CN111020183A - 用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法 - Google Patents

用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法，用于冶金冷压球团的粘结剂由钠基膨润土、改性淀粉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇混合而成。本发明提供的粘合剂科学选择各组分，合理配比而成，改善球团质量，提高了生球爆裂温度，降低高炉炼铁冶炼燃耗，使返矿明显减少，提高还原速率，大幅降低炼焦铁比，产量提高，成品球抗压强度大；不仅提高了球和成品球团的抗压强度，具有明显的节能增产的经济效益。

Description

用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备 方法
技术领域
本发明涉及钢铁厂固废资源的综合利用和环境保护技术领域，特别涉及用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法。
背景技术
冷压球团是指将粉状或者粒径较小的铁精矿和适当粘结剂混合后，加入到相应的设备，使粉末物料在一定的外界压力下受压后形成具有一定形状、尺寸、密度和强度的块状物料。经过干燥和焙烧处理或者其他方法处理后使其发生相应的物理化学作用而硬化固结，强度发生相应的改善，所得到的产品称之为球团矿，如果强度达到一定的标准则可以入炉进行冶炼，用该种方法可以回收冶炼过程中产生以及烧结过程中产生的粉尘，既可以充分利用资源，又能减少生产成本和环境污染。转炉除尘灰一般都采用“内循环”处理法进行回收利用，这样不仅能有效降低钢铁厂的冶炼成本，还可以减少对环境的污染。由于转炉除尘灰粒度较细，在使用“内循环”利用处理时，不适合走经烧结处理的大循环道路线，一般走压块造球返回炼钢路线。转炉除尘灰中除了含有较高的Fe外，还含有相当数量的CaO等碱性氧化物。在生产压块球团时，可能由于CaO等碱性氧化物遇水消解膨胀，导致压块球团强度低，甚至出现了粉化。
为了解决此问题，目前采用的方法有加湿成类污泥进行压块和先将转炉除尘灰加水消解一段时间再配加粘结剂进行压块造球。前一种增加了生产成本的同时又对环境造成了二次污染，而后一种的消解是一个缓慢的过程，为了加快完成消解，势必得增加新工艺或新设备，这样一来就造成转炉除尘灰的处理成本的升高。粘结剂是冷压球团中的核心，它的好坏直接关系到冷压球团性能及质量的好坏。现有的粘结剂膨润土、消石灰、水玻璃、纸浆废液、水泥、腐植酸钠等均不适用于转炉除尘灰冷压球团固结，并导致压块球团强度低，粉化率高。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法，以解决传统球团粘结剂烧残率高，降低球团矿铁品位，降低球团热态强度和热稳定性，又要提高球团生球爆裂率，增加高炉炼铁冶炼燃耗，以及难以适应铁矿原料水分和成球水分的要求等问题。
本发明采用的技术方案如下：一种用于冶金冷压球团的粘结剂，关键在于由以下质量份数的原料组成：改性环氧胶30-50份、改性淀粉25-35份、聚丙烯酰胺10-20份、聚乙烯醇20-35份，氧化镁2-6份，增粘剂9份；
所述改性环氧胶由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂40～55份、三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯35～50份、亚麻油18～30份、邻苯二甲酸酐15～25份、乙酸乙酯20～40份。
优选的，所述原料的质量份数为：改性环氧胶35份、改性淀粉32份、聚丙烯酰胺18份、聚乙烯醇32份，氧化镁5份，增粘剂9份；所述改性环氧胶由以下质量份数的原料组成：环氧树脂48份、三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯44份、亚麻油25份、邻苯二甲酸酐18份、乙酸乙酯35份。
优选的，所述改性淀粉采用以下方法获得：将4-10份催化剂加入到70-80份溶剂中进行溶解得到活化液，然后将70-80份天然淀粉搅拌加入到配置得到的活化液中进行活化得到活化淀粉，随后再向活化淀粉中加入10-20份扩链剂，继续搅拌35-45min，最后向其中加入8-12份偶联剂、4-10份催化剂，搅拌1-2h，然后进行干燥至含水率为25％，即得改性淀粉。
优选的，所述溶剂为醇类、水、三氯甲烷中的一种或两种以上混合；所述催化剂为吡啶、吡咯、氢氧化钠中的一种或两种以上混合；所述天然淀粉为玉米淀粉。
优选的，所述扩链剂为质量比为2:7的三羟甲基丙烷、二乙氨基乙醇的混合物；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种。
优选的，所述改性环氧胶采用以下方法获得：将亚麻油和邻苯二甲酸酐投入反应釜中，升温至80～110℃，控制搅拌速度300～600r/min，待反应均匀后，将体系温度降至70～90℃，加入环氧树脂搅拌均匀，将体系温度降至30～40℃，然后将三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯溶解于乙酸乙酯中，再滴加至反应釜中，边滴加边搅拌，滴加完后保温反应15-30min，得到所述改性环氧胶。
优选的，所述增粘剂为聚合松香季戊四醇酯、氢化松香甘油酯或氢化松香甲基酯中的一种或一种以上混合物。
一种冷压球团，关键在于：包括权利要求1-7所述的用于冶金冷压球团的粘结剂。
优选的，包括以下步骤：步骤一、用于冶金冷压球团的粘结剂的制备：将NaOH溶解于水中得到质量浓度为1.5-3％wt的NaOH水溶液，将NaOH水溶液加入改性淀粉中，发酵10-50min，然后依次加入改性环氧胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、氧化镁和增粘剂，搅拌均匀得到用于冶金冷压球团的粘结剂；
步骤二、将含铁废料加入所述用于冶金冷压球团的粘结剂和水，进行搅拌混合15-20min和冷却静置5-10min；
步骤三、将经过所述冷却静置后的所述混合物进行冷压成型，冷压成型采用的压力为11-14MPa，得到所述冷压球团。
优选的，所述含铁废料包含炼钢除尘废料55％～65％，含铁废渣35％～45％；所述冷压球团复合粘结剂的加入量为所述冶炼矿渣的0.1-0.5重量％，所述水的总加入量为所述含铁废料的10-20重量％。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的用于冶金冷压球团的粘结剂、包含它的冷压球团及其制备方法具有以下有益效果：改善球团质量，提高生球强度和爆裂温度，提高成品球抗压强度和全铁品位。通过引入的环氧胶，含有较多的芳环和杂环，固化物交联密度高，将其用来改性聚氨酯胶后，除了保留原来的特性外，其固化物结构致密、交联密度高；通过加入合理配比聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，能显著提高球团的团矿效果；通过对改性淀粉进行预发酵后进行制成粘结剂，极大的提高球团的湿球强度和干球强度。粘合剂中含有的活性基团决定了其具有高比表面积，极强的吸湿性和粘结性，有较强的吸附重金属离子的性能，在球团内部形成牢固的网上加网的立体结构，同时多种活性官能团与水溶性聚合物生成对水蒸气特异透气性的网络，有利于水蒸汽从球内部扩散到球表面，减少了球团内部的蒸汽压，提高了生球爆裂温度，使返矿明显减少，产量提高，成品球抗压强度大。本发明提供的冷压球团复合粘合剂既可单独使用，亦可以与膨润土搭配使用，不仅提高球团矿含铁品位，同时并解决了使用有机粘合剂制备的球团热稳定性差、强度低等问题，具有明显的节能增产的经济效益。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1冷压球团的制备
步骤一、用于冶金冷压球团的粘结剂的制备：将25份改性淀粉加入质量浓度为1.5％wt的NaOH水溶液中，发酵10-30min，然后依次加入30份改性环氧胶、10份聚丙烯酰胺、20份聚乙烯醇、2份氧化镁和9份聚合松香季戊四醇酯，搅拌均匀得到用于冶金冷压球团的粘结剂；
所述改性淀粉采用以下方法获得：将4份吡啶加入到100份醇类中进行溶解得到活化液，然后将70份玉米淀粉搅拌加入到配置得到的活化液中进行活化得到活化淀粉，随后再向活化淀粉中加入10份质量比为2:7的三羟甲基丙烷、二乙氨基乙醇的混合物，继续搅拌35-45min，最后向其中加入8份硅烷偶联剂，搅拌1-2h，然后进行干燥至含水率为25％，即得改性淀粉；
步骤二、将含铁废料加入所述用于冶金冷压球团的粘结剂和水，粘结剂进行搅混合15-20min，然后冷却静置5-10min；
所述含铁废料包含炼钢除尘废料55％～65％，含铁废渣35％～45％；所述冷压球团复合粘结剂的加入量为所述冶炼矿渣的0.1重量％，所述水的总加入量为所述含铁废料的10重量％；
步骤三、将经过所述冷却静置后的所述混合物进行冷压成型，冷压成型采用的压力为11-14MPa，得到所述冷压球团I。
性能测试结果：所获得的生球落下强度为8-10次/1m，爆裂温度为650-680℃，预热球抗压强度为410-425N/个，焙烧球抗压强度为2120-2135N/个，成品球全铁品位TFe为67.86-68.26％。
实施例2冷压球团的制备
步骤一、用于冶金冷压球团的粘结剂的制备：将35份改性淀粉加入质量浓度为3％wt的NaOH水溶液中，发酵30-50min，然后依次加入50份改性环氧胶、20份聚丙烯酰胺、35份聚乙烯醇、6份氧化镁和9份氢化松香甘油，搅拌均匀得到用于冶金冷压球团的粘结剂；
所述改性淀粉采用以下方法获得：将10份吡咯加入到150份三氯甲烷中进行溶解得到活化液，然后将80份玉米淀粉搅拌加入到配置得到的活化液中进行活化得到活化淀粉，随后再向活化淀粉中加入20份质量比为2:7的三羟甲基丙烷、二乙氨基乙醇的混合物，继续搅拌35-45min，最后向其中加入12份钛酸酯偶联剂，搅拌1-2h，然后进行干燥至含水率为25％，即得改性淀粉；
步骤二、将含铁废料加入所述用于冶金冷压球团的粘结剂和水，进行搅混合15-20min，然后冷却静置5-10min；
所述含铁废料包含炼钢除尘废料55％～65％，含铁废渣35％～45％；所述冷压球团复合粘结剂的加入量为所述冶炼矿渣的0.5重量％，所述水的总加入量为所述含铁废料的20重量％；
步骤三、将经过所述冷却静置后的所述混合物进行冷压成型，冷压成型采用的压力为11-14MPa，得到所述冷压球团II。
性能测试结果：所获得的生球落下强度为10-12次/1m，爆裂温度为660-700℃，预热球抗压强度为465-480N/个，焙烧球抗压强度为2250-2290N/个，成品球全铁品位TFe为68.95-69.80％。
实施例3冷压球团的制备
步骤一、用于冶金冷压球团的粘结剂的制备：将32份改性淀粉加入质量浓度为2.5％wt的NaOH水溶液中，发酵20-40min，然后依次加入35份改性环氧胶、聚丙烯酰胺18份、聚乙烯醇32份，氧化镁5份，氢化松香甲基酯9份，搅拌均匀得到用于冶金冷压球团的粘结剂；
所述改性淀粉采用以下方法获得：将7份氢氧化钠加入到120份水中进行溶解得到活化液，然后将78份玉米淀粉搅拌加入到配置得到的活化液中进行活化得到活化淀粉，随后再向活化淀粉中加入13份质量比为2:7的三羟甲基丙烷和二乙氨基乙醇的混合物，继续搅拌35-45min，最后向其中加入10份硅烷偶联剂，搅拌1-2h，然后进行干燥至含水率为25％，即得改性淀粉；
步骤二、将含铁废料加入所述用于冶金冷压球团的粘结剂和水，进行搅混合15-20min，然后冷却静置5-10min；
所述含铁废料包含炼钢除尘废料55％～65％，含铁废渣35％～45％；所述冷压球团复合粘结剂的加入量为所述冶炼矿渣的0.35重量％，所述水的总加入量为所述含铁废料的12重量％；
步骤三、将经过所述冷却静置后的所述混合物进行冷压成型，冷压成型采用的压力为11-14MPa，得到所述冷压球团III。
性能测试结果：所获得的生球落下强度为12-14次/1m，爆裂温度为690-710℃，预热球抗压强度为475-500N/个，焙烧球抗压强度为2600-2710N/个，成品球全铁品位TFe为69.50-70.10％。
实施例4对比实施例
将天然膨润土按照占含铁废料干基质量5％的质量比例加入到铁精矿中混匀，经润磨预处理后造球，所得生球落下强度为5.3次/1m，爆裂温度为618℃，预热球抗压强度为410N/个，焙烧球抗压强度为2535N/个，成品球团块全铁品位TFe为66.76％。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于由以下质量份数的原料组成：改性环氧胶30-50份、改性淀粉25-35份、聚丙烯酰胺10-20份、聚乙烯醇20-35份，氧化镁2-6份，增粘剂9份；
所述改性环氧胶由以下质量份数的原料组成：
环氧树脂40～55份、三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯35～50份、亚麻油18～30份、邻苯二甲酸酐15～25份、乙酸乙酯20～40份。
2.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于所述原料的质量份数为：改性环氧胶35份、改性淀粉32份、聚丙烯酰胺18份、聚乙烯醇32份，氧化镁5份，增粘剂9份；所述改性环氧胶由以下质量份数的原料组成：环氧树脂48份、三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯44份、亚麻油25份、邻苯二甲酸酐18份、乙酸乙酯35份。
3.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于所述改性淀粉采用以下方法获得：将4-10份催化剂加入到70-80份溶剂中进行溶解得到活化液，然后将70-80份天然淀粉搅拌加入到配置得到的活化液中进行活化得到活化淀粉，随后再向活化淀粉中加入10-20份扩链剂，继续搅拌35-45min，最后向其中加入8-12份偶联剂、4-10份催化剂，搅拌1-2h，然后进行干燥至含水率为25％，即得改性淀粉。
4.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于：所述溶剂为醇类、水、三氯甲烷中的一种或两种以上混合；所述催化剂为吡啶、吡咯、氢氧化钠中的一种或两种以上混合；所述天然淀粉为玉米淀粉。
5.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于：所述扩链剂为质量比为2:7的三羟甲基丙烷、二乙氨基乙醇的混合物；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于所述改性环氧胶采用以下方法获得：将亚麻油和邻苯二甲酸酐投入反应釜中，升温至80～110℃，控制搅拌速度300～600r/min，待反应均匀后，将体系温度降至70～90℃，加入环氧树脂搅拌均匀，将体系温度降至30～40℃，然后将三羟甲基丙烷三(2-哌嗪基乙基)氨基巴豆酸酯溶解于乙酸乙酯中，再滴加至反应釜中，边滴加边搅拌，滴加完后保温反应15-30min，得到所述改性环氧胶。
7.根据权利要求1所述的用于冶金冷压球团的粘结剂，其特征在于：所述增粘剂为聚合松香季戊四醇酯、氢化松香甘油酯或氢化松香甲基酯中的一种或一种以上混合物。
8.一种冷压球团，其特征在于包括权利要求1-7所述的用于冶金冷压球团的粘结剂。
9.根据权利要求8所述的冷压球团的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、用于冶金冷压球团的粘结剂的制备：将改性淀粉加入质量浓度为1.5-3％wt的NaOH水溶液中，发酵10-50min，然后依次加入改性环氧胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、氧化镁和增粘剂，搅拌均匀得到用于冶金冷压球团的粘结剂；
步骤二、将含铁废料加入所述用于冶金冷压球团的粘结剂和水，进行搅拌混合15-20min和冷却静置5-10min；
步骤三、将经过所述冷却静置后的所述混合物进行冷压成型，冷压成型采用的压力为11-14MPa，得到所述冷压球团。
10.根据权利要求9所述的冷压球团的制备方法，其特征在于：所述含铁废料包含炼钢除尘废料55％～65％，含铁废渣35％～45％；所述冷压球团复合粘结剂的加入量为所述冶炼矿渣的0.1-0.5重量％，所述水的总加入量为所述含铁废料的10-20重量％。
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