CN105087915B

CN105087915B - 一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法及应用

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Publication number: CN105087915B
Application number: CN201510546467.0A
Authority: CN
Inventors: 张元波; 姜涛; 李光辉; 范晓慧; 许斌; 孙阳; 刘兵兵; 周友连; 苏子键; 彭志伟; 黄柱成; 郭宇峰; 杨永斌; 李骞; 陈许玲; 游志雄; 陈军; 陈迎明; 杜明辉
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: CN105087915A

Abstract

本发明公开了一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法及应用，首先是将细磨后的钙基膨润土与腐植酸钠、羧甲基纤维素钠和丙烯酸混合均匀后，加水制成混合浆液；所得混合浆液通过氢氧化钠溶液调整中和度后，再加入交联剂和引发剂进行反应；反应产物依次进行烘干、破碎和研磨后，即得高吸水性复合粘结剂；制备的高吸水性复合粘结剂用于铁矿球团生产，对造球过程中铁精矿原料水分有很强的适应性，可降低造球过程对铁矿原料水分上限控制的要求，简化球团生产中铁矿原料的干燥预处理流程，且高吸水性复合粘结剂的应用能显著降低膨润土的用量，提高成品球团矿全铁品位，满足工业化生产要求。

Description

一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法和应用，属于冶金工程材料领域。

背景技术

现有铁矿球团生产中，铁精矿原料水分的控制是保证造球效率的重要环节之一。尤其是部分选厂的精矿是采用管道输送，进入球团厂后直接经脱水处理，由于受现有脱水装置工作效率的限制，经脱水后的铁精矿中水分一般都较高，磁铁精矿一般含水9.0～10％，而赤铁精矿含水更高，达10～11％。由于铁精矿原料含水量大，而球团粘结剂(膨润土，有机粘结剂等)适宜的原料水分都远低于上述指标。如果直接采用高水分的铁精矿配加粘结剂造球，将恶化成球过程，导致粘盘现象严重，从而降低造球效率。

实际球团生产中，多采用对入厂原料进行干燥预处理的方法，将铁精矿原料水分降低到粘结剂适宜的原料水分以下，再与粘结剂配料后进行造球，在造球过程中补加水分至适宜的成球水分，获得合格的生球。铁精矿原料的干燥预处理工序不仅会增加生产过程的能耗，而且还会增加烘干设备投资和厂地费用，使球团矿的生产成本增加。

根据调研发现，当前绝大部分球团厂均采用膨润土为粘结剂生产球团。当使用膨润土作粘结剂时，能够起到一定的调节铁矿原料水分的作用，这与膨润土的吸水率大小有直接关系。但膨润土调节水分的能力有限，尤其是天然钙基膨润土吸水率低，适宜的原料水分低、范围窄。虽然钙基膨润土经钠化改性后，其吸水率明显提高，但仍难以适应采用管道输送的精矿脱水后的高原料水分，仍要求现场设置干燥脱水装置才能确保生产过程的顺行。

当铁矿球团中配加膨润土时，不可避免会带来Si、Al等杂质元素，从而降低球团矿的铁品位。针对这一问题，部分球团厂尝试采用有机粘结剂替代或部分替代膨润土以降低膨润土的消耗、提高球团矿的铁品位。实验室试验取得了一定的效果，但工业试验中发现，配加有机粘结剂后对铁矿原料水分的要求更严格，适宜的原料水分进一步降低，加大了入厂铁矿原料干燥脱水的负荷，干燥过程能耗进一步提高。

发明内容

针对现有铁矿球团生产过程中存在粘结剂对铁矿原料水分要求严格，而使用膨润土会降低球团矿铁品位，以及现有粘结剂难以适应铁矿原料水分和成球水分的要求等问题；本发明的目的是在于提供一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法，制备的复合粘结剂具有较高的吸水能力，其2h吸水率能达到800％以上。

本发明的另一个目的是在于提供所述的高吸水性复合粘结剂的应用，将其作为粘结剂应用于铁矿原料造球，可以改善球团强度，提高球团矿全铁品位，特别是非常适应铁矿原料水分上限范围，使铁矿原料无须干燥，直接可以用于造球。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法，该方法是将天然钙基膨润土破碎后，与羧甲基纤维素钠、腐植酸钠与丙烯酸按质量比100:0.01～0.05:5～30:10～30混合，再加水制成混合浆液；所得混合浆液通过氢氧化钠溶液调整中和度至70～85％后，依次向所述混合浆液中添加引发剂和交联剂，在50～80℃温度下搅拌反应，反应产物依次经过干燥、粉碎和研磨，即得。

本发明的技术方案中，丙烯酸在引发剂与交联剂的作用下与羧甲基纤维素钠、腐植酸钠发生复杂的聚合及交联等反应生成网状结构聚合物，而网状结构聚合物通过包裹缠绕等形式将膨润土固定形成稳定的有机-无机复合结构，即高吸水性复合粘结剂。本发明的高吸水性复合粘结剂中含有大量的亲水性-OH，-COOH基团，能够与水分子形成氢键，使整个高吸水性复合粘结剂具有较强的吸水能力，且网状结构聚合物含有大量的孔洞，吸水后能够膨胀数倍，从而对水的吸附容量是自身质量的5-20倍，大大提高了高吸水性复合粘结剂对铁矿原料水分的适应上限，使得铁矿原料无需干燥预处理，直接配加本发明的高吸水性复合粘结剂后即可进行造球。同时，高吸水性复合粘结剂中的极性有机官能团能与铁精矿表面产生化学键合作用，有利于提高生球强度。

本发明的技术方案中，天然钙基膨润土与羧甲基纤维素钠、腐植酸钠及丙烯酸只有按照适当的比例进行反应，才能形成稳定的网络结构聚合物，且能保证聚合物网络结构中含有较多的羟基及羧基等亲水基团。而天然钙基膨润土比例适宜，才能保证生成的聚合物网络结构能将天然钙基膨润土充分缠绕包裹，形成完整的有机-无机复合粘结剂。

本发明的铁矿球团用高吸水性复合粘结剂的制备方法还包括以下优选方案：

优选的方案中，天然钙基膨润土破碎至粒度小于1mm。

优选的方案中，引发剂加入量为丙烯酸质量的0.1～1.0％。

优选的方案中，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠中的至少一种。

优选的方案中，交联剂加入量为丙烯酸质量的0.1～2.0％。

优选的方案中，交联剂为N,N’亚甲基双丙烯酰胺。

优选的方案中，搅拌反应的时间为1～3h。将反应时间控制在一定范围内可有效调节聚合及交联反应等进行的程度。

优选的方案中，干燥在不高于80℃的温度下进行。

优选的方案中，反应产物经干燥、粉碎和研磨后，-0.074mm粒级所占质量百分数不低于99％。

优选的方案中，高吸水性复合粘结剂2h吸水率在800％以上。

本发明还提供了所述的高吸水性复合粘结剂的应用，是将高吸水性复合粘结剂应用于铁精矿造球。

本发明的技术方案中，高吸水性复合粘结剂直接添加到铁精矿中，混匀后即可造球。适应的铁精矿原料水分上限可提高到9～11wt％。

优选的应用方法中，高吸水性粘结剂干基质量占铁精矿干基质量的0.5～1.0％。

优选的应用方法中，铁精矿粒度满足-0.074mm粒级的质量百分比含量不低于80％，且比表面积不低于1200cm²/g；可适应的铁精矿原料水分范围为9～11wt％。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：本发明首次以天然钙基膨润土与羧甲基纤维素钠、腐植酸钠及丙烯酸复配制备高吸水性复合粘结剂，其2h吸水率能达到800％以上。将高吸水性复合粘结剂直接加入到铁精矿原料中，粘结剂能吸持大量水分，因而提高了粘结剂对铁矿原料水分的适宜上限，实际生产中经脱水后的铁精矿原料可不经烘干处理，配加复合粘结剂后即可直接组织生产，从而减少烘干设备投资成本和干燥过程能耗。特别是将本发明制备的高吸水性复合粘结剂用于生产中，在粘结剂用量占铁精矿干基质量0.5～1.0％范围内，生球的落下强度4～8次/0.5m，爆裂温度大于500℃，预热球团抗压强度大于450N/个以上，焙烧球团抗压强度达2500N/个以上。相比于2％的膨润土球团，0.5％的复合粘结剂成品球团矿的全铁品位可提高1.0％以上。

附图说明

【图1】为高吸水性复合粘结剂制备的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。

以下各例中，使用的磁铁精矿粒度为-0.074mm粒级所占质量百分含量为82％、比表面积为1320cm²/g；球团的预热、焙烧条件固定为：预热温度为950℃，预热时间为10min，焙烧温度为1250℃，焙烧时间为10min。

对比实施例1

以天然钙基膨润土为粘结剂进行造球：

将天然钙基膨润土(-0.074mm粒级为99.5％，其2h吸水率为160％)按照占磁铁精矿干基质量2％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为8.0％，然后造球，获得生球的适宜水分为9.0％，生球落下强度为2.8次/0.5m，抗压强度为11.2N/个，爆裂温度为628℃，预热球抗压强度为451N/个，焙烧球抗压强度为2630N/个，成品球全铁品位TFe为67.26％。

对比实施例2

以腐植酸钠为粘结剂进行造球：

将腐植酸钠按照占磁铁精矿干基质量1％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为7.0％，所获得的生球适宜水分为8.3％，生球落下强度为3.2次/0.5m，抗压强度为10.2N/个，爆裂温度为450℃，预热球抗压强度为420N/个，焙烧球抗压强度为2322N/个，成品球全铁品位TFe为68.33％。

对比实施例3

首先将天然钙基膨润土破碎至粒度小于1.0mm，将羧甲基纤维素钠：腐植酸钠：膨润土：丙烯酸按照0.01:5:100:10的质量百分比混合均匀，加水制成混合浆液；然后采用NaOH溶液调整混合浆液的中和度至70％；依次加入占丙烯酸质量0.1％的引发剂和0.1％的交联剂，再将混合浆液置于50℃的温度下搅拌反应1h，然后在80℃的温度下烘干，再将干燥后的样品破碎并研磨至-0.074mm粒级所占质量百分含量为99％，即得高吸水性复合粘结剂，其2h吸水率达到820％。

应用时，将复合粘结剂按照占磁铁精矿干基质量0.2％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为7.0％，所获得的生球适宜水分为7.6％，生球落下强度仅为1.6次/0.5m，抗压强度为9.2N/个，爆裂温度为600℃，预热球抗压强度为380N/个，焙烧球抗压强度为2032N/个，成品球全铁品位TFe为68.35％。与配加0.5～1.0％粘结剂的实施例相比，落下抗压强度明显下降。

对比实施例4

应用时，按对比实施例3的方法制备复合粘结剂，将复合粘结剂按照占磁铁精矿干基质量1.5％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为11％，所获得的生球适宜水分为15％，生球落下强度为4.6次/0.5m，抗压强度为7.2N/个，爆裂温度为360℃，预热球抗压强度为340N/个，焙烧球抗压强度为1864N/个，成品球全铁品位TFe为67.55％。与配加0.5～1.0％复合粘结剂的实施例相比，生球的抗压和爆裂温度下降明显，预热焙烧强度无法满足工业生产要求。

以下实施例1～3中天然钙基膨润土破碎至粒度小于1.0mm。

实施例1

将羧甲基纤维素钠：腐植酸钠：膨润土：丙烯酸按照0.01:5:100:10的质量百分比混合均匀，加水制成混合浆液；然后采用NaOH溶液调整混合浆液的中和度至70％；依次加入占丙烯酸质量0.1％的引发剂和0.1％的交联剂，再将混合浆液置于50℃的温度下搅拌反应1h，然后在80℃的温度下烘干，再将干燥后的样品破碎并研磨至-0.074mm粒级所占质量百分含量为99％，即得高吸水性复合粘结剂，其2h吸水率达到820％。

应用时，将复合粘结剂按照占磁铁精矿干基质量0.5％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为9.0％，所获得的生球适宜水分为9.6％，生球落下强度为4.2次/0.5m，抗压强度为14.2N/个，爆裂温度为580℃，预热球抗压强度为511N/个，焙烧球抗压强度为2532N/个，成品球全铁品位TFe为68.28％。

实施例2

将羧甲基纤维素钠:腐植酸钠:膨润土:丙烯酸按照0.03:15:100:10的质量百分比混合均匀，加水制成混合浆液；然后采用NaOH溶液调整混合浆液的中和度至75％；依次加入占丙烯酸质量0.5％的引发剂和1.0％的交联剂，再将混合浆液置于65℃的温度下搅拌反应2h，然后在80℃的温度下烘干，再将干燥后的样品破碎并研磨至-0.074mm粒级所占质量百分含量为99％，即得高吸水性复合粘结剂，其2h吸水率达到1260％。

应用时，将复合粘结剂按照占磁铁精矿干基质量0.75％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为9.7％，所获得的生球适宜水分为10.4％，生球落下强度为7.5次/0.5m，抗压强度为12.5N/个，爆裂温度为556℃，预热球抗压强度为477N/个，焙烧球抗压强度为2615N/个，成品球全铁品位TFe为68.15％。

实施例3

将羧甲基纤维素钠:腐植酸钠:膨润土:丙烯酸按照0.05:30:100:10的质量百分比混合均匀，加水制成混合浆液；然后采用NaOH溶液调整混合浆液的中和度至80％；依次加入占丙烯酸质量1.0％的引发剂和2.0％的交联剂，再将混合浆液置于80℃的温度下搅拌反应3h，然后在80℃的温度下烘干，再将干燥后的样品破碎并研磨至-0.074mm粒级所占质量百分含量为99％，即得高吸水性复合粘结剂，其2h吸水率达到1830％。

应用时，将复合粘结剂按照占磁铁精矿干基质量1.0％的比例加入到磁铁精矿中并混匀，混合料水分为10.3％，所获得的生球适宜水分为10.9％，生球落下强度为9.6次/0.5m，抗压强度为11.6N/个，爆裂温度为528℃，预热球抗压强度为456N/个，焙烧球抗压强度为2722N/个，成品球全铁品位TFe为67.98％。

Claims

1.一种高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：将高吸水性复合粘结剂应用于铁精矿造球；

所述的高吸水性复合粘结剂通过以下方法制备得到：将天然钙基膨润土破碎后，与羧甲基纤维素钠、腐植酸钠与丙烯酸按质量比100:0.01～0.05:5～30:10～30混合，再加水制成混合浆液；所得混合浆液通过氢氧化钠溶液调整中和度至70～85％后，依次向所述混合浆液中添加引发剂和交联剂，在50～80℃温度下搅拌反应，反应产物依次经过干燥、粉碎和研磨，即得。

2.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：所述的天然钙基膨润土破碎至粒度小于1mm。

3.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：所述的引发剂加入量为丙烯酸质量的0.1～1.0％；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、亚硫酸氢钠中的至少一种；所述的交联剂加入量为丙烯酸质量的0.1～2.0％；所述的交联剂为N,N’亚甲基双丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：搅拌反应的时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：所述的干燥在不高于80℃的温度下进行。

6.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：所述的反应产物研磨至粒度满足-0.074mm粒级的质量百分比含量不低于99％。

7.根据权利要求1～6任一项所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于：所述的高吸水性复合粘结剂2h吸水率在800％以上。

8.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于，所述的高吸水性干基质量占铁精矿干基质量的0.5～1.0％。

9.根据权利要求1所述的高吸水性复合粘结剂的应用，其特征在于，所述的铁精矿粒度满足-0.074mm粒级的质量百分含量不低于80％，且比表面积不低于1200cm²/g，可适应的铁精矿原料水分范围为9～11wt％。