CN108531720A - 一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于添加剂制备领域，具体涉及一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，尤其涉及一种可降低铁矿石生产中废气排放、提高铁矿烧结质量的改性后的生物质添加剂的制备方法。该方法包括如下步骤：步骤1：将生物质材料粉碎后置于工业微波炉中进行改性处理；步骤2：处理后的生物质材料喷洒Ca²⁺母液；步骤3：将上述材料充分混合均匀，在20Mpa的压力作用下，持续压制1‑2min，制成粒度8‑12mm的块状颗粒，即得。本发明所述技术方案对清洁能源的合理利用、提高资源的利用率以及烧结行业的减排增效都有着重要的意义。

Description

一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法

技术领域

本发明属于添加剂制备领域，具体涉及一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，尤其涉及一种可降低铁矿石生产中废气排放、提高铁矿烧结质量的改性后的生物质添加剂的制备方法。

背景技术

在钢铁行业中，NO_x和SO₂等有害气体的排放总量的40%~60%来至于烧结工序。近年来，随着我国对于钢铁行业烧结烟气综合治理重视程度的提高，钢铁行业加大了烧结尾气排放治理的力度。但是由于废气处理装置投资大、运行成本高，以及相关技术尚不成熟，导致减排效果甚微。随着国家一系列有关烧结污染物排放标准措施的出台，保护环境，防治污染等问题值得广大研究学者重视研究，这也导致烧结工序进行减排的工作迫在眉睫。

与传统的化石燃料添加剂相比，生物质的疏松结构具有更大的比表面积、较低的燃烧温度、较快的燃烧速度以及较短的燃烧持续时间等特点。因此将生物质作为添加剂应用在传统铁矿石烧结生产中，形成了以CO为主的局部还原气氛，抑制了S、N等有害元素的挥发排放；此外，低温有利于铁酸钙形成，并且在料层中形成大量孔隙，改善烧结矿强度，提高烧结矿的还原性能。

微波加热技术具有加热速度快、加热均匀、可选择性加热、穿透性强、热惯性较小等诸多优点。研究表明，经过微波改性处理，可引起材料孔容积与平均孔径的增大，有利于脱硫脱硝；此外，改性后的材料由于结构改变，可加快传质速度，利于反应进行。

当前，为了减少烧结过程中尾气排放，提出一种锰矿烧结节能减排的方法（专利申请号201310033218.2）。但是该方法适用领域太小，并不能满足国内对于钢铁行业的需求量；同时为了改善生物质在烧结过程中燃烧速度不一致的弊端，提出一种生物质燃料的钝化方法（专利申请号201210308218.4）以应用到铁矿烧结中。但在上述方法中却存在诸多问题，如方法工艺流程较为复杂，需多次喷洒添加不同类型溶剂、颗粒，不利于工业生产效率的提高等。

因此，研制一种新型的改性生物质铁矿烧结添加剂成为目前亟待解决的课题。

发明内容

为了克服上述技术的弊端，本发明的目的在于针对传统铁矿石生产，结合生物质燃烧特性，借助工业微波的改性功能，实践生产证明本发明所述方案不仅有效降低烧结尾气排放，还可以明显的改善由于生物质燃烧特性导致的烧结矿质量劣化。因此，本发明所述技术方案对清洁能源的合理利用、提高资源的利用率以及烧结行业的减排增效都有着重要的意义。

本发明所述的技术方案旨在克服解决传统烧结所用化石燃料的废气排放以及生物质特殊的燃烧特性，节能减排，最终提供一种可以应用于传统铁矿石烧结生产的生物质添加剂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：将生物质材料粉碎后置于工业微波炉中进行改性处理，所述处理工艺参数为微波功率为300W、改性处理时间10min。

步骤2：处理后的生物质材料喷洒Ca²⁺母液，Ca²⁺母液的喷洒量为生物质材料总质量的的1%-2%，所述Ca²⁺母液为Ca²⁺含量30%-40%，比重1.28-1.30g/ml，PH 5-7的无机溶液，如硫酸盐，盐酸盐溶液等。本发明所述技术方案优选Ca²⁺的盐酸盐溶液。

步骤3：将上述材料充分混合均匀，在20Mpa的压力作用下，持续压制1-2min，制成粒度8-12mm的块状颗粒，即得。

所述生物质材料为秸秆类（涵盖了小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分）、竹材材料（涵盖了多年生禾本科竹亚科植物）、活性炭（加工处理所得的无定形碳）以及银杏树叶（涉及所有落叶乔木中银杏科）在内的数种生物质混合物。

所述生物质材料粒度在0.3-0.5mm左右，水分含量不高于3%。

在步骤2中喷洒生物质质量1%-2%的Ca²⁺母液，目的是为克服烧结矿易粉化的特点，提高烧结成品矿的性能。

为保证生物质良好的减排效果，所制备的改性生物质铁矿烧结添加剂中，生物质的质量分数至少在70%以上。

使用时，所述改性生物质铁矿烧结添加剂的加入量为铁矿石原料总质量的0.1-0.2%。

改性后生物质铁矿烧结添加剂的密度为1.7g±0.2g/cm³、挥发分含量约5%左右、固定碳含量在75-85%。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明中的生物质烧结添加剂在制备过程中喷洒的C_a ²⁺母液，抑制了烧结矿在高炉块状带还原时，由于由三方晶系的α-Fe₂O₃还原为等轴晶系的γ-Fe₂O₃时晶格转变造成的结构粉化，保证了高炉炉内煤气流的顺畅。

（2）本发明中的生物质经过微波改性后，在铁矿石烧结过程中，当火焰前沿到达某料层时，此层的生物质能够率先燃烧并很快地燃尽，进而在料层中产生孔隙，随着液相的凝固，最终提高了成品烧结矿的孔隙率；此外，较高的孔隙率优化了气固还原反应的传质条件，提升了烧结矿的还原性能。

（3）本发明中的生物质经过微波改性后，使得在烧结过程中，生物质周围的碳颗粒表面形成以CO气体为主的局部还原气氛，还原气氛能够延缓并减弱有机硫析出的H₂S等气体被氧化为SO₂。在这样的气氛下，有更多的H₂S等气体会与料层中的矿物质发生反应，进而转化为无机形式的硫化物达到减少SO_x排放的效果。

（4）本发明中的生物质添加剂，由于含有一定比例的水分，烧结过程中，生物质燃烧时，所含有的游离水蒸发吸热使得燃烧过程冷却，使得局部温度瞬间降低，而且高温保持时间减短，进而减少煤粉中挥发氮中分子量较大的化合物和残留在焦炭中的N的释放，亦即减少了燃料型NO_x的形成以及排放。

（5）本发明中的生物质烧结添加剂，可以实际应用于铁矿石烧结矿生产工序，具有明显的减排增效作用。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合实际应用实例对发明进行较为全面细致的描述，但本发明所述技术方案并不局限于如下所述实施例。此外，除非另有定义，下文所述中涉及的专业术语与本专业领域技术人员通常理解的含义相同，所述技术性专业词汇旨在具体描述实施方式。

实施例1

一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，具体方法包括以下几个步骤：

（1）将秸秆、提质煤煤粉、竹材材料、活性炭以及银杏树叶自然干燥后，粉碎至粒度0.3-0.5mm左右，水分含量不高于3%。然后按照比例进行充分混合。

（2）将步骤（1）中混合好的生物质材料放置于工业微波中进行改性处理；处理工艺参数为微波功率分别为0W、200W、300W、400W以及500W，改性处理时间10min。

（3）配置Ca²⁺母液：本实施例中配置的母液为Ca²⁺的盐酸盐溶液，称量CaCl₂粉末试剂350g，兑入1000g纯净水进行勾兑搅拌，添加一定量CaO粉末，用PH试纸检验母液酸碱度，使配置的母液中Ca²⁺含量30%-40%，比重1.28-1.30g/ml，PH 5-7即可。此步骤也可使用Ca²⁺的硫酸盐溶液。

（4）将步骤（2）中改性后的生物质混料喷洒步骤（3）中的母液，喷洒量为生物质质量的1%-2%。

（5）将步骤（4）处理后的试样进行压块处理；放置在压样机下，在20Mpa的压力作用下，压制1-2min，制成粒度8-12mm的块状颗粒，即得。

实施例制备的改性生物质铁矿烧结添加剂化学组成及工业分析见表1。

实施例2

采用质量配料法进行配料，按烧结矿TFe57%、 SiO₂4.82%、 MgO2.0%、碱度为2.0的配矿要求进行配矿，配加比例为0.15%的改性后的生物质添加剂，将配矿好的铁矿石混料进行烧结，烧结各项指标见表2。添加改性生物质添加剂的冶金指标以及烧结废气检测结果见表3。

烧结矿成品率指成品烧结矿占烧结总量的比率。烧结矿成品率较高影响实际烧结生产率，也影响烧结生产降本增效与节能减排。

烧结转鼓强度越高越不易粉化，在高炉里的透气性越好，在一定程度上，转鼓指数越好，质量就越好。烧结矿转鼓检测采用GBT8209-1987《烧结矿和球团矿转鼓强度的测定方法》进行检测。

烧结的利用系数是衡量烧结生产产能的一个重要指标，是指单位有效抽风面积每小时烧结矿的产量，即：台时产量÷有效抽风面积，单位t/m²·h。即使同一类型相同抽风面积的烧结机，其利用系数指标也不尽相同因此不作为本发明中筛选的参考指标。

孔隙率(Porosity),指散粒状材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。利用采用静态容量法测试原理对不同微波改性功率处理后的烧结矿孔隙率进行检测。

比表面积是指每克物质中所有颗粒总外表面积之和。比表面积检测参考标准GB/T19587-2004 《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》。

铁矿石还原性是铁矿石中与铁结合的氧被气体还原剂夺取的难易程度。它是铁矿石的一种重要冶金性能。检测方法参照GB/T 13241-1991《铁矿石还原性的测定方法》。

在烧结过程中，利用气体分析仪对烧结废气中NO_x、SO₂的排放量进行实时测量。

结合添加改性生物质添加剂的烧结指标以及添加改性生物质添加剂的冶金指标以及烧结废气检测结果。微波改性功率从0W提升至500W后，烧结矿成品率以及转鼓强度出现了先提升后劣化的趋势；添加本发明所述改性后的生物质烧结添加剂后，有害气体的排放量得到明显的抑制，烧结矿成矿性能也随着改性功率的增加而增加，但结合实际生产，因此本发明将微波改性工艺参数规定为300W，10min。

通过实施例的成品烧结矿的烧结指标检测，以及烧结过程中废气排放的实时监测，可以看到本发明所提及的改性生物质添加剂在铁矿石的烧结减排增效中效果明显。

本发明中尽量已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的的范围有权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：将生物质材料粉碎后置于工业微波炉中进行改性处理；

步骤2：处理后的生物质材料喷洒Ca²⁺母液；

步骤3：将上述材料充分混合均匀，在20Mpa的压力作用下，持续压制1-2min，制成粒度8-12mm的块状颗粒，即得。

2.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤1中所述微波的处理工艺参数为微波功率为300W，改性处理时间10min。

3.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤1中所述生物质材料为秸秆类（涵盖了小麦、水稻、玉米、薯类、油菜、棉花、甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分）、竹材材料（涵盖了多年生禾本科竹亚科植物）、活性炭（加工处理所得的无定形碳）以及银杏树叶（涉及所有落叶乔木中银杏科）在内的数种生物质混合物。

4.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤1中所述生物质材料粉碎后粒度在0.3-0.5mm左右，水分含量不高于3%。

5.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤2中Ca²⁺母液的喷洒量为生物质材料总质量的的1%-2%。

6.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤2中所述Ca²⁺母液为Ca²⁺含量30%-40%，比重1.28-1.30g/ml，PH 5-7的无机溶液。

7.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，该方法步骤2中所述Ca²⁺母液为硫酸盐，盐酸盐溶液等，优选Ca²⁺的盐酸盐溶液。

8.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，生物质的质量分数至少在70%以上。

9.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，所述改性生物质铁矿烧结添加剂在使用时，其加入量为铁矿石原料总质量的0.1-0.2%。

10.根据权利要求1所述的一种改性生物质铁矿烧结添加剂的制备方法，其特征在于，所述改性后生物质铁矿烧结添加剂的密度为1.7g±0.2g/cm³，挥发分含量约5%，固定碳含量在75%-85%。