CN105002353A - 难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法及其在铁矿粉复合造块工艺中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法及其在铁矿粉复合造块工艺中的应用；将含碳含铁粉尘先进行高压辊磨后，再配入腐植酸改性膨润土，进行润磨或强力混合，造球，即得含碳含铁粉尘球团料；该方法能将难造球的含碳含铁粉尘制成落下和抗压强度高的球团料，满足铁矿粉复合造块工艺对粉尘生球强度的要求；将球团料用于铁矿粉复合造块工艺过程中，能够显著提高含铁粉尘球团料的配比，提高复合造块产品的质量指标，实现含碳含铁粉尘高效、合理、大规模利用，达到节约二次资源与保护环境的目的，满足工业化生产要求。

Description

难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法及其在铁矿粉复合造块工艺中的应用

技术领域

本发明涉及一种含碳含铁粉尘球团料的制备方法及球团料在铁矿粉复合造块工艺中的应用，属于钢铁冶金优质高炉炉料制备及含铁粉尘固体废弃物处理领域。

背景技术

钢铁联合企业产生的含铁粉尘的综合利用价值较高，通常含有较高的Fe、CaO、MgO和固定碳等有益成分。这些粉尘主要产生于烧结、炼焦、炼铁、炼钢及轧钢等工序，主要包括原料处理过程中产生的杂矿粉、烧结粉尘、高炉粉尘、瓦斯灰、电炉尘和转炉尘等。据统计，2014年上半我国的粗钢产量达到8.2亿t，若按照平均每生产1t钢产生15kg含铁粉尘计算，则粉尘的年产生量即高达1230万t。目前，对这些固体废弃物的综合利用率尚不到20％，大部分被堆放在厂区，不仅浪费了有限的资源，而且污染了环境。因此实现含铁粉尘高效、集中、大规模处理具有十分重要的现实意义，符合当前建设资源节约型和环境友好型社会政策的要求。

近几十年来，国内外开发出了一些含铁粉尘资源化技术，比较而言，最经济合理的利用途径是实现含铁粉尘在钢铁厂内部即烧结过程中的封闭和相对集中、高效处理。由于粉尘料中含有较高的Fe、CaO、MgO和固定碳等有益成分，可以作为烧结原燃料的替代物加以利用。研究表明，由于含铁粉尘发生量和成分随着生产变化及用料结构改变会发生变化，且含铁粉尘具有粒度细、亲水性差等特点，简单的直接将其配入烧结原料中进行常规烧结，会给烧结生产带来较大负面影响，从而导致常规烧结过程中处理的含铁粉尘量小，未能真正实现粉尘的高效处理。理论和实践研究表明：中南大学烧结球团与直接还原研究所开发的铁矿粉复合造块工艺(ZL200510032095.6)，能够处理一些传统上认为难造球、难焙烧的含铁物料。该新工艺将含铁粉尘料单独制备成球团，再与制粒后的匀矿粉及其他原料混匀并铺到烧结机上进行烧结焙烧，可以获得优质的复合炼铁炉料。但是，复合造块工艺对生球团的强度有一定的要求，若球团强度太低，球团料在混合料混匀、布料、抽风烧结等过程中会破裂产生二次粉尘，导致烧结透气性差，恶化烧结过程。众所周知，含铁粉尘是一种典型的难造球物料，采用常规的膨润土粘结剂，难以获得合格的生球；采用CMC、佩利多等有机粘结剂，虽然在一定程度上可以改善其质量，但是粘结剂的价格昂贵，工业应用前景不大。专利文献“一种钢铁厂含铁尘泥的造块方法(申请号：201310047593.2)”报道了钢铁厂含铁尘泥添加0.5～2.0％复合粘结剂进行压团，所采用的复合粘结剂为膨润土、CMC和黄腐酸钠的混合物，其中膨润土所占质量百分数为50％～60％，CMC所占质量分数为20％～30％，黄腐酸钠所占质量百分数为10％～30％。虽然该方法可以获得质量较好的团块，但是该法的采用含量较高的复合粘结剂在较大的压制力作用下才可以获得质量较好的团块。对于采用该复合粘结剂采用成熟、产量大的造球成型方式，所获得的粉尘球团质量较差。专利文献一种改性膨润土的制备方法及其应用(申请号：201410430843.5)，公开了一种全湿法改性膨润土的制备方法及其应用，制备方法是将天然钙基膨润土研磨粉碎后，加入到含腐植酸钠的氢氧化钠溶液中加热反应，反应完成后，过滤分离，所得滤饼干燥、研磨粉碎，得到改性膨润土。将所获得的改性膨润土用于铁精矿造球可以明显改善生球的强度。但是，膨润土的全湿法改性，流程长，过滤、干燥改性产品所耗能量高、时间长，对该产品的大规模工业应用及节能环保不利。

发明内容

针对目前难造球含铁粉尘料造球工艺中存在的粘结剂用量大，生球强度不高等缺陷，本发明的目的是在于提供一种将难造球含碳含铁粉尘制备成高强度球团料的方法，该方法能够显著改善生球团质量，降低粘结剂用量。

本发明的另一个目的是在于提供所述球团料的应用，将其应用于铁矿粉复合造块工艺中，能提高复合造块工艺中含铁粉尘料的配比，并获得优质的高炉炼铁炉料。

为实现本发明的技术目的，本发明提供了一种难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，该方法是将固定碳含量为1～7wt％的含碳含铁粉尘高压辊磨后，配入含碳含铁粉尘干基质量0.5～2.0％的腐植酸改性膨润土，进行润磨或强力混合，造球，即得含碳含铁粉尘球团料；

所述的腐植酸改性膨润土通过如下方法制备得到：将腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液喷洒到天然钙基膨润土中后，压团成型，所得团块依次经过陈化、烘干、破碎和研磨，得到腐植酸改性膨润土；其中，腐植酸钠、有机季铵盐与钙基膨润土三者的干基质量比为5～30:1～5:100。

现有技术中，含碳含铁粉尘存在造球困难，粘结剂用量大，且生球强度低等问题。而本发明的技术方案通过对含碳含铁粉尘进行高压辊磨及润磨或强力混合两次混匀处理，再结合使用特殊的腐殖酸改性膨润土粘结剂，有效实现将难造球含碳含铁粉尘制备成高强度的球团料，不但改善生球质量，且相对现有技术大大降低粘结剂使用量。

本发明的技术方案中的腐殖酸改性膨润土粘结剂通过腐植酸钠和有机季铵盐对天然钙基膨润土进行共改性得到。在压团和陈化过程中Na⁺和季铵阳离子行可以进入钙基蒙脱石晶层中取代部分Ca²⁺，有机季铵盐能顺利插入蒙脱石的片层中，将蒙脱片层间距撑大，有利于促进钠化改性的进一步顺利进行；特别是有机季铵盐与腐植酸的官能团之间进行化学键合，在蒙脱石片层和外部都形成了有机相连接，有利于钙基膨润土的有机化改性。该腐殖酸改性膨润土粘结剂能实现难造球含碳含铁粉尘的造球，不但改善生球强度，且大大降低粘结剂使用量。

本发明的铁矿粉复合造块工艺中含铁粉尘球团料的制备方法还包括以下优选方案：

优选的方案中含碳含铁粉尘为烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰中的至少一种。优选方案中的含碳含铁粉尘基本都为固体废弃物，大部分采取富集堆放，不仅浪费了资源，而且污染了环境；而这些原料都适用于本发明技术方案，可以得到资源化利用。含碳含铁粉尘为满足造球要求，可以将高品位铁精矿与烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰中的至少一种配合使用。

优选的方案中，将天然钙基膨润土破碎、磨细至粒度满足-1mm粒级的质量百分比含量不低于90％后，通过喷洒方式向磨细后的天然钙基膨润土中添加腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液，再在15～25MPa压力条件下压团成型；所得团块陈化3～10天后，经烘干、破碎和研磨，即得腐植酸改性膨润土。优选的腐植酸改性膨润土制备方法具有流程短、操作简单、能耗低的优势。特别是制备得到的腐植酸改性膨润土对难造球含碳含铁粉尘粘结性能好，可有效提高生球强度，且降低粘结剂的用量。

较优选的方案中，压团成型过程中控制天然钙基膨润土与腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液共混物的水分含量为20～50wt％。适当的水分含量会使钙基蒙脱石发生膨胀，钙基蒙脱石晶层间距变大，有利于离子交换，对其进行改性。

较优选的方案中，腐植酸改性膨润土粒度为-200目粒级的质量百分比含量不低于99％。较优选的方案中，含碳含铁粉尘通过高压辊磨至粒度满足-200目粒级的质量百分比含量不低于95％，且比表面积不低于2500cm²/g。腐植酸改性膨润土及含碳含铁粉尘的粒度控制在一定范围有利于造球。

优选的方案中，造球过程中控制生球的直径为5～12mm。

较优选的方案中，有机季铵盐为二甲基双十八烷基氯化铵、三甲基十八烷基氯化铵和三甲基十六烷基溴化铵中的至少一种。优选的有机季铵盐至少含有一个分子量相对较大的长链烷基及季铵阳离子基团，季铵阳离子可以与腐植酸钠酸根离子键合，而长链烷基可以对天然钙基膨润土内部有机改性。

本发明的造球通过圆盘造球机或圆筒造球机实现。

本发明的腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液为市售腐植酸钠和有机季铵盐溶于水得到。

本发明还提供了所述的方法制备的球团料的应用，将应用于铁矿粉复合造块工艺。

优选的应用方法中，含碳含铁粉尘球团料占铁矿粉质量的20～40％。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：通过本发明的技术方案能将难造球含碳含铁粉尘制成落下和抗压强度较高的球团料，使其满足铁矿粉复合造块工艺对粉尘生球强度的要求；同时，相对现有的含碳含铁粉尘球团料制备工艺，大大降低了粘结剂的使用量。将含碳含铁粉尘球团料用于铁矿粉复合造块工艺过程中，能够显著提高含铁粉尘球团料的配比，提高复合造块产品的产质量指标，实现含碳含铁粉尘高效、合理、大规模利用，达到节约二次资源与保护环境的目的。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

以下各例中，所采用的含铁粉尘包括烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰中的一种或几种的混合物。

采用实施例及对比实施例的方法获得粉尘球团料后，用于铁矿复合造块工艺研究时，烧结固定条件为：生球的水分为11％，基体料水分为8.3％，基体料中的焦粉用量为3.2％，折算焦粉总量为4.9％，基体料碱度为1.9，综合碱度为1.8，返矿外配25％，基体料的制粒时间4min，料高700mm，点火时间1.5min，点火温度1100±50℃，点火负压5kPa，保温时间1min，烧结负压10kPa，抽风冷却时间3min，冷却负压5kPa。

实施例1

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:15:10:5进行配料并混匀，使得混合料中的固定碳百分含量占混合料干基质量的7.0％，然后高压辊磨至-200目粒级所占质量百分含量为95％、比表面积为2500cm²/g，再添加1.5％腐植酸改性膨润土粘结剂(制备条件：腐植酸钠干基质量与钙基膨润土干基质量比为1:10，二甲基双十八烷基氯化铵与钙基膨润土干基质量比为2:100；所得混合物水分控制在30％，将膨润土与腐植酸钠的混合物在25MPa的压力下压块；将混合物团块室温下陈化10天，然后于80℃温度下干燥；然后破碎、磨细至-200目粒级所占质量百分含量为100％)，经润磨后进行造球，生球的直径为6～8mm，所获得的生球的落下强度为24次/0.5m，抗压强度为25N/个。将此获得的粉尘生球用于复合造块工艺时，当球团料用量占铁矿粉质量的20％时，获得的垂直烧结速度为21.62mm·min^-1，成品率为72.82％，利用系数为1.463t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度为64.28％。

实施例2

将烧结除尘灰、电炉灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为20:30:15:15:20进行配料并混匀，使得混合料中的固定碳含量占混合料干基质量的1.0％，然后高压辊磨至-200目粒级所占质量百分含量为100％、比表面积为2600cm²/g，再添加1.0％腐植酸改性膨润土粘结剂(制备条件：腐植酸钠干基质量与钙基膨润土干基质量比为3:10，三甲基十八烷基氯化铵与钙基膨润土干基质量比为5:100；所得混合物水分控制在50％，将膨润土与腐植酸钠的混合物在15MPa的压力下压块；将混合物团块室温下陈化5天，然后于80℃温度下干燥；然后破碎、磨细至-200目占100％)，经强力混合后进行造球，生球的直径为8～10mm，所获得的生球的落下强度为22次/0.5m，抗压强度为20N/个。将此获得的粉尘生球用于复合造块工艺时，当球团料用量占铁矿粉质量的40％时，获得的垂直烧结速度为21.40mm·min^-1，成品率为72.01％，利用系数为1.458t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度为65.08％。

对比实施例1

以天然钙基膨润土(未改性)为粘结剂，将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:25:20:10:5进行配料并混匀，使得混合料中的固定碳含量占混合料干基质量的6.0％，然后高压辊磨至-200目粒级所占质量百分含量为96％、比表面积为2550cm²/g，直接添加3.0％天然钙基膨润土经润磨后进行造球，生球的直径为10～12mm，所获得的生球的落下强度为8次/0.5m，抗压强度为12N/个。将此获得的粉尘生球用于复合造块工艺时，当球团料用量占铁矿粉质量的20％时，获得的垂直烧结速度为20.89mm·min^-1，成品率为70.10％，利用系数为1.401t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度为60.12％。

对比实施例2

含铁粉尘混合料不进行高压辊磨预处理，将烧结除尘灰、电炉灰、原料场灰、转炉灰按照质量比为25:15:40:20按照一定的质量比进行配料并混匀，使得混合料中的固定碳含量占混合料干基质量的5.0％，此混合料-200目粒级所占质量百分含量为80％、比表面积为1850cm²/g，然后直接添加1.2％腐植酸改性膨润土粘结剂(制备条件：腐植酸钠干基质量与钙基膨润土干基质量比为2:10，二甲基双十八烷基氯化铵与钙基膨润土干基质量比为3:100；混合物水分控制在30％，将膨润土与腐植酸钠的混合物在20MPa的压力下压块；将混合物团块室温下密封陈化5天，然后于80℃温度下干燥；然后破碎、磨细至-200目占100％)，然后经润磨后进行造球，生球的直径为8～10mm，所获得的生球的落下强度为16次/0.5m，抗压强度为15N/个。将此获得的粉尘生球用于复合造块工艺时，当球团料用量占铁矿粉质量的20％时，获得的垂直烧结速度为21.03mm·min^-1，成品率为70.69％，利用系数为1.412t·m^-2·h^-1，烧结矿转鼓强度为62.14％。

Claims (10)

1.难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：将固定碳含量为1～7wt％的含碳含铁粉尘高压辊磨后，配入占含碳含铁粉尘干基质量0.5～2.0％的腐植酸改性膨润土，进行润磨或强力混合，造球，即得含碳含铁粉尘球团料；

所述的腐植酸改性膨润土通过如下方法制备得到：将腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液喷洒到天然钙基膨润土中后，压团成型，所得团块依次经过陈化、烘干、破碎和研磨，得到腐植酸改性膨润土；其中，腐植酸钠、有机季铵盐与钙基膨润土三者的干基质量比为5～30:1～5:100。

2.根据权利要求1所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：所述的含碳含铁粉尘为烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰中的至少一种；或者为高品位铁精矿与烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰中的至少一种混合物。

3.根据权利要求1所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：将天然钙基膨润土破碎、磨细至粒度满足-1mm粒级的质量百分比含量不低于90％后，通过喷洒方式向磨细后的天然钙基膨润土中添加腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液，再在15～25MPa压力条件下压团成型；所得团块陈化3～10天后，经烘干、破碎和研磨，即得腐植酸改性膨润土。

4.根据权利要求3所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：压团成型过程中控制天然钙基膨润土与腐植酸钠和有机季铵盐混合溶液共混物的水分含量为20～50wt％。

5.根据权利要求3所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：所述的腐植酸改性膨润土粒度为-200目粒级的质量百分比含量不低于99％。

6.根据权利要求3所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：所述的有机季铵盐为二甲基双十八烷基氯化铵、三甲基十八烷基氯化铵和三甲基十六烷基溴化铵中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：所述的造球过程中控制生球的直径为5～12mm。

8.根据权利要求1所述的难造球含碳含铁粉尘球团料的制备方法，其特征在于：所述的含碳含铁粉尘通过高压辊磨至粒度满足-200目粒级的质量百分比含量不低于95％，且比表面积不低于2500cm²/g。

9.权利要求1～8任一项所述的方法制备的球团料的应用，其特征在于：应用于铁矿粉复合造块工艺。

10.根据权利要求7所述的球团料的应用，其特征在于，所述的含碳含铁粉尘球团料干基质量占铁矿粉干基质量的20～40％。