CN107974558A - 用于生产含碳球团的粘结剂、含碳球团及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于生产含碳球团的粘结剂、含碳球团及其制备方法，其中，粘结剂按重量份数计，包括1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉及0.03～0.05份烧碱。包含该粘结剂的含碳球团按重量份数计包括：100份红土镍矿、25～28份还原煤、12～15份石灰石、1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉和0.03～0.05份烧碱。该含碳球团的制备方法为：先将红土镍矿、还原煤、石灰石和膨润土按照质量比配料得到第一配料组，并将淀粉和烧碱和水按照质量比配料、溶解搅拌得到第二混合物；然后将第一配料组和第二混合物混合，得到第三混合物，送入压球机中生产湿含碳球团、烘干即得。本发明的粘结剂添加量少，能够与红土镍矿混合均匀，生产的含碳球团成型性好，落下强度、抗压强度等显著提升。

Description

用于生产含碳球团的粘结剂、含碳球团及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种粘结剂以及该粘结剂的应用，特别涉及一种用于红土镍矿生产含碳球团工艺的粘结剂、包含该粘结剂的含碳球团以及该含碳球团的制备方法。

背景技术

镍作为钢的合金元素可以增加钢的耐腐蚀性、耐氧化性、可塑性、可焊接性和低温韧性等诸多性能，被广泛用于不锈钢的生产中。30年来，全球镍铁需求量的年增长率超过5％，最近几年，亚洲地区的镍铁需求量年增长率甚至高达10％左右。随着世界对镍铁需求量的不断增加，可供开发的硫化镍矿资源日趋枯竭，人们不得不把目光转向于红土镍矿资源的开发。

当前，冶炼红土镍矿分为湿法冶炼及火法冶炼。湿法冶炼主要有氨浸法及酸浸法，主要缺点是投资成本高，生产中耗水量大，且废水难以处理。火法冶炼主要包括电炉熔炼工艺(RKEF)和鼓风炉熔炼工艺，主要处理含镍品位高的变质橄榄岩，含Ni1.5～3％。电炉熔炼工艺使用电极加热镍矿石，用煤作为还原剂。在加入电炉熔炼之前需要使用回转窑对镍矿石进行预处理，将镍矿石制成焙砂，然后加入电炉进行还原熔炼。该工艺的缺点是回转窑还原温度不高，只有800℃左右，预还原效果不好；能耗高，易结圈。鼓风炉熔炼工艺是使用焦炭提供熔化镍矿所需的热量并且用作还原剂，在加入鼓风炉熔炼之前镍矿石需要用烧结机进行烧结。该工艺的缺点是烧结工艺能耗高，环境污染大；还原剂为焦炭，导致熔炼成本高，且操作环境差，易造成环境污染。

红土镍矿直接还原提铁，是将铁氧化物用还原剂在低于产生液态铁的温度下还原成高品位的金属铁。大量工艺研究结果表明：对红土镍矿进行直接还原-磨矿磁选工艺处理，可获得品位TFe50％、Ni 10％的镍铁精粉，且镍铁回收率在90％以上，该工艺被认为是较为可行的，且最有可能实现大规模工业化的技术。

红土镍矿直接还原提铁工艺，要求红土镍矿与还原煤、石灰石均匀混合后，制成含碳球团，要求球团落下强度、抗压强度满足后续烘干、直接还原工艺流程。但红土镍矿表面亲水性差，同时配入的还原煤、石灰石亦为疏水型物料，难以将这三种物料采用造球工艺，生产含碳球团。根据我国冶金行业球团矿生产，添加常规粘结剂生产含碳球团，粘结剂添加量大，成球过程中，返矿率高达25～30％；在干燥过程中，反应速度慢，影响产量，增加了能耗。同时，配入大量的粘结剂，影响原料铁品位，带入大量杂质成分，影响还原的能耗和产量，对生产成本、经济效益影响大。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的红土镍矿生产含碳球团难成型、含碳球团落下强度、抗压强度难以满足后续生产工序等问题，本发明提供一种用于红土镍矿生产含碳球团的粘结剂，并提供一种包含该粘结剂的含碳球团以及含碳球团的制备方法。

技术方案：本发明所述的用于红土镍矿生产含碳球团的粘结剂，其按重量份数计，包括1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉及0.03～0.05份烧碱。

本发明所述的含碳球团，按重量份数计包括下述组分：100份红土镍矿、25～28份还原煤、12～15份石灰石和粘结剂，该粘结剂包括1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉以及0.03～0.05份烧碱。

优选的，粘结剂的配入量为红土镍矿重量的2.44％，且粘结剂中，膨润土、淀粉和烧碱的质量比为2:0.4:0.04。

本发明所述的含碳球团的制备方法，包括下述步骤：

(1)配料：将红土镍矿、还原煤、石灰石和膨润土按质量比100:25～28:12～15:1.5～2.5配料，得到第一配料组；将淀粉、烧碱和水按照质量比0.3～0.5:0.03～0.05:6配料，溶解搅拌15～35min，得到第二混合物；

(2)混合：将第一配料组和第二混合物送入混合机，混合2～4min，得到第三混合物；

(3)造粒：将第三混合物送入压球机中生产湿含碳球团，烘干。

上述步骤(2)中，淀粉和烧碱的溶解搅拌时间最好为25min。

优选的，红土镍矿中至少80％的颗粒粒度在200目左右(小于0.074mm)，使粘结剂的成球性能较优。进一步的，红土镍矿的含水量～15％。

还原煤、石灰石中最好也分别有80％以上的颗粒粒度为200目左右(小于0.074mm)，从而提高粘结剂成球性能；两者的含水量～10％。

发明原理：红土镍矿、还原煤、石灰石为疏水性物料，难以使这三种物料均匀的粘附在一起。淀粉具有有机大分子结构、表面活性基团亲水性好，充分溶解于水中容易形成网状薄膜结构，使网状薄膜结构包覆在三种物料的表面，改变物料表面的亲水性，使物料由疏水性矿物变为亲水性矿物，通过添加膨润土，实现三种物料的均匀粘附在一起，制备含碳球团。因淀粉溶解性较差、易团聚，通过添加烧碱粘结剂，将烧碱粘结剂预先溶解与水中，通过搅拌加快淀粉的溶解。三种粘结剂相互作用，实现粘结吸附的效果。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的粘结剂包括膨润土、淀粉和烧碱三种组分，三者按配比混合用于制备含碳球团时，粘结剂整体添加量少，能够有效节省含碳球团的生产成本，降低能耗；(2)以该粘结剂为原料制得的含碳球团品质均匀性好，落下强度和抗压强度显著提高，其平均落下强度可达4次/(个·0.5m)，平均抗压强度为20N/个；(3)本发明中制备含碳球团时，将微量粘结剂溶入水中添加，保证了微量粘结剂与红土镍矿混合的均匀性，实现红土镍矿与石灰石、还原煤等物料均匀分布、颗粒间形成微孔结构，大大降低了含碳球团的成型难度，提高后续直接还原效果，提高铁精粉回收率；而且，本发明的制备方法对原料红土镍矿的品质没有特定要求，同时工艺操作简单，能够实现全自动化，生产能力大。

附图说明

图1为现有技术中添加单一常规粘结剂制得的含碳球团的性能指标；

图2为粘结剂不同配比下，本发明制得的含碳球团的平均落下强度指标；

图3为粘结剂不同配比下，本发明制得的含碳球团的平均抗压强度指标；

图4为0.4％淀粉+0.04％烧碱配比下，本发明制得的含碳球团的性能指标。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

冶金行业球团矿生产中，粘结剂对含碳球团的性能影响很大，现有工艺中通常使用单一常规粘结剂(膨润土)生产含碳球团，制得含碳球团的性能指标如图1，可以看到，含碳球团的落下强度较低，难以满足后续烘干、还原工艺要求。

通过对粘结剂的性质进行研究和分析后，本发明提供一种新型的粘结剂，其包括第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂，第一粘结剂、第二粘结剂、第三粘结剂分别为膨润土、淀粉和烧碱，其中，膨润土为1.5～2.5重量份，淀粉为0.3～0.5重量份，烧碱为0.03～0.05重量份。

三种粘结剂按比例配料，以不同添加方式与红土镍矿等原料混合造球，得到本发明的含碳球团，含碳球团中，按重量份数计，具体包括：红土镍矿100份、还原煤25～28份、石灰石12～15份、膨润土1.5～2.5份、淀粉0.3～0.5份和烧碱0.03～0.05份。

本发明的含碳球团的制备方法如下：首先将红土镍矿与还原煤、石灰石、膨润土按比例配料，烧碱、淀粉按比例配料后加水溶解搅拌，6种物料送入混合机混匀后，用压球机生产湿含碳球团，低温烘干后得到含碳球团，供转底炉直接还原-磨矿磁选生产铁精粉。

实施例1

原料：红土镍矿为铜冶炼尾渣经选铜后的二次尾渣，其粒度为～200目，含水量～15％，即红土镍矿的含量＞85％；还原煤、石灰石粒度为200目左右，含水量～10％，即还原煤、石灰石含量大于70％。

将红土镍矿、还原煤、石灰石、膨润土按比例配料，配比为100:27:14:2.5；将淀粉、烧碱和水按比例配料，溶解搅拌25min，配比为0.5:0.05:6；配比后的物料送入强力混合机，混匀时间3min，得到混合物；混合物送入压球机中生产湿含碳球团、烘干。

制得的含碳球团为椭圆形，粒径为20×30×40mm。含碳球团平均落下强度为5.07次/(个·0.5m)，平均抗压强度约16.3N/个。

实施例2

原料同实施例1。

将红土镍矿、还原煤、石灰石、膨润土按比例配料，配比为100:27:14:2；将淀粉、烧碱和水按比例配料，溶解搅拌25min，配比为0.4:0.04:6；配比后的物料送入强力混合机，混匀时间3min，得到混合物；混合物送入压球机中生产湿含碳球团、烘干。

制得的含碳球团为椭圆形，粒径为20×30×40mm。含碳球团平均落下强度为4.30次/(个·0.5m)，平均抗压强度约21.1N/个。

实施例3

原料同实施例1。

将红土镍矿、还原煤、石灰石、膨润土按比例配料，配比为100:27:14:1.5；将淀粉、烧碱和水按比例配料，溶解搅拌25min，配比为0.3:0.03:6；配比后的物料送入强力混合机，混匀时间3min，得到混合物；混合物送入压球机中生产湿含碳球团、烘干。

制得的含碳球团为椭圆形，粒径为20×30×40mm。含碳球团平均落下强度为3.35次/(个·0.5m)，平均抗压强度约25.5N/个。

实施例4

参照实施例1的方法，改变粘结剂中各组分的含量，测试制得的含碳球团的落下强度和抗压强度，如图2和图3。

可以看到，含碳球团的落下强度与粘结剂中膨润土的用量基本呈正相关，同一淀粉+烧碱配比下，随膨润土用量的增加，落下强度呈上升趋势，尤其是膨润土用量为1.5～2.5份时，随其用量增加含碳球团的落下强度显著提升，当膨润土用量大于2.5份时，随其含量增加含碳球团的落下强度变化不大；同时，落下强度也与淀粉+烧碱的含量基本呈正相关，膨润土用量相同的情况下，淀粉+烧碱的配比越高，落下强度越高，尤其是淀粉+烧碱的配比为0.3～0.5+0.03～0.05份时，落下强度大大提高。可见，膨润土、淀粉、烧碱这三种粘结剂配合使用产生了协同作用，使含碳球团的落下强度明显提升。

相反，含碳球团的抗压强度与粘结剂中膨润土的用量以及淀粉+烧碱的含量基本呈负相关。随膨润土用量的增加或者淀粉+烧碱配比的增加，抗压强度呈缓慢下降趋势。

综合而言，当淀粉、烧碱的配比为0.4％淀粉+0.04％烧碱时，生产的含碳球团的性能最佳，如图4，其落下强度较之现有技术获得了很大提升，且抗压强度随膨润土的用量变化与现有技术相近；尤其是在0.4％淀粉+0.04％烧碱+2％膨润土配比下，平均落下强度达到4.3次/(个·0.5m)，平均抗压强度约21.1N/个，综合强度最优。

Claims (7)

1.一种用于红土镍矿生产含碳球团的粘结剂，其特征在于，该粘结剂按重量份数计，包括1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉及0.03～0.05份烧碱。

2.一种含碳球团，其特征在于，按重量份数计包括下述组分：100份红土镍矿、25～28份还原煤、12～15份石灰石和粘结剂，其中，所述粘结剂包括1.5～2.5份膨润土、0.3～0.5份淀粉以及0.03～0.05份烧碱。

3.根据权利要求2所述的含碳球团，其特征在于，所述粘结剂的配入量为红土镍矿重量的2.44％，且粘结剂中膨润土、淀粉和烧碱的质量比为2:0.4:0.04。

4.一种权利要求2所述的含碳球团的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将红土镍矿、还原煤、石灰石和膨润土按照质量比100:25～28:12～15:1.5～2.5配料，得到第一配料组；将淀粉、烧碱和水按照质量比0.3～0.5:0.03～0.05:6配料，溶解搅拌15～35min，得到第二混合物；

(2)将第一配料组和第二混合物送入混合机，混合2～4min，得到第三混合物；

(3)将第三混合物送入压球机中生产湿含碳球团，烘干即得。

5.根据权利要求4所述的含碳球团的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述淀粉和烧碱的溶解搅拌时间为25min。

6.根据权利要求4所述的含碳球团的制备方法，其特征在于，所述红土镍矿中至少80％的颗粒粒度小于0.074mm。

7.根据权利要求4所述的含碳球团的制备方法，其特征在于，所述还原煤、石灰石中至少80％的颗粒粒度小于0.074mm。