CN104099468B - 一种铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：铝土矿选矿尾矿70-85%、促进剂10-20%、聚合氯化铁3-5%、Na₂CO₃2-5%；该粘结剂制备方法包括以下步骤：将各原料混合均匀后再采用球磨机械活化处理即得。本发明以难处理二次资源的高效利用为目标，开发出的铝土矿选矿尾矿基改性粘结剂可作为铁矿球团工业中传统粘结剂（膨润土）的替代品，同时可以大幅度降低选矿尾矿对土地的占用以及对环境的危害，不仅解决了大量堆存的选矿尾矿的资源化问题，还降低了球团生产成本，具有显著的经济和社会效益。

Description

一种铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂及其制备方法。

背景技术

我国铝土矿资源丰富，但优质铝土矿资源短缺，主要以高铝、高硅的难溶一水硬铝石型铝土矿为主，铝硅比低，难以满足较为经济的常规拜耳法生产氧化铝工艺的要求。为了合理利用中低品位铝土矿资源，我国科研工作者开始采用选矿方法对低品质铝土矿进行选矿预处理，取得了良好的铝硅分离效果，为拜耳法工艺提供了优质的原料，形成了选矿拜耳法生产氧化铝的新工艺，并已得到工业化实施。但是，采用选矿拜耳法工艺生产氧化铝的过程中产生了大量废弃物——铝土矿选矿尾矿，产出量占原矿25%左右。以60万吨氧化铝产量计，消耗铝土矿150万吨，将产生33万吨尾矿。铝土矿选矿尾矿的堆存导致大面积土地的浪费，并对环境造成了污染。此外，铝土矿选矿尾矿的铝硅比在1.5左右，颗粒平均粒径约8.5um，-74um粒级大于90%，-10um微细粒级含量大于50%，是一种极细的具有开发利用价值的二次资源。因此，尾矿处理成为选矿拜耳法生产氧化铝可持续发展的难点，尾矿的再利用已是铝工业发展和资源循环利用的关键。

近年来，人们针对铝土矿选矿尾矿对土地占用、环境危害等问题更加重视，特别是在铝土矿选矿尾矿的堆存方面开展了大量的研究。例如，中南大学、中国铝业公司等单位就铝土矿选矿尾矿的堆存申请了相关发明专利，如“一种铝土矿选矿洗矿尾矿堆存的方法”（ZL200610156329.2）、“一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法”（CN200910236342.2）以及“一种絮凝剂处理铝土矿选矿尾矿的方法”（CN200910312319.7）等。这些方法可以有效的解决选矿尾矿不易沉降等问题，有利于尾矿的高效堆存。但是尾矿的堆存依然占用大量土地，而且未能使选矿尾矿得到资源化利用。

针对铝土矿选矿尾矿的资源化利用问题，中南大学、中国铝业有限公司、北京科技大学等先后进行了大量研究，并申请了一系列相关专利。曹慧君等在“一种铝土矿选矿尾矿综合利用方法”（CN200710118669.0）中，采用强磁选-微生物-光化学联合法分离铁质矿物，残渣用于生产耐火材料。杨华明、卢清华等采用铝土矿选矿尾矿制备填料或颜料，如“一种改性尾矿粉体的制备及该粉体用作聚合物填料的方法”（CN200710034335.5）、“一种铝土矿选矿尾矿制备塑料填料的方法”（CN200910237586.2）和“一种利用铝土矿选矿尾矿制备白色防腐颜填料的方法”（ZL201010183153.6）等，这些方法虽然可以促进选矿尾矿的利用，但是使用量小，不能有效的降低尾矿的堆存量。此外，一些研究者申请了采用选矿尾矿制备耐火材料或耐火砖的专利，如“一种铝土矿浮选尾矿制备粘土耐火砖的方法”（CN200810115447.8）、“一种用铝土矿尾矿合成刚玉-莫来石复相材料的方法”（ZL201210461103.9）以及“黄金尾矿及铝矿尾矿制作耐火透气砖的方法”（CN201310696568.7）等。张文生等采用煅烧后的选矿尾矿和粉煤灰制备复合硅酸盐水泥的高活性混合材（ZL201010178839.6），娄东民等采用铝土矿选矿尾矿制备复合仿瓷木材（ZL200910236344.1），韩敏等采用铝土矿浮选尾矿制备人造石（ZL201110237163.8）。然而，制备耐火材料工艺对选矿尾矿的化学成分要求较高，通常要对原料进行预处理才能满足生产要求，同时耐火材料生产能耗较高，不能有效地发挥尾矿的附加价值。同时，以铝土矿尾矿为原料生产水泥或陶瓷材料，必须考虑到尾矿的放射性问题，在工业应用前需要进一步处理。东北大学王耀武等（CN200910013204.8）以铝土矿浮选尾矿为原料，制备高铝含量的一次铝硅合金，在生产过程中不产生二次污染。但是，选矿尾矿中通常含有10%以上的铁元素，因此使用前必须脱除尾矿中的铁，生产成本高，难以实现工业化。总之，上述专利虽然为铝土矿选矿尾矿的有效利用提供了技术支持，但是现有方法或者技术尚不能大规模的利用尾矿，使得尾矿的资源化问题长期未得到有效解决。

铁矿球团具有TFe品位高、冶金性能良好以及改善高炉料柱透气性等优点，被认为是实现高炉炉料结构优化所必需的优质炉料。近年来国内各大钢铁企业都在大力发展铁矿球团的生产。粘结剂是生产铁矿球团的关键性辅助原料，其性能优劣直接关系着球团矿的质量好坏。目前，国内外绝大多数球团厂都采用膨润土作粘结剂，其用量一般为2%～3%，高者达5%。2010年，我国球团矿产量约1.3亿吨，需要消耗粘结剂在260万吨/年以上（以膨润土用量2%计），可见球团工业对粘结剂的需求量巨大。针对铁矿选矿尾矿的特点，国内部分学者开展了铁矿选矿尾矿制备球团粘结剂的相关研究，如申请了“一种氧化球团用赤泥复合粘结剂”（CN201210277680.2）、“一种球团用粘结剂及其生产方法”（CN201310404554.3）、“一种铁矿球团用粘结剂及其制备方法”（CN101215632A）、“一种铁矿球团用钠基膨润土基粘结剂及其制备方法”（CN100562589C）等专利。然而，上述方法仅限于含铁尾矿，现今尚无有关利用铝土矿选矿尾矿制备铁矿球团粘结剂方面的报道。

膨润土的主要成分是蒙脱石，是一种高岭土类天然矿物。而铝土矿选矿尾矿主要以高岭土类层状硅酸盐矿物形式存在，矿物表面活性官能团多，且具有较强的吸附性、复水性能、膨胀性能、可塑性能和离子交换性能。此外，铝土矿选矿尾矿颗粒细小，比表面积大，具有良好的胶体特性，这一性质与膨润土的化学性质基本相似。因此，利用大量闲置的铝土矿选矿尾矿制备球团粘结剂，替代目前传统的无机膨润土粘结剂，具有巨大的优势和广阔的市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低廉、粘结性强的以铝土矿选矿尾矿为主要原料制备的铁矿球团粘结剂；本发明的另一个目的是提供该粘结剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：铝土矿选矿尾矿70-85%、促进剂10-20%、聚合氯化铁3-5%、Na₂CO₃2-5%；其中所述促进剂为羧甲基纤维素钠或腐植酸。

所述铝土矿选矿尾矿铝硅比＜1.5，颗粒粒度-0.074mm目>95%，吸水性强，吸水后具有胶体特性，10%质量浓度的铝土矿选矿尾矿矿浆电位＞-200mV。

所述的促进剂（羧甲基纤维素钠或腐植酸）pH为8-10，平均分子量＞5000道尔顿，3wt%的促进剂溶液粘度＞1000mPa.s，其粒度为≤0.074mm。

所述聚合氯化铁为固态产品，粒度＜0.074mm，使用时需预先与铝土矿选矿尾矿混合均匀。

上述铁矿球团粘结剂的制备方法，包括以下步骤：将各原料混合均匀后再采用球磨机械活化处理即得；其中球磨机转速500r/min-800r/min，球料比30%-50%，活化时间10min-30min，球磨水分（质量百分比）10%-15%。

较好的，上述方法中，先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混合均匀后再加入促进剂和Na₂CO₃混匀，接着加入水进行球磨机械活化处理。

采用上述技术方案的铁矿球团粘结剂制备铁矿球团时，以球团粘结剂的结构与性能关系、表面官能团的组装理论为基础，铁矿球团粘结剂的添加量为铁精矿质量的0.5%～1.5%。与配加2%的膨润土的铁矿球团相比，二者的生球强度基本相当，预热球抗压和耐磨强度明显改善。同时，本发明产品具有良好的铁矿粉原料适应性，分别以磁铁精矿、赤铁精矿为造球原料，以本发明产品为粘结剂制备球团，二者的成球性能良好并且接近，球团质量均可满足生产要求。采用本发明制备的生球团、预热球以及焙烧球质量不仅可以满足现有氧化球团生产工艺的要求，也可以满足冷固结球团的生产要求。

本发明以难处理二次资源的高效利用为目标，所用的主要原料铝土矿选矿尾矿属于典型的二次资源，开发出的铝土矿选矿尾矿基改性粘结剂可作为铁矿球团工业中传统粘结剂（膨润土）的替代品，同时可以大幅度降低选矿尾矿对土地的占用以及对环境的危害，不仅解决了大量堆存的选矿尾矿的资源化问题，还降低了球团生产成本，具有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明制备方法工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

对照例1

将-0.074mm粒级≥80%（质量百分数）的磁铁精矿和膨润土（用量为磁铁精矿质量的2.0%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为75%，生球落下强度为4.8次/0.5m，生球抗压强度为10.5N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为150N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1250℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为500N/个，AC转鼓为3.43%；焙烧球团抗压强度为3200N/个。

对照例2

将-0.074mm粒级≥80%（质量百分数）的赤铁精矿和膨润土（用量为赤铁精矿质量的2.0%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为65%，生球落下强度为3.6次/0.5m，生球抗压强度为11.0N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为180N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1280℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为450N/个，AC转鼓为3.85%；焙烧球团抗压强度为2900N/个。

实施例1

一种以铝土矿选矿尾矿为主要原料制备的铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：

铝土矿选矿尾矿80%，其铝硅比为1.2，10%质量浓度的矿浆电位为-225mV，粒度≤0.074mm；

羧甲基纤维素钠15%，pH为10，平均分子量为10000道尔顿，3%质量浓度的溶液粘度为1800mPa.s，其粒度≤0.074mm；

聚合氯化铁3%，粒度＜0.074mm；

Na₂CO₃2%。

上述粘结剂的制备方法包括以下步骤：先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混合均匀后再加入羧甲基纤维素钠和Na₂CO₃混匀，接着加入水进行球磨机械活化处理即可；其中高能球磨转速为600r/min，球料比为30%，活化时间为30min，球磨水分为15%。

将-0.074mm粒级＞80%（质量百分数）的磁铁精矿和实施例1粘结剂（用量为磁铁精矿质量百分数0.75%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为85%，生球落下强度为4.5次/0.5m，生球抗压强度为11.2N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为280N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1250℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为512N/个，AC转鼓为3.20%；焙烧球团抗压强度为3310N/个。

实施例2

一种以铝土矿选矿尾矿为主要原料制备的铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：

铝土矿选矿尾矿75%，其铝硅比为1.0，10%质量浓度的矿浆电位为-245mV，粒度＜0.074mm；

羧甲基纤维素钠15%，pH为10，平均分子量为10000道尔顿，3%质量浓度的溶液粘度为1800mPa.s，其粒度≤0.074mm；

聚合氯化铁5%，粒度＜0.074mm；

Na₂CO₃5%。

上述粘结剂的制备方法包括以下步骤：先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混合均匀后再加入羧甲基纤维素钠和Na₂CO₃混匀，接着加入水进行球磨机械活化处理即可；其中高能球磨转速为800r/min，球料比为30%，活化时间为30min，球磨水分为15%。

将-0.074mm粒级＞80%（质量百分数）的赤铁精矿和实施例2粘结剂（用量为赤铁精矿质量百分数1.0%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为83%，生球落下强度为3.9次/0.5m，生球抗压强度为12.6N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为310N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1280℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为490N/个，AC转鼓为3.30%；焙烧球团抗压强度为2840N/个。

实施例3

一种以铝土矿选矿尾矿为主要原料制备的铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：

铝土矿选矿尾矿80%，其铝硅比为1.2，10%质量浓度的矿浆电位为-225mV，粒度＜0.074mm；

腐植酸15%，pH为9.5，平均分子量为15000道尔顿，3%质量浓度的溶液粘度为2100mPa.s，其粒度≤0.074mm；

聚合氯化铁3%，粒度＜0.074mm；

Na₂CO₃2%。

上述粘结剂的制备方法包括以下步骤：先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混合均匀后再加入腐植酸和Na₂CO₃混匀，接着加入水进行球磨机械活化处理即可；其中高能球磨转速为800r/min，球料比为50%，活化时间为30min，球磨水分为10%。

将-0.074mm粒级＞80%（质量百分数）的磁铁精矿和实施例3粘结剂（用量为磁铁精矿质量百分数0.75%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为75%，生球落下强度为4.0次/0.5m，生球抗压强度为11.8N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为265N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1250℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为524N/个，AC转鼓为3.35%；焙烧球团抗压强度为3432N/个。

实施例4

一种以铝土矿选矿尾矿为主要原料制备的铁矿球团粘结剂，由以下重量百分比的原料制成：

铝土矿选矿尾矿75%，其铝硅比为1.0，10%质量浓度的矿浆电位为-245mV，粒度＜0.074mm；

腐植酸15%，pH为9.5，平均分子量为15000道尔顿，3%质量浓度的溶液粘度为2100mPa.s，其粒度＜0.074mm；

聚合氯化铁5%，粒度＜0.074mm；

Na₂CO₃5%。

上述粘结剂的制备方法包括以下步骤：先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混合均匀后再加入腐植酸和Na₂CO₃混匀，接着加入水进行球磨机械活化处理即可；其中高能球磨转速为800r/min，球料比为50%，活化时间为30min，球磨水分为10%。

将-0.074mm粒级＞80%（质量百分数）的赤铁精矿和实施例4粘结剂（用量为赤铁精矿质量百分数1.0%）进行配料，混合，造球。生球的成球率为76%，生球落下强度为3.6次/0.5m，生球抗压强度为12.2N/个；在干燥温度105℃、干燥时间120min条件下，干球的抗压强度为294N/个；在预热温度950℃、预热时间10min、焙烧温度1280℃、焙烧时间10min条件下，预热球抗压强度为476N/个，AC转鼓为3.13%；焙烧球团抗压强度为2920N/个。

通过上述实施例和对照例的数据可知，添加本发明粘结剂的铁矿球团和与配加2%的膨润土的铁矿球团相比，二者的生球强度基本相当，预热球抗压和耐磨强度明显改善。同时，本发明粘结剂具有良好的铁矿粉原料适应性，分别以磁铁精矿、赤铁精矿为造球原料，二者的成球性能良好并且接近，球团质量均可满足生产要求。采用本发明制备的生球团、预热球以及焙烧球质量不仅可以满足现有氧化球团生产工艺的要求，也可以满足冷固结球团的生产要求。

Claims (7)

1.一种铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：铝土矿选矿尾矿70-85%、促进剂10-20%、聚合氯化铁3-5%、Na₂CO₃2-5%；其中所述促进剂为羧甲基纤维素钠或腐植酸。

2.如权利要求1所述的铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂，其特征在于，所述铝土矿选矿尾矿铝硅比＜1.5，颗粒粒度-0.074mm>95%，10%质量浓度的铝土矿选矿尾矿矿浆电位＞-200mV。

3.如权利要求1所述的铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂，其特征在于，所述的促进剂pH为8-10，平均分子量＞5000道尔顿，3wt%的促进剂溶液粘度＞1000mPa.s，其粒度为≤0.074mm。

4.如权利要求1所述的铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂，其特征在于，所述聚合氯化铁为固态产品，粒度＜0.074mm。

5.如权利要求1-4任一所述的铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原料混合均匀后再采用球磨机械活化处理即得；其中球磨机转速500r/min-800r/min，球料比30%-50%，活化时间10min-30min，球磨水分10%-15%。

6.如权利要求5所述的铝土矿选矿尾矿基铁矿球团粘结剂的制备方法，其特征在于，先将聚合氯化铁与铝土矿选矿尾矿混匀后再与其他原料混合。

7.如权利要求1-4任一所述的铝土矿选矿尾矿基粘结剂用于制备铁矿球团，其特征在于：所述的铁矿球团粘结剂添加量为铁精矿质量的0.5%～1.5%。