CN2009100521703A
Authority: CN
Inventors: 李咸伟; 许海川; 周渝生; 洪益成; 林金嘉
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: CN101899566A

Abstract

本发明涉及铁矿粉、含铁粉尘及污泥的冷固结成型技术。一种冷固结球团用高分子粘结剂，包括丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的混合物，将混合物加入2～8倍的水进行溶解；以混合溶液为基准，加入6～18％混合溶液量的增粘剂、0～3％混合溶液量的增稠剂和0～3％混合溶液量的调整剂；在常温或不高于80℃条件下，经过2～6小时的反应和聚合，生成一种高分子有机粘结剂乳液。本发明的粘结剂无味、无腐蚀性、无污染，有良好的粘结性能；粘结剂制备方法简单，成本低。使用本发明的粘结剂制成的含碳冷固球团具有良好的机械强度和冶金性能，可满足直接还原、高炉炼铁、非高炉炼铁等冶炼工艺的要求，具有强度高、成本低、还原时间短，还原后的球团金属化率高等优点。

Description

冷固结球团用高分子粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁矿粉、含铁粉尘及污泥的预处理技术领域，尤其涉及铁矿粉、含铁粉尘及污泥冷固结成型技术。

背景技术

冷固结成型是冶金原料预处理领域的造块方法之一，它是含铁粉料添加适当的粘结剂，经过混匀后，在一定压力下，使混匀料受压成为一定形状、尺寸、密度和强度的块状物料，再经过相应的低温干燥(＜300℃)固结，使之成为具有较高强度的团块。该团块可以用作高炉冶炼的原料和转炉冶炼的冷却剂，也可以用作直接还原和熔融还原的原料使用。该团块中配入煤粉可成为含碳球团，利用含碳球团的良好还原性的优势，可在转底炉直接还原中作为原料使用。和高温造块工艺如烧结、氧化球团相比，冷固球团(团块)生产的优点是工艺设备简单、能耗少、无环境污染、成本低、冶炼性能好。但这种球团也存在很大的不足，主要是球团的强度低，耐磨性差，单球的抗压强度仅为1000N左右，无论是用于高炉冶炼还是用于直接还原和熔融还原的球团，其强度要远远低于烧结矿和氧化球团矿。

目前冷固结成型主要采用的粘结剂分为无机粘结剂和有机粘结剂，无机粘结剂有硅酸盐水泥、高铝水泥、石灰、硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、氯化镁、氯化钙、氧化镁、硅藻土和膨润土等，有机粘结剂有蜡、糖浆、沥青、高粘重油、各种胶、淀粉和纤维素一酶等。

从冷固结成型工艺的实际应用来看，瑞典的钢铁厂由于没有烧结工艺，所产生的含铁尘泥无法用作烧结原料，所以建有15万吨/a的冷固结生产线，所生产的冷固球团用作高炉原料，采用的粘结剂为水泥，为了达到高炉所要求的球团强度，水泥的添加量达到10％以上，大大降低了含铁原料的铁品位，同时增加了高炉冶炼的能耗和渣量。

日本和美国等国家为了处理钢厂的含锌粉尘，采用转底炉直接还原工艺回收金属锌，该工艺采用的原料为含锌粉尘、煤粉、废糖浆(粘结剂)经冷固结工艺生产的球团，目前该工艺年处理粉尘量在10～30万吨。

中国国内冷固结球团只有小规模的生产，由于强度不高，其产品仅用作小高炉的原料和转炉冶炼的冷却剂，主要原因在于没有合适的粘结剂。如专利申请号91103496.X的发明专利公开了“散状粉料的冷固结造块工艺”，该专利的主要技术特征是开发了一种以水玻璃或水玻璃中添加一定量的添加剂改性而成的粘结剂，该专利的主要问题是水玻璃作为粘结剂成本很高，还增加了产品中的碱金属含量，生产操作复杂，对铁原料要求高。专利申请号85103346公开了一种“高分子固结球团直接还原法”，该专利提供了一种生产球团的腐植酸盐粘结剂的生产方法，该方法以简单的成本和工艺生产冷固结成型的粘结剂，但由该粘结剂生产的冷固球团强度不高，难于达到生产的要求。专利申请号200610031958.2公开了“一种冷固球团快速固结用粘结剂”，该专利公开了一种粘结剂配方，但该粘结剂使用过程中需要在原料中加入已经还原的金属铁，这直接增加了生产成本，并且将金属铁先氧化再还原的过程不符合冶炼的规律。

目前环形转底炉法生产海绵铁工艺在国内备受关注，它是在高温下敞焰加热内配碳球团，实现快速还原，其突出的优点是用煤作还原剂符合国内能源的特点。转底炉法的主要工艺过程为：铁精矿、煤粉以及粘结剂混合后压块并干燥，装料入炉，随着炉底的旋转，炉料依次经过预热、还原区、中性区，反应完毕后卸入砌有耐火材料的热运输罐内或快速冷却。所述的粘结剂通常采用有机物如废糖浆，高温挥发不增加灰份，不降低原料铁品位。在转底炉还原过程中，含碳球团处于静料层中，可以充分发挥含碳球团自还原速度快的优点，不会发生类似回转窑经常发生的结圈事故，并可脱除Zn、Pb等有害元素。国外主要用转底炉来处理含Zn、Pb的钢厂粉尘，而国内除了这一功能外，还将转底炉用作特殊矿如钒钛磁铁矿砂的综合处理上。

但转底炉工艺中所用的粘结剂主要为废糖浆，由于废糖浆在国内的成本高，生产具有周期性而且难于储存，极大地影响转底炉工业装置的正常生产，同时由于用废糖浆压制的球团强度不高，粉化严重，已成为该工艺在国内发展的限制性环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷固结球团用高分子粘结剂及其制备方法，该粘结剂无味、无腐蚀性、无污染，有良好的粘结性能；粘结剂制备方法简单，成本低。

本发明是这样实现的：一种冷固结球团用高分子粘结剂，包括将丙烯酰胺和聚丙烯酰胺组成混合物，其中聚丙烯酰胺在混合物中所占的比例为1/3～1/10，将混合物加入2～8倍的水进行溶解；以混合溶液为基准，按质量百分比计，加入6～18％混合溶液量的增粘剂、0～3％混合溶液量的增稠剂和0～3％混合溶液量的调整剂。

所述丙烯酰胺或聚丙烯酰胺的有效成分不低于99％。

所述增粘剂的化学组分按质量百分比计为：氯化镁35～50％，氯化钙20～28％，氯化铁15～25％，氯化钠6～10％，氯化铵4～8％。

所述增稠剂为过硫酸类物质、过氧化氢、氟硅酸钠、甲基丙烯酸或丙烯酸的二种或二种以上混合物。

所述过硫酸类物质，包括过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。

所述调整剂为碳酸钙、Ca(OH)₂、CaO中的一种或一种以上混合物。

一种冷固结球团用高分子粘结剂的制备方法，将丙烯酰胺和聚丙烯酰胺组成混合物，通过加入水进行溶解，并加入增粘剂、增稠剂、调整剂中的一种或几种，在常温或不高于80℃条件下，经过2～6小时的反应和聚合，生成一种高分子有机粘结剂乳液。

本发明的高分子粘结剂乳液为无色透明的液体，无味、无腐蚀、无污染，不含任何的有害物质，易溶于水，具有良好的粘结性能，可直接与铁矿粉混合而且易于混合。该高分子粘结剂乳液的生产方法中，可允许在常温或不高于80℃下生产，大大降低了生产成本，也降低了粘结剂的价格。

本发明的高分子粘结剂采用丙烯酰胺和聚丙烯酰胺组成混合物，利用高分子物质的较高粘结性能，通过加入增粘剂使高分子物质在脱水干燥后的固结强度增加了，通过加入增稠剂进一步引发这些高分子物质的分子聚合，使其分子量增加，粘结力增加。用本发明的高分子粘结剂乳液制成的铁矿粉球团能明显提高球团抗压强度与落下强度，降低球团粉化率，制成的铁矿粉球团具有强度高、成本低、不降低铁品位的优点。和常规的废糖浆作粘结剂相比，使用本发明的粘结剂制成的含碳冷固球团具有良好的机械强度和冶金性能，可满足直接还原、高炉炼铁、非高炉炼铁等冶炼工艺的要求，具有强度高、成本低、还原时间短，还原后的球团金属化率高等优点；可实现各种含铁粉尘及污泥的综合回收利用。

具体实施方式

实施例一

首先按下列组成按质量百分比配置增粘剂：氯化镁38％，氯化钙26％，氯化铁23％，氯化钠7％，氯化铵6％。

将纯度为99％的丙烯酰胺75kg和聚丙烯酰胺25kg加入反应釜中，加300kg水，搅拌下升温至60℃，缓缓加入上述已配置好的增粘剂60kg后，再加入增稠剂，增稠剂由过硫酸铵1kg和丙烯酸1kg组成，反应4小时，得到高分子粘结剂的乳液。该乳液的配比如下：

表1

项目	水	高分子	增粘剂	增稠剂	调整剂
						重量，kg	300	100	60	2	0
占混合溶液比例，％			15	0.5
						总比例，％	65.0	21.6	13.0	0.4	0

将含铁量大于62％、-200目大于80％的铁精粉100kg，配入上述粘结剂6kg，搅拌均匀，将搅拌均匀的混合物在20MPa的对辊压球机上压制成直径30×20×15mm的椭球状，经测定其平均抗压强度大于1850N。

实施例二

首先按下列组成配置增粘剂：氯化镁46％，氯化钙20％，氯化铁16％，氯化钠10％，氯化铵8％。

将纯度为99％的丙烯酰胺90kg和聚丙烯酰胺10kg加入反应釜中，加400kg水，搅拌下升温至80℃，缓缓加入上述已配置好的增粘剂80kg后，再加入增稠剂，增稠剂由过氧化氢1kg和丙烯酸0.5kg组成，反应3小时，得到高分子粘结剂的乳液。该乳液的配比如下：

表2

项目	水	高分子	增粘剂	增稠剂	调整剂
						重量，kg	400	100	80	1.5	0
占混合溶液比例，％			16	0.3
						比例，％	68.8	17.2	13.7	0.3	0

将高炉尘泥(含铁30％，含碳35％)70kg、炼钢污泥(含铁48％)60kg和轧钢铁皮(含铁大于75％)70kg混合均匀，再配入粒度小于80目，固定碳含量大于80％的煤粉50kg，混合均匀，组成全铁大于50％，碳含量大于20％(可以满足铁氧化物还原的需要)的混合物。将该混合物平均分成两份，分别配入上述粘结剂7.0kg和废糖浆7.0kg，作为比较将上述混合物在20MPa的对辊压球机上压制成直径30×20×15mm的椭球状含碳球团，测定其平均抗压强度和平均落下强度。

将压制的上述两种球团模拟转底炉的还原条件，在1350℃温度、微惰性气氛保护下自还原25min，冷却取出后测定其金属铁和全铁含量得到金属化率，所得结果如表3所示。从结果来看，用高分子粘结剂制作的球团无论是球团强度还是经转底炉还原后的球团金属化率都要好于常规的用糖浆制作的球团。

表3

粘结剂	抗压强度，N	落下强度，N/m	金属化率，％
				高分子	1350	8.7	91.4
废糖浆(比较例)	1165	6.5	86.1

实施例三

首先按下列组成配置增粘剂：氯化镁43％，氯化钙21％，氯化铁19％，氯化钠10％，氯化铵7％。

将纯度为99％的丙烯酰胺85kg和聚丙烯酰胺15kg加入反应釜中，加400kg水，搅拌下加入调整剂，调整剂由碳酸钙0.5kg和氧化钙1kg组成，常温(60℃)下缓缓加入上述已配置好的增粘剂55kg后，再加入增稠剂，增稠剂由过硫酸钠1kg、氟硅酸钠0.5kg和甲基丙烯酸0.5kg组成，反应4小时，得到高分子粘结剂的乳液。该乳液的配比如下：

表4

项目	水	高分子	增粘剂	增稠剂	调整剂
						重量，kg	400	100	55	2	1.5
占混合溶液比例，％			11	0.4	0.3
						比例，％	71.6	17.9	9.8	0.4	0.3

将钒钛磁铁矿砂(TFe55％，TiO₂ 12％，V₂O₅ 0.6％，-80目占80％)200kg，混入固定碳含量大于75％的煤粉55kg，混合均匀，组成全铁大于45％，碳含量大于20％(可以满足铁氧化物还原的需要)的混合物。将该混合物平均分成两份，分别配入上述粘结剂8.0kg和废糖浆8.0kg，作为比较将上述混合物在20MPa的对辊压球机上压制成直径30×20×15mm的椭球状含碳球团，测定其平均抗压强度和平均落下强度。

将压制的上述两种球团模拟转底炉的还原条件，在1350℃温度、微惰性气氛保护下自还原25min，冷却取出后测定其金属铁和全铁含量得到金属化率，所得结果如表5所示。从结果来看，用高分子粘结剂制作的球团无论是球团强度还是经转底炉还原后的球团金属化率都要好于常规的用糖浆制作的球团。

表5

粘结剂	抗压强度，N	落下强度，N/m	金属化率，％
				高分子	2575	16.8	95.2
废糖浆(比较例)	1885	11.2	89.7

Claims

1.一种冷固结球团用高分子粘结剂，其特征是：所述高分子粘结剂包括，将丙烯酰胺和聚丙烯酰胺组成混合物，其中聚丙烯酰胺在混合物中所占的比例为1/3～1/10，将混合物加入2～8倍的水进行溶解；以混合溶液为基准，按质量百分比计，加入6～18％混合溶液量的增粘剂、0～3％混合溶液量的增稠剂和0～3％混合溶液量的调整剂；

所述增粘剂的化学组分按质量百分比计为：氯化镁35～50％，氯化钙20～28％，氯化铁15～25％，氯化钠6～10％，氯化铵4～8％；

所述增稠剂为过硫酸类物质、过氧化氢、氟硅酸钠、甲基丙烯酸或丙烯酸中的二种以上混合物；

所述调整剂为碳酸钙、Ca(OH)₂、CaO中的一种以上混合物。

2.根据权利要求1所述的冷固结球团用高分子粘结剂，其特征是：所述丙烯酰胺或聚丙烯酰胺的有效成分不低于99％。

3.根据权利要求1所述的冷固结球团用高分子粘结剂，其特征是：所述过硫酸类物质，包括过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵。

4.一种制备权利要求1所述冷固结球团用高分子粘结剂的制备方法，其特征是：将丙烯酰胺和聚丙烯酰胺组成混合物，通过加入水进行溶解，并加入增粘剂、增稠剂、调整剂中的一种或几种，在不高于80℃温度条件下，经过2～6小时的反应和聚合，生成一种高分子有机粘结剂乳液。