CN102177263B - 工业粉尘的团聚方法，特别是利用压块技术的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于工业粉尘的团聚方法，包括：在反相乳液形式的第一粘合剂的存在下，在桶内捏合待团聚的所述粉尘，所述第一粘合剂包括分子量大于500000g/mol的聚合物；然后，在继续捏合的同时，在所述桶中单独加入第二粘合剂，所述第二粘合剂包括碱金属硅酸盐；和最后，在压力下压缩所得的团聚体。
Description
本发明涉及工业粉尘的团聚方法，特别是利用压块技术的方法。
在本发明中，工业粉尘是指：来自铸造厂、钢铁厂和高炉的富含金属氧化物的粉尘和/或微粒，特别是来自脱尘系统的那些，以及气割残余物和其它切割作业的粉尘和/或微粒，和通过工艺和/或曝气形成的污泥中的粉尘和/或微粒。
由于工业粉尘因其飞散性过高而实际上不能操作，所以必须将其团聚以使其能够被运输和使用。
团聚是基于颗粒彼此粘附以得到大尺寸团聚体的过程。
存在不涉及压力的团聚方法(即造粒式)以及利用压力的团聚方法(例如压块)。本发明涉及这两种技术中的第二种。
美国专利4,802,914A描述了一种利用造粒的团聚方法(湿团聚)，该方法包括在水的存在下，在转鼓内连续添加粉尘和粘合剂的混合物来团聚粉尘。粘合剂是高分子量聚合物，其在使用磷酸盐、盐酸盐或碳酸盐类型的碱金属无机盐之前、期间或之后加入。该专利还涉及使用膨润土(一种页硅酸铝盐)作为粘合剂，其为不属于碱金属硅酸盐类型的粘土和蒙脱土等的混合物。
在工业规模使用的压力团聚工艺中，发展最好的是压块工艺。这种压缩技术的主要优点在于其高处理能力(就处理体积而言)及其使用适应性(多尺寸和形状的团聚体)。
在具有孔腔的辊压机的切线上进行压块，压制成所需形状的团聚体(或称为坯块)。这可以在热或冷的温度、高度可变的压力以及利用或不利用粘合剂的条件下进行。
粘合剂是用于浸渍粉尘的高粘度材料或水硬性材料(例如水泥)，用以确保粉尘粘附成坯块形式并且赋予颗粒足够的机械抗性以使其能够抵抗在各种处理过程中所要经历的振动和移动。
在目前所用的有机粘合剂中，可以提及的是：淀粉、纤维素、糖蜜等。然而，使用这些粘合剂会因为存在对工业过程有害的杂质(例如在钢铁冶金中的硫)和/或因为其产生不具有满意的机械特性的团聚体而导致存在问题。
因此，现有技术所得到的团聚体中含有的金属氧化物的使用和稳定价格似乎不是最优的。
文件WO96/39290描述了一种利用压块技术的多步骤团聚方法，该方法包括将粉尘与碳源(焦炭)混合(其目的是在熔融时提供热传递)以及与聚合物和无机盐(碳酸钙和铝硅酸盐)的混合物混合，然后在最终的压缩步骤之前，在所得产品中加入聚乙烯基聚合物乳液。
本发明的一个目的是避免上述缺点。
本发明涉及一种工业粉尘的团聚方法，其包括：
-在反相乳液形式的第一粘合剂的存在下，在桶内捏合待团聚的所述粉尘，所述第一粘合剂包括分子量大于500000g/mol的聚合物，
-然后，在继续捏合的同时，在所述桶中单独加入第二粘合剂，所述第二粘合剂包括碱金属硅酸盐，和
-最后，在压力下压缩所得的团聚体。
本发明的方法在不添加外来的水(即不添加除随活性材料引入的水之外的水)的情况下进行。例如，这是利用配制成含水形式的硅酸盐的情况。
根据本发明的方法，粉尘可以用或不用石灰来处理。
在实践中，粉尘与第一粘合剂的混合时间为30秒～5分钟。
类似地，在第一步骤中所得的混合物与第二粘合剂的捏合时间为1分钟～10分钟。
在阅读下文之后可更好地理解本发明。
本发明的主要目的是提供相比于现有技术的团聚体具有出人意料的改善性质的坯块。
本发明的压块方法基于在组合的两种特定粘合剂的存在下的工业粉尘的团聚。
出乎意料地发现，在通过压机的过程中，这种粘合剂的联用提供了非常高的粘聚和粘附特性。这些粘合剂的使用尤其能够实现在数分钟内的快速固化并获得具有良好耐磨性以及具有允许对其进行操作和运输的粘聚性的坯块或团块。
此外，本发明可以在这些团聚体的回收利用的过程中，不随所得的坯块引入对工业过程有害的物质例如硫。
根据本发明，关键是在加入硅酸盐之前添加聚合物。
利用合适的固体混合机或搅拌机来生产混合物，本领域技术人员根据其现有知识能够确定使混合物尽可能匀质所需的条件。
然后，将由此所得的混合物送入压机以赋予其限定的形状。通过压缩模制得到坯块(也称为团块)。它们可具有不同的尺寸。在获得之后，将它们转移至贮存区。
本发明的另一目的包括使用前文限定的团聚体来循环利用来自铸造厂、钢铁厂和高炉的富含金属氧化物的粉尘和/或微粒作为熔融设备的补充装料。这导致熔融浴与所加入的坯块量成比例地富集以补充装料并允许其再利用。为此，根据本发明的变化方案，坯块可含有预定量的还原剂以允许将金属氧化物转化成金属，因而不是必须向熔融浴中加入金属。
粘合剂的限定和用量：
a)高分子量聚合物：
其为所含离子度为10～90mol％的水溶性有机聚合物，其得自：
-至少一种离子单体、阳离子单体、两性离子单体和/或优选的阴离子单体，
-至少一种非离子单体，和
-任选的0.02～2mol％的疏水单体。
该聚合物也可以是通过已知方式支化的。众所周知，支化聚合物是主链上存在全部分布在同一平面上的支链、基团或分支的聚合物。优选在聚合期间(或聚合之后)，在支化剂/交联剂以及任选的链转移剂的存在下进行支化。以下为支化剂的非限制列表：亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、双丙烯酰胺、丙烯酸氰甲酯、丙烯酸乙烯基氧乙酯或甲基丙烯酸乙烯基氧乙酯、三烯丙基胺、甲醛、乙二醛、缩水甘油醚类化合物如乙二醇二缩水甘油醚、或环氧化合物或本领域技术人员所熟知的其它交联手段。
在实践中，所用聚合物得自：
a)至少一种离子单体，其选自：
-具有羧基官能团的阴离子单体(例如丙烯酸、甲基丙烯酸及其盐等)或具有磺酸基官能团的阴离子单体(例如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(ATBS)及其盐等)，和/或
-任选的一种或更多种阳离子单体：非限制性具体提及的有：季铵化或盐形式的丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和/或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(MADAME)、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)和/或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)，和
b)至少一种非离子单体，选自：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、乙酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯类、烯丙基醇、N-乙烯基乙酰胺和/或N-乙烯基甲酰胺，
并且可与疏水单体联用，所述疏水单体优选选自包括-具有烷基、芳烷基和/或乙氧基化链的(甲基)丙烯酸酯类、-具有烷基、芳烷基或二烷基链的(甲基)丙烯酰胺衍生物、-阳离子烯丙基衍生物、-疏水性阴离子或阳离子(甲基)丙烯酰衍生物或-具有疏水链的阴离子和/或阳离子(甲基)丙烯酰胺衍生物的组。
本发明的高分子量聚合物的特征在于，在其使用过程中：
-其为反相乳液形式，即油包水形式，
-其分子量大于500000g/mol并且不超过20000000g/mol，和
-乳液的(干聚合物/油)重量比为0.15～1，优选为0.3～0.8，有利地为约0.5。该重量比可在聚合物乳液聚合期间直接获得或仅在使用所聚合的乳液之前在其中添加油获得。优选地，如果所述重量比是通过添加油而获得的，则所述油必须与乳液中的油相容并且不引起失稳。
根据本发明，注入混合机时的聚合物浓度为5～20wt％。
所述高分子量聚合物优选为基于丙烯酰胺和丙烯酸盐的阴离子共聚物，其中阴离子度为10～50mol％并且分子量大于5000000g/mol。
表述“为反相乳液形式”是指根据本发明所用的聚合物，本领域技术人员会理解，这种方式是指油包水的反相乳液在引入混合机之前不溶于水。该反相乳液可优选为标准型或任选的微乳液型，微乳液与标准乳液的区别在于更小的粒径(约0.1微米)。
在使用前任选用油稀释的反相乳液中的聚合物比例可以为特别是粉尘的0.2～1wt％，优选为0.2～0.5wt％。有利的是，注意在全部说明书和权利要求书中，数值范围包括其极限值。显然，最优量取决于粒子的性质和所需的性质。
b)硅酸盐类型的第二粘合剂：
根据本发明所用作为粘合剂的硅酸盐是碱金属硅酸盐并以液体形式使用，即在高于其结晶点的温度下使用。
术语“硅酸盐”是指二氧化硅的盐。在可用于实现本发明目的的碱金属硅酸盐中，可以提及的是：铵盐、钠盐、钾盐和锂盐，特别是钠盐和钾盐。优选使用硅酸钠(也称为硅钠)或具有以下简式：SiO2.NaOH的水玻璃。有利的是，所用硅酸盐为SiO2/Na2O摩尔比为1.6～3.2，最优选为约2的二硅酸钠。
在一个有利的实施方案中，硅酸盐占所形成的团聚体的2～5wt％，并且高分子量聚合物为所述硅酸盐的5～40wt％。
在一个特别优选的实施方案中，第二粘合剂还可包含实际低于所述第二粘合剂的10wt％的表面活性剂，并且任选包含甚至相同量的润湿剂，如例如油基磷酸酯醚类型的化合物、多元醇酯、聚氧化乙烯醚、聚乙氧基化山梨醇酯类、山梨醇酯、羊毛脂醇的液体溶液、聚乙二醇酯、得自羊毛醇的乙酰基化聚氧乙烯、壬基苯氧基聚氧乙烯乙基醇、得自羊毛醇的聚乙二醇醚、乙氧基化胆固醇、三甲基鲸蜡基溴化铵、二异丁基苯氧基乙氧基乙基二甲基苯基铵烷基盐酸盐等。
非常明显，提供以下实施例只是为了说明本发明的目的，而不是对其构成任何形式的限制。
实施例
以下实施例中所用的粉尘为来自钢铁厂的废弃物，其制备如下：
25％的‘BGL’Greasy Roll Mill污泥
75％的Granular Steel Mill污泥
该混合物用石灰进行处理并随后引入混合机中(能力：2met.吨)。
该压块混合物的特性是由于存在烃所导致的粉末疏水性。从化学角度考虑该特性是非常重要的：粘合剂必须表现出对粉末的最优亲和力，以便在混合机中得到最初混合物和在压块阶段获得最大粘合力。
然后加入粘合剂并按照以下次序进行混合：
-首先利用全手动压缩空气泵添加反相乳液形式的高分子量聚合物。该添加通过将压缩空气阀开启给定时间长度来进行；
-在一定的混合时间之后，利用装配有重力流量计的容积泵添加硅酸盐类型的粘合剂。
大体上，从一种或更多种粘合剂引入混合机中直到混合物流出至压机的时间为5分钟。
在获得混合物之后，将其转移至压缩设备。
用于测试的装置是鼓型压缩机。所用压力为约100巴。
作为对比，使用常规的工业用粘合剂，即糖蜜和木素磺酸盐。它们的主要缺点是将硫引入钢中，这导致钢变脆。
通过改变聚合物的用量和性质来进行测试。为此，使用以下五种聚合物。
ADAME：丙烯酸二甲基氨基乙酯
添加次序
在混合机填充结束后，
-引入第一粘合剂(或唯一的)，
-接着，在2分钟后，如果有必要则引入第二粘合剂。
在5分钟的总捏合时间之后，立即将混合机倒空至压机。
用量：利用容积泵或气压泵确定。
团块外观测试：视觉测试；团块必须正确成型，该形状为矩形砾。期望具有光滑外观和有效的互锁(不形成多层)。
废微粒测试：在压机出口将团块过筛，将废微粒弃置并称重。比例为：废微粒的重量/混合物的总重量(2met.吨)，以％表示。
团块硬度测试：对团块手动施加变化的压力；当团块破裂和/或爆裂时测试结束。在2小时和24小时后对团块进行该测试。硬度表示为kg/团块(破坏团块所需的重量)。该数值越高，则团块就越好。注意，250kg是手动测试的上限，该测试已经完美地验证了优异的团块质量。
结果：
用量以重量表示
所进行的测试说明以下：
-3-5：所用硅酸盐本身无效；
-6-10：根据本发明的团聚方法给出非常好的结果，负载(阴离子的或阳离子的)或分子量都不影响压缩效能；
-13：所用乳液中的聚合物本身不足以实现良好的压缩；
-14：粘合剂的引入次序非常重要；
-15-18：与测试9相比，氯化钠、碳酸钠和磷酸钠在坯块成型方面均没有给出满意的结果。对于膨润土也是如此。
Claims (10)
1.一种用于工业粉尘的团聚方法，其包括：
-在反相乳液形式的第一粘合剂的存在下，在桶内捏合待团聚的所述粉尘，所述第一粘合剂包括分子量大于500000g/mol的聚合物，
-然后，在继续捏合的同时，在所述桶中单独加入第二粘合剂，所述第二粘合剂由碱金属硅酸盐和任选的表面活性剂和任选的润湿剂组成，和
-最后，在压力下压缩所得的团聚体，
其中所述反相乳液是油包水乳液，在使用时该乳液的干聚合物/油的重量比为0.15～1，
其中在注入所述桶时，所述聚合物的浓度为5～20wt％，
其中在所述反相乳液中的聚合物/粉尘的比例为0.2～1wt％，和
其中所述硅酸盐占所形成的团聚体的2～5wt％，并且所述聚合物为所述硅酸盐的5～40wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为水溶性的并且具有10～90mo1％的离子度，所述有机聚合物由以下组分构成：
-至少一种离子单体，
-至少一种非离子单体，和
-任选的0.02～2mo1％的一种或更多种疏水单体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一种离子单体选自由阳离子单体、两性离子单体和阴离子单体组成的组。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一种离子单体是阴离子单体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物得自：
a)至少一种离子单体，其选自：
-具有羧基官能团的阴离子单体，其选自包括丙烯酸、甲基丙烯酸及其盐的组；或具有磺酸基官能团的阴离子单体，其选自包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(ATBS)及其盐的组，和/或
-任选的一种或更多种阳离子单体，其选自包括季铵化或盐形式的丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和/或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(MADAME)、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)和/或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)的组，和
b)至少一种非离子单体，其选自包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、乙酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯类、烯丙基醇、N-乙烯基乙酰胺和/或N-乙烯基甲酰胺的组，
任选地与疏水单体联用，所述疏水单体选自包括具有烷基、芳烷基和/或乙氧基化链的(甲基)丙烯酸酯类、具有烷基、芳烷基或二烷基链的(甲基)丙烯酰胺衍生物、阳离子烯丙基衍生物、疏水性阴离子或阳离子(甲基)丙烯酰衍生物或衍生自具有疏水链的(甲基)丙烯酰胺的阴离子和/或阳离子单体的组。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干聚合物/油的重量比为0.3～0.8。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干聚合物/油的重量比为0.5。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在反相乳液中的聚合物/粉尘的比例为0.2～0.5wt％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱金属硅酸盐选自包括硅酸钠、硅酸钾和硅酸锂的组。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐为SiO2/Na2O的摩尔比为1.6～3.2的二硅酸钠。
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