CN102329951A - 铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂及其制备方法和应用，属于冶金领域。本发明球团添加剂由以下原料制成：纤维素醚和铁粉；其制备方法包括：将铁粉和纤维素醚混合后加入到超微粉碎机中粉碎30-60分钟，即得。本发明铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂具有优异的粘结性能和包裹性能且不含有任何杂质或有害物质，可有效提高球团矿成品球的物理性能及冶金性能，在全面提升成品球全铁品位、质量和产率的同时还能有效降低生产成本和能源消耗，适于大规模工业化生产。

Description

铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂及其制备方法和应用

技术领域

 本发明涉及一种冶金用的球团添加剂，尤其涉及一种用于生产铁矿球团的铁粉纤维素醚球团添加剂及其制备方法，本发明属于铁矿球团的球团添加领域。

背景技术

粘结剂是将铁精矿粉制成球团不可缺少的重要成分，性能良好的粘结剂对于提高球团矿的质量和炼铁经济技术指标、促进节能降耗和实现环境友好等将起到非常重要的作用。为了实现上述技术效果，要求粘结剂具有良好的粘结性和成球性，制作的生球应有良好的抗爆性能，较高的干、湿球抗压及落下强度；焙烧后成品球不仅其抗压强度、转鼓指数、筛粉指数等物理性能及还原膨胀系数、还原度、还原粉化率、软熔温度等冶金性能能满足高炉炼铁的要求，而且应具有较高的含铁品位。

按照来源，现有的用于铁矿球团的粘结剂可分为无机粘结剂、有机粘结剂、无机/有机复合型粘结剂等几种类型。迄今为止，国内外已经用于铁矿球团的粘结剂主要有水玻璃、消石灰、水泥、粘土、膨润土、硅藻土碱金属化合物和盐类等无机粘结剂；纤维素醚、淀粉醚、腐植酸、木质酸、KLP、Aleotac、peridur等有机粘结剂；以膨润土为主要成分的有机/无机复合型粘结剂。

 纤维素醚、淀粉醚、 腐植酸、木质酸、KLP、Aleotac、peridur等有机粘结剂具有良好的粘结性和成球性，在高温时能燃烧除去，因此带入球团的杂质少，球团品位较高，而且成品球具有较好的还原性能。但这类有机粘结剂（尤其是纤维素醚）的价格非常高，导致生产成本过高。

  纤维素是一种既不溶解也不熔融的多羟基高分子化合物。纤维素经醚化后则能溶于水、稀碱溶液和有机溶剂，并具有热塑性纤维素醚是由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。纤维素大分子中每个葡萄糖基环含有三个羟基，第六碳原子上的伯羟基、第二、三个碳原子上的仲羟基，羟基中的氢被烃基取代而生成纤维素醚类衍生物。经醚化后的纤维素溶解性能发生显著变化，可溶解于水、稀酸、稀碱或有机溶剂。

  纤维素醚的粘结性能取决于其水溶解度，其愈能充分的与水相溶，其粘结性就愈高。作为粘结剂使用时，需要将纤维素醚粉碎至微粒(60目以上)才能发挥出其粘结性能。当纤维素醚为600目以下的粒径时，其中心体积（约占其总体积的70%）部分仍为固体，该固体部分具有较强的内聚力，其溶解性能非常差，不能与水相溶膨胀进而不具有黏结性能。仅其颗粒周边的外围部分（约占其总体积的30%）呈蓬松状态具有非常高的水溶性，可以与水充分相溶膨胀得以发挥出黏结性能。在铁矿球团的造球过程中,所加入的水的用量有其严格的规定,所加入水的总量仅占总质量的25-30%（分两个阶段加入：将添加剂和铁矿精粉相混合时，所加入水占总混合总质量的8.5-10%；在滚盘机中的造球阶段，所加入水占总混合总质量的16.5-20%）,而且整个造球过程仅有短短的12分钟时间（将添加剂和铁矿精粉相混合的时间约为3-4分钟，随后在滚盘机中的造球时间约为8-9分钟）。在纤维素醚的粒径在600目以下的情况下,约占其总体积70%的中心部分呈固相,具有极强的内聚力,在如此短短的时间内根本不可能与水相溶,从而不能发挥出应有的粘结性能，不仅极大的浪费了原料，也大大降低球团的粘性，进而降低成品球强度和成品球全铁品位。如果能将纤维素醚粉碎至600-2000目（尤其是1000目-2000目），其中心部分也呈蓬松流动的液相状态，具有非常强的水亲和力，遇水后相溶膨胀从而具有非常强的粘性和包裹性能。

    将纤维素醚采用粉碎机或微粉磨等设备进行粉碎时，由于纤维素醚彼此之间剧烈的摩擦会产生大量的热量，一旦温度达到80℃，纤维素醚之间就会大量聚集成团导致所得到的纤维素醚颗粒的粒径多在90目以下，很少能达到600目以上的粒径，更难达到1000目以上，这不仅极大的浪费了原料、提高了生产成本，也显著降低了球团矿成品球的物理性能及冶金性能，不能满足高炉工艺要求，因而很能在工业上加以推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服采用纤维素醚作为球团矿粘结剂的主要成分时，所存在的生产成本过高、球团矿成品球的物理性能及冶金性能较差等缺陷，提供一种新的铁矿球团铁粉粘结剂，该粘结剂以超微纤维素醚作为其主要的粘结剂成分，具有生产成本低、粘结性能强，可有效提高生球强度和爆裂温度，进而显著提高成品球全铁品位和质量。

   本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

   一种铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，包括以下原料制成：纤维素醚，铁粉；

   优选的，各组分的重量份是：纤维素醚1-4份，铁粉0.1-1份；

   进一步优选的，各组分的重量份是：纤维素醚1-2份，铁粉0.5-1份；

   最优选的，各组分的重量份是：纤维素醚2份，铁粉1份。

 所述的纤维素醚类优选为烷基纤维素醚（如甲基纤维素醚、乙基纤维素醚）；羧烷基纤维素醚（如羧甲基纤维素醚、羧丙基甲基纤维素醚）；羟烷基纤维素醚（如羟丙基纤维素醚、 羟乙基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚）等。 

     本发明中所述的铁粉可以是在球团造球过程中所用到的原料-铁精矿粉,也可以是其它来源的铁粉，例如，本发明所述的铁粉还可以是将铁矿石粉碎后（至于粉碎到多大的目度，可以设备的情况而定，没有特殊的要求，为达到最好的效果，最好为10-200目）所得到粉末；所述的铁矿石可以是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁的硅酸盐矿、硫化铁矿等铁矿石；也可以是将在铁矿石在选矿过程所剩下的尾矿或尾渣粉碎后所得到的粉末；这些产品都可用以替代铁粉并具有基本相同的效果。

    本发明所用到的原料均可从国内外化工市场获得，其规格符合行业标准即可。

    本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述铁粉纤维素醚粘结剂的方法；

   本发明所要解决的另一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：

   一种制备上述铁粉纤维素醚粘结剂的方法，包括以下步骤：

   将铁粉和纤维素醚混合后加入到粉碎机中进行粉碎，即得；

   为了达到更好的技术效果，优选的，所述的粉碎时间优选为20-90分钟，更优选为30-60分钟，最优选为40分钟。

    其中，所述的粉碎机可以是超微粉碎机、微粉磨等粉碎设备，这些设备均可从商业途径购买得到，例如：上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”或“HGM10027”。

 本发明人通过大量的试验发现，将铁粉作为载体与纤维素醚混合加入到粉碎机中进行粉碎，主要具有以下几方面的有益效果：   

   1、铁粉具有优异的吸热和导热性能，能够将因粉碎纤维素醚时因高摩擦所产生的热量及时吸附并传导到粉碎机的外壳上并进一步传导到周围的大气中，因此能够将粉碎时纤维素醚颗粒的温度控制在30-50℃，有效的解决了因温度过高而导致纤维素醚颗粒聚集成团的现象，可以将纤维素醚全部粉碎至600-2000目的颗粒，不仅避免了浪费原料，大大的降低了生产成本；而且由于所得到纤维素醚颗粒的多在1000-2000目，其具有非常大的表面积并形成充分舒展的活分子链条，不仅与生铁精粉的接触面积也呈几何级数增加。由于纤维素醚粒级达到600目以上，其吸水性能大幅上升，在短短的几分钟时间内就可迅速吸水膨胀，其体积膨大数十倍并具有极强的粘性，从而具有具有极强的包裹性能，可以更加充分的将生铁精粉牢牢的包裹，极大地提高生球的粘性进而有效提高生球强度和爆裂温度，最终显著提高成品球全铁品位和质量。

    2、铁粉的硬度较高，在高速运转时具有一定的切割作用，能够充分的与纤维素醚相接触或混合，在粉碎机或微粉磨中通过高速运转可以对纤维素醚进行切割从而保证得到粒径为600目以上的超微纤维素醚颗粒。

    3、铁粉是造球的原料之一，而纤维素醚在高温时完全挥发；这两种原料均未给球团带来任何的杂质或有害物质，两种原料都能物尽其用，不仅最大限度的降低了生产成本，还能有效提高成品球全铁品位和质量。

     本发明铁粉纤维素醚粘结剂的使用方法：将本发明铁粉纤维素醚粘结剂按比例（该比例可由本领域的技术人员根据实际情况灵活掌握,优选的,每吨铁精矿粉中添加10Kg的本发明粘结剂）添加到铁精矿粉中，充分均化后便可直接用于造球机造球。

 本发明铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂主要具有下述几方面的有益效果：

1、本发明将纤维素醚和淀粉醚进行超微化处理,其粒级多为1000-2000目,具有极大的比表面积和吸水能力,吸水2-2.5分钟就能迅速的由固相转化为粘性的液相状态,具有优异的粘结性能和包裹性能，有效的提高球团矿成品球的物理性能及冶金性能（生球强度和爆裂温度）等，最终实现显著提高成品球全铁品位、质量和产率的目的。

2、本发明铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂在提高成品球全铁品位、质量和产率的同时还显著的降低了生产成本，大大降低了能源消耗，能使高炉达到增产节焦、减少环境污染、提高经济效益的目的，适于大规模工业生产。

3、本发明铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂中不含有任何杂质或有害物质，能大幅提升球团矿含铁品位。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明中所用到的各种纤维素醚和淀粉醚均购自山东省肥城鸿瑞精细材料厂。

实施例1  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

   将铁矿精粉和甲基纤维素醚按照0.5：1的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒，其中大部分颗粒的粒径分布在1000-2000目。

实施例2  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

    将铁粉和乙基纤维素醚按照1：1的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎50分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒。

实施例3  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

   将铁矿精粉和羟丙基纤维素醚纤维素醚按照0.5：2的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎60分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒。

实施例4  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

    将褐铁矿选矿中得到的尾矿粉碎至100目后和羟乙基纤维素醚纤维素醚按照1：2的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎30分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒，其中大部分颗粒的粒径分布在1000-2000目。

实施例5  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

    将铁粉和羧甲基纤维素醚纤维素醚按照0.5：2的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎40分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒。

实施例6  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

   将磁铁矿粉碎至50目和羧丙基甲基纤维素醚按照1：3的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒，其中大部分颗粒的粒径分布在1000-2000目。

实施例7  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

   将赤铁矿粉碎至100目和羧丙基甲基纤维素醚按照0.1：1的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒，其中大部分颗粒的粒径分布在1000-2000目。

实施例8  铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的制备

  将铁矿精粉和羟乙基甲基纤维素醚按照0.1：4的质量比例加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒全部为600-2000目颗粒，其中大部分颗粒的粒径分布在1000-2000目。

试验例 1 本发明铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的应用效果试验

一、试验材料

供试样品：本发明实施例1-8所制备的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂。

二、试验方法

所有试验在球团厂球团生产线上进行，添加本发明添加剂对成品球团矿的影响进行了试验。每4.9kg鞍山原铁粉（含水率：5.86%）分别加入本发明实施例1-8所制备的铁矿球团添加剂50g和清水150g进行造球试验；

三、试验结果

试验结果如下：

1、生球落下强度（10个，0.5m，10次以上不做）：

1*0+2*0+3*0+4*0+5*0+6*0+7*0+8*0+9*0+10*0

平均值大于10次；

2、生球压力（N，10个）：13.4，13.8，14.5，14.26，13.64，12.44，12.9，13.78，14.17，13.8；平均值（N）：13.67。

3、生球爆裂试验（516℃ ，5min，50个）：0个。

4、熟球压力（N）：平均值大于3400N(牛顿)。

总之，使用本发明铁粉纤维素醚粘结剂，球团矿物理强度（落下强度、抗压强度）和抗爆裂性能均在一定程度上得到了提高，球团矿品位有显著提升，将其用于高炉炼铁能够有效节约生产成本。

对比实施例1  纤维素醚添加剂的制备

   将甲基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎40分钟，所得到的颗粒主要为30-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例2  纤维素醚添加剂的制备

   将羟丙基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎50分钟，所得到的颗粒主要为40-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例3  纤维素醚添加剂的制备

   将乙基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎60分钟，所得到的颗粒主要为60-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例4  纤维素醚添加剂的制备

   将羧甲基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎30分钟，所得到的颗粒主要为20-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例5 纤维素醚添加剂的制备

   将羟乙基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中进行粉碎40分钟，所得到的颗粒主要为40-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例6  纤维素醚添加剂的制备

   将羧丙基甲基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中粉碎40分钟，所得到的颗粒主要为60-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例7  纤维素醚添加剂的制备

   将羧丙基甲基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒主要为40-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

对比实施例8  纤维素醚添加剂的制备

   将羟乙基甲基纤维素醚加入到微粉磨（上海协可机械有限公司生产的微粉磨，其型号为“HGM8021”）中，粉碎40分钟，所得到的颗粒主要为30-90目颗粒，只有极少部分的颗粒达到600-1000目。

试验例 2  对比实施例所制备的纤维素醚添加剂的应用效果试验

一、试验材料

供试样品：对比实施例1-8所制备的添加剂。

二、试验方法

所有试验在球团厂球团生产线上进行，每4.9kg鞍山原铁粉（含水率：5.86%）分别加入对比实施例1-8所制备的添加剂50g，清水150g；进行造球试验；

 三、试验结果

   试验结果如下：

1、生球落下强度（10个，0.5m，10次以上不做）：

1*0+2*0+3*0+4*0+5*0+6*1+7*6+8*1+9*1+10*2

平均值7.7次；

2、生球压力（N，10个）：9.4，9.8，10.2，9.5，10.6，8.96，9.18，8.94，10.8，8.87；平均值（N）：9.625。

3、 生球爆裂试验（516℃ ，5min，50个）：4个。

4、 熟球压力（N）：平均值2100N。

Claims (10)

1.一种铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于，由以下原料制成：纤维素醚和铁粉。

2. 按照权利要求1所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于，各组分的重量份是：纤维素醚1-4份，铁粉0.1-1份。

3.按照权利要求2所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于，各组分的重量份是：纤维素醚1-2份，铁粉0.5-1份；优选的，各组分的重量份是：纤维素醚2份，铁粉1份。

4. 按照权利要求1-3任何一项所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于：所述的铁粉用铁矿石粉碎后所得到粉末来代替；或用铁矿石在选矿过程所剩下的尾矿或尾渣粉碎后所得到的粉末来代替。

5. 按照权利要求1-3任何一项所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于：所述的纤维素醚类包括烷基纤维素醚，羧烷基纤维素醚或羟烷基纤维素醚。

6.按照权利要求5所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂，其特征在于：所述的烷基纤维素醚选自甲基纤维素醚或乙基纤维素醚；所述羧烷基纤维素醚选自羧甲基纤维素醚或羧丙基甲基纤维素醚；所述羟烷基纤维素醚选自羟丙基纤维素醚，羟乙基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚。

7. 一种制备权利要求1-3任何一项所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂的方法，包括：将铁粉和纤维素醚混合后加入到粉碎机中进行粉碎，即得。

8. 按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的粉碎时间为20-90分钟，优选为30-60分钟，最优选为40分钟。

9. 权利要求1-3任何一项所述的铁粉纤维素醚铁矿球团添加剂在生产铁矿球团中的应用。

10.按照权利要求9所述的应用，其特征在于，包括：将所述铁粉纤维素醚粘结剂添加到铁精矿粉中，均化后进行造球。