CN110629021A

CN110629021A - 一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂

Info

Publication number: CN110629021A
Application number: CN201911040336.XA
Authority: CN
Inventors: 唐萍; 李翔; 朱雪琴; 文光华
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2019-12-31

Abstract

本发明公开了一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，所述粘结剂包括磷酸盐；也包括氯化镁，磷酸盐质量为50~99.8%，氯化镁质量为0.2~50%；粘结剂添加量为转炉固体粉尘废弃物和粘结剂总质量的0.5%~5%。本发明利用磷酸钾盐或磷酸铵盐与固体粉尘废弃物中的MgO和水发生微溶盐的溶解扩散，形成一种无定型的镁‑磷钾盐络合物水化胶凝或镁‑磷铵盐络合物水化胶凝，该胶凝硬化速度快，无需对转炉固体粉尘废弃物消解预处理，降低了钢厂的生产周期和生产成本；此外，该粘结剂无污染，不带入影响转炉炼钢的杂质，球团硬化速度极快，养护时间短，强度高，不会造成球团粉化，常温下24h内强度可达2000N以上。

Description

一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂

技术领域

本发明涉及对冶金转炉炼钢过程中产生的固体粉尘废弃物循环利用的技术领域，具体涉及一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂。

背景技术

在当今世界的冶金炼钢工艺过程中，转炉炼钢是最主要的炼钢方式，大约有70%的钢都是由转炉炼制而成的。而在转炉吹炼过程中，会产生大量的烟尘，每吨钢产生的烟尘中固体粉尘含量一般为10~30kg，目前全世界每年产生的转炉固体粉尘废弃物高达3000万吨以上。通过转炉干法除尘系统可以对这些固体粉尘废弃物进行收集，这些粉尘含有50%以上的TFe(主要成分是Fe₂O₃和Fe₃O₄)，以及一定量的ƒ-CaO、MgO等碱性氧化物，具有很高的二次利用价值。但转炉固体粉尘废弃物的平均粒径小于0.07mm，粒度细小，收集后利用难度大。

目前转炉固体粉尘废弃物的主要利用方式是作为烧结原料返回高炉进行炼铁，回收Fe资源，但由于转炉粉尘粒径小，影响烧结的透气性，进而影响烧结指标，这不是一种好的利用方法。同时由于转炉粉尘粒度细小，在转运的过程中会造成大量扬尘，严重污染环境，因此也很难应用于其他领域。而在钢铁厂内，大量未回收的除尘灰如果被露天堆放，不仅造成资源的浪费，并且堆放的除尘灰飘散在大气中，造成环境污染，同时其粒径极细，被人体吸收后，危害人体健康。因此，为数量如此庞大且具有危害性的转炉固体粉尘废弃物找到合理的利用途径具有重要意义。

将转炉固体粉尘废弃物通过在常温下聚集造球的方式制成具有一定强度的冷固球团重新返回转炉，作为炼钢过程中的助熔剂、氧化剂以及铁质原料进行循环利用，是一种经济环保，且能够将转炉粉尘大规模回收利用的有效方式。但是，由于转炉粉尘中存在一定含量的ƒ-CaO、MgO，会与成球过程中添加的水发生消解反应生成Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，造成体积的膨胀，在冷固球团中产生很强的膨胀应力，若球团中粘结剂产生的粘结力不足以抵消这种膨胀应力，便会造成球团的粉化开裂，严重影响球团质量。

对于球团出现的粉化开裂问题，目前主要的解决方案有两种：第一种是在生产冷固球团前对除尘灰原料进行加湿消解预处理，使ƒ-CaO、MgO在造球前消解，避免成球后在球团内消解导致球团粉化开裂。但该种方法需要增加消解仓，增加了生产成本和占地面积，且消解仓内存在水分，易造成转炉固体粉尘的粘滞，不利于生产顺行；第二种是通过添加球团粘结剂，使粘结剂的粘结力大于ƒ-CaO、MgO消解产生的膨胀应力，从而抑制球团的粉化开裂。因此，第二种方案无疑是一种经济且值得探究的途径。

目前应用于转炉固体粉尘废弃物冷固球团中的粘结剂存在各种问题，有机粘结剂通过吸附的方式产生粘结力，粘结力小，且有机粘结剂的价格昂贵，成本高，若要控制球团粉化，则要增加粘结剂的添加量；而无机粘结剂主要通过表面化学反应产生粘结力，粘结力强，粘结剂的添加量相对较少。但目前常用的粘结剂，如膨润土(Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂)、水玻璃(Na₂O·nSiO₂)和硅酸盐水泥(nCaO·SiO₂)中都含有SiO₂，在返回转炉使用时会影响转炉的碱性条件，不利于转炉炼钢，并且球团强度低，需要通过烘烤的方式提高球团强度，也会带来新的能源及污染问题。因此，亟需研究无需对转炉固体粉尘废弃物消解预处理并能控制球团粉化开裂的高强度粘结剂。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，目的之一在于：提供一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，既不需要进行加湿消解预处理，又不会带入SiO₂等有害物质。第二个目的是：提供一种粘结剂的使用方法，以在常温下养护、无需通过烘烤的方式即可得到强度满足炼钢要求的球团，大幅度节省高温烘烤消耗的能源，不会引起新的能源及污染问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，其特征在于：组分包括磷酸盐，为磷酸盐中的磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中任一种，或任两种以各自大于百分之零的质量比混合，或任三种以各自大于百分之零的质量比混合，或四种以各自大于百分之零的质量比混合。

本发明的技术关键是采用了磷酸盐为主要粘结剂，利用磷酸钾盐或磷酸铵盐与固体粉尘废弃物中的MgO和水发生微溶盐的溶解扩散，形成一种无定型的镁-磷钾盐络合物水化胶凝或镁-磷铵盐络合物水化胶凝，这种胶凝覆盖在粉尘颗粒表面或填充于颗粒之间，使粉尘颗粒相互粘结，水化胶凝凝结硬化后与粉尘颗粒形成整体，而该胶凝硬化速度快，20分钟内即可初步硬化，使球团的粘结力在短时间内提高。

进一步地：还包括氯化镁；磷酸盐质量为50~99.8%，氯化镁质量为0.2~50%。粘结剂中加入一定量的氯化镁作为吸水剂，利用氯化镁易吸水的特性，当球团中水含量较低时能够通过吸收水分，保证磷酸盐与MgO化学反应的进行。

一种粘结剂的使用方法，其特征在于：所述粘结剂添加量为转炉固体粉尘废弃物总质量的0.5%~5%。在转炉固体粉尘废弃物中加入这个比例的粘结剂，就达到常温养护（固化）、无需通过烘烤的方式即可得到强度满足炼钢要求的球团，大幅度节省高温烘烤消耗的能源。

进一步地：所述粘结剂以固体粉末添加，与转炉固体粉尘废弃物混合均匀后压球，制得球团。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的创新点是采用了磷酸盐为主要组分的粘结剂，利用磷酸钾盐或磷酸铵盐与固体粉尘废弃物中的MgO和水发生微溶盐的溶解扩散，形成一种无定型的镁-磷钾盐络合物水化胶凝或镁-磷铵盐络合物水化胶凝，这种胶凝覆盖在粉尘颗粒表面或填充于颗粒之间，使粉尘颗粒相互粘结，水化胶凝凝结硬化后与粉尘颗粒形成整体，而该胶凝硬化速度快，20分钟内即可初步硬化，使球团的粘结力在短时间内提高，随着养护时间增加，球团强度进一步加强。同时，通过反应消耗了粉尘中的MgO，使球团中的膨胀应力削弱，杜绝了球团粉化破裂现象的发生。

2、本发明加入一定量的氯化镁作为吸水剂，利用氯化镁易吸水的特性，当球团中水含量较低时能够通过吸收水分，保证磷酸盐与MgO化学反应的进行。

3、采用本发明的粘结剂生产出的球团，仅通过常温养护（固化）、无需通过烘烤的方式即可得到强度满足炼钢要求（常温下24h内强度可达2000N以上），大幅度节省高温烘烤消耗的能源，对钢厂的节能降耗具有重大的作用；具有显著的经济效益和社会效益。

4、采用本发明的粘结剂生产出的球团，不仅无需对转炉固体粉尘废弃物消解预处理，降低了钢厂的生产周期和生产成本。

5、本发明所采用的粘结剂，无污染，球团硬化速度极快，养护时间短，强度高，不会造成球团粉化，常温下24h内强度可达2000N以上。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，成分包括磷酸盐，为磷酸盐中的磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中任一种，或任两种以各自大于百分之零的质量比混合，或任三种以各自大于百分之零的质量比混合，或四种以各自大于百分之零的质量比混合。

用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，还包括氯化镁；磷酸盐质量为50~99.8%，氯化镁质量为0.2~50%。

所述的粘结剂的使用方法，粘结剂添加量为转炉固体粉尘废弃物总质量的0.5%~5%。

所述粘结剂以固体粉末添加，与转炉固体粉尘废弃物混合均匀后压球，制得球团。粘结剂和转炉固体粉尘废弃物通常都是粉末状，粒度满足要求；如果有较大的颗粒，可以先粉碎处理。

实施例1：

粘结剂组分的质量百分比：磷酸二氢钾100%，氯化镁0%。

原料配比：转炉固体粉尘废弃物97%，粘结剂3%。

将上述粘结剂和转炉固体粉尘废弃物配料并充分搅拌后进行压球，制得几何尺寸符合要求的球团。在空气环境中常温养护24h后，单球平均抗压强度为2643N。

实施例2：

粘结剂组分的质量百分比：磷酸二氢铵76%，氯化镁24%。

原料配比：转炉固体粉尘废弃物98%，粘结剂2%。

将上述粘结剂和转炉粉尘废弃物配料并充分搅拌后进行压球。在空气环境中常温养护24h后，单球平均抗压强度为2415N。

实施例3：

粘结剂组分的质量百分比：磷酸二氢钾57%，磷酸氢二铵19%，氯化镁24%。

原料配比：转炉固体粉尘废弃物96%，粘结剂4%。

将上述粘结剂和转炉粉尘废弃物配料并充分搅拌后进行压球。在空气环境中常温养护24h后，单球平均抗压强度为3187N。

实施例4：

粘结剂组分的质量百分比：磷酸二氢铵31%，磷酸氢二钾26%，磷酸氢二铵38%，氯化镁5%。

原料配比：转炉固体粉尘废弃物97.5%，粘结剂2.5%。

将上述粘结剂和转炉粉尘废弃物配料并充分搅拌后进行压球。在空气环境中常温养护24h后，单球平均抗压强度为2343N。

以上对本发明实施例所提供的转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，其特征在于：成分包括磷酸盐，为磷酸盐中的磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中任一种，或任两种以各自大于百分之零的质量比混合，或任三种以各自大于百分之零的质量比混合，或四种以各自大于百分之零的质量比混合。

2.根据权利要求1所述的用于转炉固体粉尘废弃物常温固结球团的粘结剂，还包括氯化镁；磷酸盐质量为50~99.8%，氯化镁质量为0.2~50%。

3.一种如权利要求1或2所述的粘结剂的使用方法，其特征在于：所述粘结剂添加量为转炉固体粉尘废弃物总质量的0.5%~5%。

4.根据权利要求3所述的粘结剂的使用方法，其特征在于：所述粘结剂以固体粉末添加，与转炉固体粉尘废弃物混合均匀后压球，制得球团。