CN108165737A - 一种粉煤灰粘结剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉煤灰粘结剂及其制备和使用方法，属于钢铁工业球团生产技术领域，解决中西部地区粉煤灰产生量大、消耗能力较差、利用率低的问题。粉煤灰粘结剂由以下成分组成：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO2、KO、NaO；制备方法包括精选粒度和检验粉煤灰中CaO的含量；造团、制粒和压球的方法为将粘接剂按质量比加入铁精矿、难选矿粉矿或烧结除尘灰中，混匀、冷压、干燥得到球团或球团。本发明为目前尚无法利用堆存影响环境的粉煤灰寻找了一个新的利用途径，也为球团造球、粉矿制粒、除尘灰冷压球降低成本发挥一定的作用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁工业球团生产技术领域，具体涉及一种粉煤灰粘结剂及其制备和使用方法。
背景技术
2016年1-7月份，我国全国规模以上电厂发电量33121亿千瓦时，同比增长2.0%，其中水电发电量同比增长13.2%，核电发电量同比增长24.5%，风电发电量同比增长26.1%，而火电发电量（占总发电量的约74%）同比下降1.9%，这也证明了未来我国电力能源结构的发展趋势。由此可以判断，未来一段时期内，我国火力发电的主体地位不会改变，但是未来电力需要增长将主要靠发展水电、风电、核电等清洁能源来供应，粉煤灰产生量不会有大幅增加，但仍将维持在目前的较高水平。结合中国电力联合会的预测，未来五年我国粉煤灰的产生量预计在5.6-6.1亿吨/年。从长期来看，我国粉煤灰的产生量可能会呈现缓慢下降的趋势。
我国粉煤灰主要应用于建材、道路工程、回填工程、农业、矿物提取等领域。在建材工业，粉煤灰主要用于水泥，商品混凝土以及粉煤灰砖、加气混凝土制品等新型墙体材料的生产；在筑路工程中，粉煤灰的主要利用形式是作为道路的路基，以及作为道路的路面混凝土掺合料。在农业中，粉煤灰主要用于土壤改良。粉煤灰在其他方面的潜在利用，包括粉煤灰提取氧化铝和白炭黑、粉煤灰选铁选碳等。
中国粉煤灰存在着严重的地区分布不均衡的问题。在东南沿海等发达地区以及一些大型城市，粉煤灰已经被完全资源化利用，甚至出现供不应求的局面，而山西、内蒙古、新疆等煤电产区，由于粉煤灰产生量大，而且消纳能力有限，粉煤灰利用率很低。目前，未被综合利用的1亿多吨粉煤灰基本都集中在这些区域。
而球团矿作为良好的高炉炉料，不仅具有品位高、强度好、易还原、粒度均匀等优点，而且酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配，可以构成高炉合理的炉料结构，使得高炉达到增产节焦、提高经济效益的目的，因而近年来国内炼铁球团矿产量和用量大幅增加，中小型高炉普遍使用，年用量达到1.8-2亿吨。不论是竖炉或链篦机-回转窑焙烧球团矿，均需要将细粒级铁精矿造成球，满足生球抗压强度、落下强度、爆裂温度、干球抗压强度、成品球抗压强度的要求，就需要配入一定比例的粘结剂来保证以上强度的要求，国内普遍使用膨润土作为球团粘结剂，球团配比为2-3%，年用量约500万吨，膨润土需要开采、加工，钢铁企业采购到厂价约为350元/t，与作为电厂固废处理的粉煤灰相比成本高。同时，国内难选铁矿石粉矿制粒、炼钢除尘灰等冷压球也需配入一定量的粘结剂，普遍使用膨润土。
发明内容
本发明的目的是提供一种粉煤灰粘结剂及其制备和使用方法，以解决中西部地区粉煤灰产生量大、消耗能力较差、利用率低的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种粉煤灰粘结剂由以下质量百分比的原料制成：SiO230-50%、Al2O315-25%、Fe2O35-10%、CaO8-20%、MgO2-2.5%、SO21-5%、KO0.3-1.5%、NaO0.5-2%。
一种制备权利要求1所述的粉煤灰粘结剂的方法，包括以下步骤：
步骤一、精选粒度：
按照质量百分比将原料搅拌混合至均匀，去除+0.074mm粒级粉煤灰，使-0.074mm粒级的粉煤灰占总质量的95-100%；
步骤二、检验粉煤灰中CaO的含量：
若CaO的含量小于10%，加入CaO粉或0.1-0.5%的CaCl2粉；若CaO的含量不小于10%，不加。
上述步骤二中所述加入CaO粉或CaCl2粉后粉煤灰中CaO的含量不小于20%。
一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂造球的方法，包括以下步骤：将粘接剂按质量比1-2.5%直接加入铁精矿或将粘接剂水化制浆后按质量比1-2.5%均匀加入铁精矿中，混匀、造球、干燥、焙烧，得到高炉用氧化球团。
所述高炉用氧化球团的造球粒度为10-12.5mm，湿球落下次数≥4次/0.5m、抗压强度≥10N/个，干球抗压强度≥22N/个，预热球抗压强度≥500N/个，焙烧球团抗压强度≥2500N/个。
一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂制粒的方法，包括以下步骤：将粘接剂按质量比0.5-2.5%加入-1mm难选矿粉矿中，混匀、制粒、干燥、磁化焙烧，得到难选矿焙烧矿。
所述难选矿焙烧矿的制粒粒度为2-10mm，湿球落下强度≥2次/0.5m、磁化焙烧后粉化率≤30%。
一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂压球的方法，包括以下步骤：将粘结剂按质量比1-3%加入烧结除尘灰中，混匀、冷压、干燥，得到烧结除尘灰冷压球。
所述烧结除尘灰冷压球的规格为30mm×50mm，湿球落下强度≥8次/0.5m、湿球抗压强度≥400N/个、干球抗压强度≥1800N/个。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
本发明根据粉煤灰成分及性质与膨润土相似的特点，通过粉煤灰替代膨润土对铁精矿造球、难选铁矿石粉矿制粒、炼钢除尘灰冷压球，质量满足下道工序使用要求，提供了一种粉煤灰作为粘结剂使用的新方法。在制备本发明粘结剂时，针对CaO含量低于10%的粉煤灰，通过配加石灰石CaO粉或配加CaCl2粉来解决450-500℃爆裂问题。本发明选择粉煤灰替代膨润土作为粘结剂，一是成本低，膨润土每吨350-500元，按2%比例配入，每吨球团矿配加膨润土成本为7-10元，一般钢铁企业附近都有发电厂，粉煤灰分级、运输成本按60-100元/t测算，按2%比例配入，每吨球团矿配加粉煤灰成本为1.2-2元，球团矿降低成本5.8-8元/t；二是球团质量符合下道工序使用要求；三是提高粉煤灰使用量，按替代一半膨润土计算，年用量约250万吨，年节约成本7亿元以上，效益显著。本发明为目前尚无法利用堆存影响环境的粉煤灰寻找了一个新的利用途径，也为球团造球、粉矿制粒、除尘灰冷压球降低成本发挥一定的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量35%、Al2O3含量20%、Fe2O3含量8%、CaO含量16%、MgO含量2%、SO2含量1.2%、KO含量1.5%、NaO含量1.0%。粒度为：-0.074mm占99%。
铁精矿球团用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为2%，经过混匀、造球，得到湿球， 100℃烘干，得到干球；960℃预热12分钟，获得预热球；1200℃焙烧15分钟，获得焙烧球团矿；分别对所得到的球团矿进行检测：制备的湿球落下强度为9次/0.5m，抗压强度为18N/个，干球抗压强度36N/个，预热球抗压强度680N/个，焙烧球团抗压强度2860N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低球团矿成本5元/t。
实施例2：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量40%、Al2O3含量18%、Fe2O3含量7%、CaO含量15%、MgO含量2.2%、SO2含量1.5%、KO含量1.2%、NaO含量0.8%。
铁精矿球团用粉煤灰粘结剂水化配入质量百分比例为1.8%，经过混匀、造球，得到湿球，100℃烘干，得到干球；960℃预热12分钟，获得预热球；1200℃焙烧15分钟，获得焙烧球团矿；分别对所得到的球团矿进行检测：制备的湿球落下强度为11.2次/0.5m，抗压强度为21N/个，干球抗压强度37N/个，预热球抗压强度620N/个，焙烧球团抗压强度2900N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低球团矿成本4.5元/t。
实施例3：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量41%、Al2O3含量18%、Fe2O3含量9%、CaO含量13%、MgO含量2.2%、SO2含量2.1%、KO含量0.8%、NaO含量1.2%。
铁精矿球团用粉煤灰粘结剂水化配入质量百分比例为1.6%，经过混匀、造球，得到湿球，100℃烘干，得到干球；960℃预热12分钟，获得预热球；1200℃焙烧15分钟，获得焙烧球团矿；分别对所得到的球团矿进行检测：制备的湿球落下强度为10.2次/0.5m，抗压强度为15N/个，干球抗压强度31N/个，预热球抗压强度580N/个，焙烧球团抗压强度2800N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低球团矿成本4元/t。
实施例4：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量49%、Al2O3含量25%、Fe2O3含量5%、CaO含量15%、MgO含量2%、SO2含量1%、KO含量1.5%、NaO含量0.5%。粒度为：-0.074mm占95%。
竖炉球团铁精矿造球用粉煤灰粘结剂水化配入质量百分比例为2.5%，经过混匀、造球，得到湿球，100℃烘干，得到干球；960℃预热12分钟，获得预热球；1200℃焙烧15分钟，获得焙烧球团矿；分别对所得到的球团矿进行检测：粒度为10-12.5mm，制备的湿球落下强度为4次/0.5m，抗压强度为10N/个，干球抗压强度22N/个，预热球抗压强度500N/个，焙烧球团抗压强度2500N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低球团矿成本6.25元/t。
实施例5：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量50%、Al2O3含量25%、Fe2O3含量10%、CaO含量8%、MgO含量2%、SO2含量1%、KO含量1.5%、NaO含量0.5%。粒度为：-0.074mm占95%。
由于CaO含量低于10%，因此，需向粉煤灰中配入5.9%CaO含量95%的石灰石粉，使CaO含量达到15%。
竖炉球团铁精矿造球用粉煤灰粘结剂水化配入质量百分比例为1%，经过混匀、造球，得到湿球，100℃烘干，得到干球；960℃预热12分钟，获得预热球；1200℃焙烧15分钟，获得焙烧球团矿；分别对所得到的球团矿进行检测：粒度为10-12.5mm，制备的湿球落下强度为5次/0.5m，抗压强度为16N/个，干球抗压强度26N/个，预热球抗压强度500N/个，焙烧球团抗压强度2700N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，CaO含量95%的石灰石粉采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低球团矿成本1.25元/t。
实施例1-5均满足高炉生产对球团矿强度的要求，湿球落下强度为4次/0.5m、抗压强度为/10N/个，干球抗压强度22N/个，预热球抗压强度500N/个，焙烧球团抗压强度2500N/个。
实施例6：
经干式风力选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量35%、Al2O3含量20%、Fe2O3含量8%、CaO含量16%、MgO含量2%、SO2含量1.2%、KO含量1.5%、NaO含量1.0%。粒度为：-0.074mm占99%。
-1mm难选矿粉矿制粒用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为2%，经过混匀、制粒2-10mm，得到湿球，检测湿球落下强度；送入回转窑进行磁化焙烧，对焙烧矿进行粉化率检测：制粒粒度为2-9.5mm，制备的湿球落下强度为2.2次/0.5m，回转窑磁化焙烧后粉化率检测为26%。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低-1mm难选矿粉矿制粒成本5元/t。
实施例7
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量40%、Al2O3含量18%、Fe2O3含量7%、CaO含量15%、MgO含量2.2%、SO2含量1.5%、KO含量1.2%、NaO含量0.8%。
-1mm难选矿粉矿制粒用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为2%，经过混匀、制粒2-10mm，得到湿球，检测湿球落下强度；送入回转窑进行磁化焙烧，对焙烧矿进行粉化率检测：制粒粒度为2-8.5mm，制备的湿球落下强度为2.3次/0.5m，回转窑磁化焙烧后粉化率检测为28%。
所用粉煤灰粘结剂采购价80元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低-1mm难选矿粉矿制粒成本5.4元/t。
实施例8
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量41%、Al2O3含量15%、Fe2O3含量9%、CaO含量13%、MgO含量2.2%、SO2含量2.1%、KO含量0.8%、NaO含量1.2%。
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所用粉煤灰粘结剂采购价70元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低-1mm难选矿粉矿制粒成本5.6元/t。
实施例9：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量50%、Al2O3含量24%、Fe2O3含量5%、CaO含量15%、MgO含量2%、SO2含量1%、KO含量1.5%、NaO含量0.5%。粒度为：-0.074mm占95%。
-1mm难选矿粉矿制粒用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为2.5%，制粒粒度为2-10mm，制备的湿球落下强度为2次/0.5m，回转窑磁化焙烧后粉化率检测为30%。所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低-1mm难选矿粉矿制粒成本6.25元/t。
实施例10
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料质量百分比为：SiO2含量30%、Al2O3含量25%、Fe2O3含量10%、CaO含量20%、MgO含量2.5%、SO2含量5%、KO含量0.3%、NaO含量2%。粒度为：-0.074mm占100%。
-1mm难选矿粉矿制粒用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为0.5%，制粒粒度为2-10mm，制备的湿球落下强度为2.5次/0.5m，回转窑磁化焙烧后粉化率检测为26%。所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低-1mm难选矿粉矿制粒成本1.25元/t。
实施例11：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量50%、Al2O3含量24%、Fe2O3含量5%、CaO含量14%、MgO含量2%、SO2含量1%、KO含量1.5%、NaO含量0.5%。粒度为：-0.074mm占95%。
由于CaO含量低于15%，因此，配入0.1%CaCl2粉，以解决球团爆裂问题。
炼钢除尘灰冷压球用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为1%，经检验：压球粒度为30mm×50mm，湿球落下强度8次/0.5m、湿球抗压强度400N/个、干球抗压强度1800N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低炼钢除尘灰冷压球成本2.5元/t。
实施例12：
经干式离心选粉机处理后的粉煤灰粘结剂，原料的质量百分比为：SiO2含量50%、Al2O3含量25%、Fe2O3含量5%、CaO含量13%、MgO含量2%、SO2含量1%、KO含量1.5%、NaO含量0.5%。粒度为：-0.074mm占95%。
由于CaO含量低于15%，因此，配入0.5%CaCl2粉，以解决球团爆裂问题。
炼钢除尘灰冷压球用粉煤灰粘结剂干粉配入质量百分比例为3%，经检验：压球粒度为30mm×50mm，湿球落下强度10次/0.5m、湿球抗压强度480N/个、干球抗压强度1880N/个。
所用粉煤灰粘结剂采购价100元/t，膨润土采购价350元/t，与膨润土配入比例一样，降低炼钢除尘灰冷压球成本7.5元/t。
Claims (9)
1.一种粉煤灰粘结剂，其特征在于：所述粘结剂由以下质量百分比的原料制成：SiO230-50%、Al2O315-25%、Fe2O35-10%、CaO8-20%、MgO2-2.5%、SO21-5%、KO0.3-1.5%、NaO0.5-2%。
2.一种制备权利要求1所述的粉煤灰粘结剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、精选粒度：
按照质量百分比将原料搅拌混合至均匀，去除+0.074mm粒级粉煤灰，使-0.074mm粒级的粉煤灰占总质量的95-100%；
步骤二、检验粉煤灰中CaO的含量：
若CaO的含量小于10%，加入CaO粉或0.1-0.5%的CaCl2粉；若CaO的含量不小于10%，不加。
3.如权利要求2所述制备粉煤灰粘结剂的方法，其特征在于：步骤二中所述加入CaO粉或CaCl2粉后粉煤灰中CaO的含量不小于20%。
4.一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂造球的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘接剂按质量比1-2.5%直接加入铁精矿或将粘接剂水化制浆后按质量比1-2.5%均匀加入铁精矿中，混匀、造球、干燥、焙烧，得到高炉用氧化球团。
5.如权利要求4所述使用粉煤灰粘结剂造球的方法，其特征在于：所述高炉用氧化球团的造球粒度为10-12.5mm，湿球落下次数≥4次/0.5m、抗压强度≥10N/个，干球抗压强度≥22N/个，预热球抗压强度≥500N/个，焙烧球团抗压强度≥2500N/个。
6.一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂制粒的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘接剂按质量比0.5-2.5%加入-1mm难选矿粉矿中，混匀、制粒、干燥、磁化焙烧，得到难选矿焙烧矿。
7.如权利要求6所述使用粉煤灰粘结剂制粒的方法，其特征在于：所述难选矿焙烧矿的制粒粒度为2-10mm，湿球落下强度≥2次/0.5m、磁化焙烧后粉化率≤30%。
8.一种使用权利要求1所述的粉煤灰粘结剂压球的方法，其特征在于包括以下步骤：将粘结剂按质量比1-3%加入烧结除尘灰中，混匀、冷压、干燥，得到烧结除尘灰冷压球。
9.如权利要求8所述使用粉煤灰粘结剂压球的方法，其特征在于：所述烧结除尘灰冷压球的规格为30mm×50mm，湿球落下强度≥8次/0.5m、湿球抗压强度≥400N/个、干球抗压强度≥1800N/个。
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