CN111511938A - 矿物处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂的用途，特别是经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂以形成铁矿石团粒的用途。

Description

矿物处理方法
技术领域
本发明一般性涉及经分散剂预处理的蒙脱石粘土(smectite clay)作为粘合剂的用途。特别地，本发明涉及经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂来形成铁矿石团粒的用途。本发明还涉及用分散剂处理蒙脱石粘土的方法和制备团粒(例如铁矿石团粒)的方法。本发明进一步涉及经处理的蒙脱石粘土和用于形成团粒的组合物(包括团粒本身)。
背景技术
铁矿石是生铁生产和炼钢的主要原料。可以将铁矿石与石灰石和焦炭一起进料至高炉中以生产生铁，再将生铁进料至碱性氧气炉中以生产钢。或者，铁矿石可与废铁一起使用以生产生铁团粒(pellet)和团块(briquette)。然后可以将铁团粒和团块进料至直接还原反应器(例如电弧炉)以生产钢。在直接还原技术中，重要的是使用高品质铁矿石，因为直接还原法不会与高炉法同样地形成液态炉渣，并且杂质(脉石)被浓缩而不是被去除。因此，就团粒进料中的污染物如二氧化硅、氧化铝、磷和硫而言，直接还原法具有严格的规格。污染物可以例如来自用于制造铁矿石团粒的粘合剂。例如，污染物可能来自用于制造铁矿石团粒的膨润土粘合剂。因此，希望提供替代和/或改进的用于制造铁矿石团粒的粘合剂。粘合剂性能的改善可以例如允许减少用于形成铁矿石团粒的粘合剂的量，从而降低成本。因此，使用改进的粘合剂来制造铁矿石团粒对于直接还原法和高炉法可能均有利。此外，将替代和/或改进的粘合剂用于其它用途也可能是有利的，例如用于其它团粒形成性颗粒的团粒化(pelletization)。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂的用途。
根据本发明的第二方面，提供了一种团粒化方法，该方法包括用分散剂处理蒙脱石粘土并将经处理的蒙脱石粘土与团粒形成性颗粒(pellet-forming particle)组合以形成团粒。
根据本发明的第三方面，提供了通过根据本发明的任何方面(包括其所有实施方式)的方法或用途获得和/或能够获得的团粒。
根据本发明的第四方面，提供了通过根据本发明的任何方面(包括其所有实施方式)的方法或用途获得和/或能够获得的铁矿石团粒。
根据本发明的第五方面，提供了根据本发明或本文公开的任何方面或实施方式的铁矿石团粒在生产直接还原铁或生铁中的用途。直接还原铁或生铁例如可随后用于制造钢。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于制备团粒的组合物，该组合物包含经分散剂预处理的蒙脱石粘土和团粒形成性颗粒。在某些实施方式中，该组合物用于制备铁矿石团粒，并且所述团粒形成性颗粒是铁矿石颗粒。
根据本发明的第七方面，提供了经分散剂预处理的蒙脱石粘土。在某些实施方式中，所述蒙脱石粘土可以提供的湿强度和/或湿跌落次数相对于用在经分散剂处理之前的蒙脱石粘土所获得的对应湿强度(green strength)和/或湿跌落次数(green dropnumber)高至少约10％。作为替代或补充，在某些实施方式中，蒙脱石粘土的分散体积比经分散剂处理之前的蒙脱石粘土的分散体积高至少约5％。
在本发明任何方面的某些实施方式中，蒙脱石粘土是膨润土。
在本发明任何方面的某些实施方式中，分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠。
在本发明任何方面的某些实施方式中，分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
在某些实施方式中，分散剂以等于或小于约5重量％的量使用以预处理蒙脱石粘土。在某些实施方式中，分散剂以等于或小于约1重量％的量使用以预处理蒙脱石粘土。
本发明任何方面的某些实施方式可以提供一个或多个以下优点：
·与未经处理的蒙脱石粘土相比，湿强度性质改善(例如，湿强度和湿跌落次数)；
·与未经处理的蒙脱石粘土相比，干燥强度特性相似；
·作为粘合剂使用的蒙脱石粘土的量减少；
·污染物(例如，二氧化硅、氧化铝、硫、磷)的量减少；
·粘合剂体积增加；
·粘合剂粘度降低；
·容易分散；
·容易硬化；
·耐高温；
·可用于盐水环境。
本文将对关于本发明的一个或多个所述方面的任何颗粒所提供的细节、实例和优选方式进行进一步描述，且其同等适用于本发明的所有方面。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖本文所述的实施方式、实施例和优选方式以其所有可能的变化形式的任意组合。
具体实施方式
本发明人出乎意料且有利地发现，用分散剂预处理蒙脱石粘土改善了其在各种应用(例如团粒化，例如用以形成铁矿石团粒)中充当粘合剂的能力。用分散剂对蒙脱石粘土进行“预处理”是指在将蒙脱石粘土作为粘合剂应用之前，例如在将蒙脱石粘土与团粒形成性颗粒(例如，铁矿石颗粒)组合以形成团粒之前，用分散剂对蒙脱石粘土进行的任何处理。
因此，本文提供了经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂的用途。本文还提供了一种团粒化的方法，该方法包括用粘合剂处理蒙脱石粘土，然后将经处理的蒙脱石粘土与团粒形成性颗粒组合以形成团粒。本文还提供了用分散剂处理蒙脱石粘土的方法。
术语“粘合剂”是指将其它材料保持在一起并因此增加其它材料的团聚的任何材料。
本文中使用的术语“蒙脱石粘土”是指包含具有蒙脱石矿物结构的粘土的材料，所述蒙脱石矿物结构即夹在两个四面体片层之间的八面体片层的2:1结构。蒙脱石粘土具有可变的净负电荷，其可以例如通过钠、钾、铝、钙或镁离子或者通过外部吸附在层间表面上的氢来平衡。蒙脱石粘土中存在的阳离子通常是可交换的。一般而言，蒙脱石粘土具有高的阳离子交换能力。本文所用的蒙脱石粘土可例如包含这些阳离子中的一种或多种。
例如，蒙脱石粘土可包含蒙脱土、贝得石、绿脱石、皂石、锂蒙脱石或其中一种或多种的组合，基本上由其组成或由其组成。在某些实施方式中，蒙脱石粘土包含蒙脱土、基本上由蒙脱土组成或由蒙脱土组成。膨润土是一种主要包含蒙脱土的蒙脱石粘土。因此，在某些实施方式中，蒙脱石粘土包含膨润土、基本上由膨润土组成或由膨润土组成。膨润土例如可以是钾膨润土、钠膨润土、钙膨润土、铝膨润土或其中一种或多种的组合。钾膨润土、钠膨润土等是指其中大部分平衡阳离子分别为钾和钠的膨润土。因此，除了对应的钾或钠阳离子之外，钾膨润土和钠膨润土等还可包含其它平衡阳离子。在某些实施方式中，蒙脱石粘土包含钠膨润土、基本上由钠膨润土组成或由钠膨润土组成。钠膨润土包括天然存在的钠膨润土和通过将天然存在的膨润土中的诸如钙、钾或铝等阳离子替换为钠阳离子(例如通过苏打灰活化)而形成的膨润土。这可以被称为钠活化膨润土。苏打粉活化可例如包括将苏打灰粉末(碳酸钠)添加到水分含量为至少约20重量％(例如至少约22重量％或至少约35重量％)的膨润土中，并通过例如挤出或捏合进行混合。然后可以将膨润土干燥并研磨成具有所需粒度分布的粉末。
当从天然存在的来源获得本发明某些实施方式中使用的蒙脱石粘土时，可能某些矿物杂质将不可避免地污染地面材料。但一般而言，蒙脱石粘土将包含小于5重量％、优选小于1重量％的其它矿物杂质。
在某些实施方式中，蒙脱石粘土包含至少约50重量％的蒙脱石矿物结构。例如，蒙脱石粘土可包含至少约55重量％、或至少约60重量％、或至少约65重量％、或至少约70重量％、或至少约75重量％、或至少约80重量％、或至少约85重量％、或至少约90重量％、或至少约95重量％、或至少约96重量％、或至少约97重量％、或至少约98重量％、或至少约99重量％的蒙脱石矿物结构。例如，蒙脱石粘土可包含至多约100重量％的蒙脱石矿物结构。例如，蒙脱石粘土可包含至多约99重量％、或至多约98重量％、或至多约97重量％、或至多约95重量％、或至多约90重量％的蒙脱石矿物结构。这可以例如使用Rietveld方法(使用X射线衍射仪(例如，Seifert Analytical X-ray 2.8版，Eigenmann GmbH)和Rietveld软件“Autoquan”)来确定。
蒙脱石粘土可例如包含等于或小于约40重量％的水分。例如，蒙脱石粘土可包含等于或小于约35重量％、或等于或小于约30重量％、或等于或小于约25重量％、或等于或小于约20重量％、或等于或小于15重量％的水分。可以例如通过加热蒙脱石粘土直至重量没有进一步变化并比较加热前后的重量来测量水分含量。蒙脱石粘土可例如包含等于或大于约0重量％的水分。例如，蒙脱石粘土可包含等于或大于约5重量％、或等于或大于约8重量％、或等于或大于约10重量％、或等于或大于约12重量％、或等于或大于约15重量％的水分。例如，蒙脱石粘土可具有约0重量％至约40重量％、或约5重量％至约40重量％、或约8重量％至约40重量％、或约8重量％至约35重量％、或约8重量％至约30重量％、或约8重量％至约25重量％、或约8重量％至约20重量％、或约8重量％至约15重量％的水分含量。特别地，蒙脱石在经分散剂预处理期间可具有处于该范围内的水分含量。在用分散剂处理后，可以将经处理的蒙脱石粘土与水以及为其作为粘合剂的用途(例如，为制备团粒)而要结合在一起的颗粒进行混合。因此，经处理的蒙脱石粘土(即，经分散剂预处理的蒙脱石粘土)的水分含量可能落在该范围之外。
蒙脱石粘土(例如膨润土)可以例如在本文所述的处理方法之前或之后进行加工以获得期望的粒径。待处理的蒙脱石粘土的粒径可以例如等于或小于约55mm、或等于或小于约51mm、或等于或小于约50mm、或等于或小于约45mm、或等于或小于约40mm、或等于或小于或等于约35mm。待处理的蒙脱石粘土的粒径可以例如等于或大于约75μm、或等于或大于约100μm、或等于或大于约125μm、或等于或大于约150μm。加工可以例如包括研磨、碾磨和/或筛分。
蒙脱石粘土可以例如以每MT(兆吨)团粒形成性颗粒(例如铁矿石)约0.2kg至约1.0kg蒙脱石粘土的量使用。例如，蒙脱石粘土可以以每MT团粒形成性颗粒(例如铁矿石)约0.4kg至约0.8kg或约0.4kg至约0.7kg蒙脱石粘土的量使用。
术语“分散剂”是指增加材料的分离性的物质。分散剂可以是例如适合于增强蒙脱石粘土的颗粒的分离性的任何分散剂。不希望受到理论的束缚，据认为分散剂促进蒙脱石粘土(例如膨润土)的薄片的分离而建立“阶梯”，增加薄片之间的吸水率从而产生更大体积的粘合剂，并降低粘合剂的粘度。这产生更大数量的“阶梯”，并且与将要结合到一起的团粒形成性颗粒相结合的材料的体积增加，而且这还意味着更容易使粘合剂分散在团粒形成性颗粒间。团粒化期间体系中的分散剂的存在还可以增强分散性，并因此提高将要结合到一起的团粒形成性颗粒的总表面积。
分散剂可以例如是无机或有机分散剂。
在某些实施方式中，分散剂是磷酸盐型分散剂(包括磷酸(PO43-)盐的分散剂)。例如，分散剂可以是缩合磷酸盐式盐。例如，分散剂可以是六偏磷酸盐、焦磷酸盐或三聚磷酸盐。磷酸盐可以例如是金属磷酸盐(例如碱土金属或碱金属)盐或可以是磷酸铵盐。例如，磷酸盐可以是磷酸钾盐。缩合磷酸盐可以例如通过添加氨基三甲基膦酸或其水溶性碱金属盐来稳定，如US3341340中所述，其内容通过援引并入本文。在某些实施方式中，分散剂是磷酸钠型分散剂(包含钠(Na+)和磷酸根(PO43-)的盐的分散剂)。例如，分散剂可以是六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠、焦磷酸钠、焦磷酸四钠或其中一种或多种的组合。磷酸盐型(例如磷酸钠型)分散剂可以是或不是水合物。本发明倾向于就六偏磷酸钠进行讨论，但不应认为受其限制。
在某些实施方式中，分散剂是合成聚合物。分散剂可以是例如至少一种醛与至少一种含有两个以上NH2基团的化合物的缩合产物。含有至少两个NH2基团的化合物可以是H2N-X-NH2，其中X是含有1至10个碳原子的脂族、直链、支化或环式残基，其也可以含有氧或氮原子，例如脲、1,6-己二胺、二亚乙基三胺、1,2-环己二胺。或者，X可以是含有1至10个碳原子的芳族残基，其也可以含有氧或氮原子。X可包含一个或多个氨基，例如三聚氰胺、1,2-二氨基苯、1,8-二氨基萘。
分散剂可以是例如通过不饱和单体与丙烯酸衍生物的自由基反应获得的共聚物。
不饱和单体可以由下式表示：
Figure BDA0002547907590000061
其中Y是氢、OH或含1至10个碳原子和至少一个氧原子、一个氮原子或一个芳族部分的残基。例如，Y可以选自式-OR的残基，其中R是指H、-C(＝O)H、-C(＝O)CH3、C(＝O)CH2CH3、C(＝O)CH2CH2CH3、C(＝O)CH(CH3)2、C(＝O)C(CH3)3。此类化合物的实例是乙烯醇、乙酸乙烯酯和甲酸乙烯酯。或者，如果Y为含氮残基，则此类化合物的实例为乙烯基吡咯烷酮和二甲基二烯丙基氯化铵。在Y包含芳族部分的情况下，该化合物可以是苯乙烯。在Y＝OH的情况下，单体单元优选通过皂化来制备。
丙烯酸衍生物优选由下式表示：
Figure BDA0002547907590000062
其中R为H或CH3，且X为OH、NH2、OR'、NHR"、NR"'R""，R'至R""彼此独立地为具有1至6个碳原子的脂族烃基。此类化合物的实例是丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、丙烯酰基二甲基牛磺酸铵。
分散剂可以是例如马来酸-丙烯酸和马来酸-甲基丙烯酸共聚物。
分散剂可以例如是通过包含至少一个羧基的烯属不饱和单体的自由基聚合获得的均聚物。单体优选包含3至10个碳原子。
此类化合物的实例是丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、甲酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、马来酸、马来酸酐、富马酸的均聚物。
合成聚合物优选选自由以下组成的组：三聚氰胺-脲-甲醛树脂、脲-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、三聚氰胺-乙二醛-甲醛树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯基-丙烯酸共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、乙酸乙烯酯聚合物、聚(马来酸酐)、丙烯酸-马来酸共聚物、二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、聚羧酸酯、聚萘磺酸钠盐、丙烯酰基二甲基牛磺酸铵-乙烯基吡咯烷酮共聚物、二甲胺-表氯醇共聚物或者它们的混合物。合成聚合物可以作为固体添加。合成聚合物也可以与任何合适的溶剂以溶液形式添加。优选的溶剂是水。
对于所有上述聚合物，通过GPC对聚苯乙烯测定，它们优选的重均分子量为500g/mol至500,000g/mol，特别是700g/mol至100,000g/mol，尤其是在800g/mol至20,000g/mol。
在某些实施方式中，分散剂是丙烯酰胺型分散剂(包含丙烯酰胺的分散剂，例如包含丙烯酰胺的聚合物)。例如，分散剂可以是获自SNF集团的Floform 3049ST2。
基于干蒙脱石粘土的总重量，用于预处理蒙脱石粘土的分散剂的量可以是例如等于或小于约5重量％，或等于或小于约1重量％。例如，基于干蒙脱石粘土的总重量，用于预处理蒙脱石粘土的分散剂的量可以等于或小于约4重量％、或等于或小于约3重量％、或等于或小于约2重量％、或等于或小于约1重量％、或等于或小于约0.5重量％。例如，基于干蒙脱石粘土的总重量，用于预处理蒙脱石粘土的分散剂的量可以等于或大于约0.01重量％、或等于或大于约0.05重量％、或等于或大于约0.1重量％。在使用磷酸钠型分散剂(例如六偏磷酸钠)的情况下，用于预处理蒙脱土的分散剂的量可以等于或小于约1重量％，例如等于或小于约0.5重量％。当用分散剂处理时，蒙脱石粘土可以是干燥形式或不是干燥形式。
蒙脱石粘土可以例如通过使蒙脱石粘土和分散剂接触而用分散剂处理。例如，可以将蒙脱石粘土和分散剂混合以形成经处理的蒙脱石粘土。蒙脱石粘土、分散剂和任何其它任选的添加剂可以例如为任何形式，例如干粉或悬浮液或溶液。例如，蒙脱石粘土、分散剂和任何其它任选的添加剂可以以半干形式(例如粘性浆料)混合。蒙脱石粘土、分散剂和任何其它任选的添加剂的混合可以使用混磨间歇式混合机、Loedige混合机、螺杆混合机、挤出机、捏合机、切碎机、重力进料机或分级机进行。在某些实施方式中，在蒙脱石粘土的研磨期间使分散剂和蒙脱石粘土接触。在某些实施方式中，将包含分散剂的液体组合物(例如分散剂和水的混合物)施加于蒙脱石粘土，例如通过喷雾施加(例如使用喷嘴或任何其它合适的装置)。然后可以将蒙脱石粘土干燥。
在使用蒙脱石粘土作为粘合剂之前的任何时间都可以用分散剂对蒙脱石粘土进行预处理。例如，用分散剂对蒙脱石粘土的预处理可以发生在采矿之后，和/或在钠活化之前、同时或之后，和/或在研磨之前、期间或之后。用分散剂对蒙脱石粘土的预处理可以发生在蒙脱石粘土的加工期间(从加工到产品输送)的任何时刻。例如，用分散剂对蒙脱石粘土的预处理可以发生在运输期间、大袋填充期间或容器装载期间。
在某些实施方式中，在蒙脱石粘土的钠活化(例如，使用苏打灰的钠活化)期间，使分散剂与蒙脱石粘土接触。这可以包括将苏打灰粉末(碳酸钠)和分散剂添加到膨润土中并混合，例如通过挤出或捏合，任选地随后进行干燥和/或研磨。蒙脱石粘土可例如具有至少约20重量％的水分含量，例如至少约22重量％或至少约35重量％的水分含量。
本文还提供了经处理的蒙脱石粘土，其可以例如通过本文所述的方法获得和/或是通过本文所述的方法能够获得的。
经处理的蒙脱石粘土的分散体积可以例如比用分散剂处理之前的蒙脱石粘土的分散体积大至少约5％。例如，经处理的蒙脱石粘土的分散体积可以比用分散剂处理之前的蒙脱石粘土的分散体积大至少约6％、或至少约7％、或至少约8％、或至少约9％、或至少约10％、或至少约11％、或至少约12％、或至少约13％、或至少约14％、或至少约15％。例如，经处理的蒙脱石粘土可以比用分散剂处理之前的蒙脱石粘土的分散体积大至多约50％、或至多约45％、或至多约40％、或至多约35％、或至多约30％、或至多约25％、或至多约20％。蒙脱石粘土的分散体积可以使用如S.Aktther，J.Hwang和H.Lee，“SedimentationCharacteristics of Two Commercial Bentonites in Aqueous Suspensions”,ClayMinerals(2008),43,449–557页(其内容通过援引并入本文)所述的沉降测试来测定。
经处理的蒙脱石粘土提供的湿强度和/或湿跌落次数可以例如比使用经分散剂处理之前的蒙脱石粘土所获得的对应湿强度和/或湿跌落次数高至少约10％。例如，经处理的蒙脱石粘土提供的湿强度和/或湿跌落次数可以比使用经分散剂处理之前的蒙脱石粘土所获得的对应湿强度和/或湿跌落次数高至少约15％、或至少约20％、或至少约25％、或至少约30％、或至少约35％、或至少约40％。湿强度和/或湿跌落次数如下文所述针对铁矿石团粒进行测定。
经处理的蒙脱石粘土可提供的干强度比使用经分散剂处理之前的蒙脱石粘土所获得的干强度低不多于约25％，例如低不多于约20％、或低不多于约15％、或低不多于约10％、或低不多于约5％。干强度如下文所述针对铁矿石团粒进行测定。
本文所述的经处理的蒙脱石粘土可用作粘合剂。该粘合剂可以例如在铸造模具中使用或用于矿物颗粒的团聚。
经处理的蒙脱石粘土还可以用于任何其它的未经处理的蒙脱石粘土的已知用途。例如，经处理的蒙脱石粘土可以用作粘合剂，例如用在纸制品中，用在水泥中(例如用于地面覆盖)、用在动物饲料、陶瓷、化妆品、洗涤剂中，用作乳液稳定剂，用作食品添加剂，用在纸、密封剂中，用于水澄清。
例如，经处理的蒙脱石粘土可以用作形成团粒的粘合剂。如本文所用，术语“团粒”是指已经保持在一起的较小颗粒的聚集体。本文所述的团粒可以例如具有球形或非球形。例如，团粒的尺寸可以为约5mm至约20mm。团粒例如可以是矿物团粒、食品团粒、药物团粒或动物饲料团粒。
例如，本文所述的经处理的蒙脱石粘土可用作粘合剂以形成矿石团粒，例如铁矿石团粒。铁矿石团粒可例如用于生产直接还原铁或生铁。因此，铁矿石团粒可以是直接还原团粒或高炉团粒。用于制造铁矿石团粒的铁矿石可以是例如赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁燧岩、铁英岩或其中一种或多种的组合。
团粒可以通过任何合适的团粒化方法来制备。通常，将团粒形成性颗粒(团粒的主要成分的颗粒)与粘合剂和任何其它可选的添加剂混合，然后将混合后的材料成型为团粒形状，例如使用造粒机(例如转鼓或造粒盘)。然后可以对团粒进行处理，例如进行热处理，以使团粒硬化和/或使其能够保持其形状。
因此，本文还提供了包含本文所述的经处理的蒙脱石粘土的团粒(例如铁矿石团粒)，例如通过本文所述的方法获得和/或能够获得的团粒。
除了团粒形成性颗粒(例如，矿石如铁矿石颗粒)和粘合剂之外，颗粒还可以包含一种或多种其它添加剂。其它添加剂可以例如是焦炭、石灰石/石灰、白云石/氧化镁和橄榄石中的一种或多种。例如，团粒可包含一种或多种其它粘合剂。所述一种或多种其它粘合剂可以选自膨润土(例如超细膨润土)、石膏、石灰如熟石灰、石灰石、菱镁矿、氧化镁、氢氧化镁、高岭土(例如高长径比高岭土)、滑石(例如高长径比滑石)、纤维、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、淀粉、瓜尔胶、糊精、木质素磺酸钠、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、水泥、地质聚合物和树脂(例如环氧树脂、丙烯酸树脂)。超细膨润土是指通过激光颗粒衍射法测定的最大粒径为45μm的膨润土。高长径比是指长径比等于或大于约7的矿物。在某些实施方式中，团粒或用于制备团粒的组合物不含有机粘合剂。
蒙脱石粘土的长径比是指层状指数(lamellarity index)，其由以下比率定义：
Figure BDA0002547907590000101
其中“dmean”是通过湿式马尔文激光散射的粒径测量获得的平均粒径(d50)的值(AFNOR NFX11-666或ISO 13329-1标准)，而“d50”是使用沉降图通过沉降获得的中位数直径的值(AFNOR X11-683或ISO 13317-3标准)。可以参考G.Baudet和J.P.Rona,Ind.Min.Mineset Carr.Les techn.June,July 1990,55-61页，表明该指数与颗粒最大尺寸与最小尺寸的平均比值相关。
基于干蒙脱石粘土的总重量，所述一种或多种其它添加剂可以各自以等于或小于约50重量％的量存在于团粒或用于形成团粒的组合物中。例如，基于干蒙脱石粘土的总重量，所述一种或多种其它添加剂可以各自以等于或小于约40重量％、或等于或小于约30重量％、或等于或小于约20重量％、或等于或小于约10重量％、或等于或小于约5重量％、或等于或小于约1重量％的量存在于团粒或用于形成团粒的组合物中。基于干蒙脱石粘土的总重量，所述一种或多种其它添加剂可以各自以等于或大于0重量％或等于或大于0.5重量％的量存在于团粒或用于团粒的组合物中。
本文所述的团粒可例如包含总计等于或小于约8重量％的二氧化硅和氧化铝。例如，本文所述的团粒可包含总计等于或小于约7重量％、或等于或小于约6重量％、或等于或小于约5重量％、或等于或小于约4重量％、或等于或小于约3重量％、或等于或小于约2重量％的二氧化硅和氧化铝。例如，在团粒是直接还原铁矿石团粒的情况下，团粒可包含总计等于或小于约2重量％的二氧化硅和氧化铝。例如，直接还原铁矿石团粒可包含等于或小于约1.5重量％的二氧化硅和等于或小于约0.5重量％的氧化铝。当团粒是高炉团粒时，团粒可包含总计等于或小于约8重量％的二氧化硅和氧化铝。
经处理的蒙脱石粘土可以例如提供团粒中的总计等于或小于约30重量％的二氧化硅和氧化铝。例如，经处理的蒙脱石粘土可提供团粒中的总计等于或小于约28重量％、或等于或小于约26重量％、或等于或小于约25重量％、或等于或小于约24重量％、或等于或小于约22重量％、或等于或小于约20重量％的二氧化硅和氧化铝。例如，经处理的蒙脱石粘土可提供团粒中的总计等于或大于约10重量％、或等于或大于约15重量％、或等于或大于约20重量％的二氧化硅和氧化铝。
例如，本文所述的团粒(例如铁矿石团粒)的湿强度和/或湿跌落次数与相同的但蒙脱石粘土未经分散剂预处理的团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数相比可以高至少约10％。例如，本文所述的团粒的湿强度和/或湿跌落次数与相同的但蒙脱石粘土未经分散剂预处理的团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数相比可以高至少约15％、或至少约20％、或至少约25％、或至少约30％、或至少约35％、或至少约40％。例如，本文所述的团粒的湿强度和/或湿跌落次数与相同的但蒙脱石粘土未经分散剂预处理的团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数相比可以高至多约100％、或至多约90％、或至多约80％、或至多约70％、或至多约60％、或至多约50％。
本文所述的团粒(例如铁矿石团粒)的干强度与相同的但蒙脱石粘土未经分散剂预处理的团粒的对应干强度相比可以低不多于约25％，例如低不多于约20％、或低不多于约15％、或低不多于10％、或低不多于约5％。
湿强度、湿跌落次数和干强度可以如下测量。团粒以2kg铁矿石精矿分批制备。在精矿中加入蒙脱石粘土(干粉形式)和水，以达到至少8.5重量％的水分含量。将成分在混磨机中混合1.5分钟，然后通过切碎机。使用直径为16”(40.64cm)，宽度为5”1/4(13.34cm)且转速为50-52rpm的飞机成团胎将混合物形成为团粒。在开始时可任选地添加少量(约12.5mL)团粒种(直径为4-5mm的预制团粒)，然后将混合物逐渐添加到旋转胎中以形成团粒。同时喷水以帮助形成团粒，整个程序持续7分钟。将形成的团粒过筛，并选择适当尺寸(1/2”(1.27cm)+15/32”(38.1/81.28cm))的团粒进行进一步评估。
批料的湿跌落次数由刚成团后的10个团粒的平均值来定义。让每个团粒从18”(71.12cm)的高度在钢表面上跌落，直到团粒开裂或破损。直至团粒开裂或破损前的跌落次数代表湿跌落次数。
批料的湿强度由刚成团后的10个团粒的平均值来定义。通过使用压缩强度机(例如Chatillon，Frank PTI GmbH)在每个团粒中定义湿强度。
批料的干强度由在105℃烘箱中将团粒干燥至恒重(通常过夜)之后的10个团粒的平均值来定义。通过使用压缩强度机(例如Chatillon，Frank PTI GmbH)在每个团粒中定义干强度。
对于每批团粒，使用例如ASTM D2216-10(土壤和岩石的质量计水(水分)含量的实验室测定的标准测试方法)等方法来定义10个团粒(通常是用于测定干强度的那些)中的水分含量。
每批的湿跌落次数、湿强度和干强度与特定的团粒水分含量相对应。制备了在不同水分含量下的若干配方，并通过插值法或外推法来对8.5重量％水分含量时的团粒性质进行数学计算。
实施例
实施例1：赤铁矿石精矿——低吸收性膨润土
使用来自Milos的苏打灰活化膨润土的干粉(溶胀指数为27mL/2g)并与0.1重量％的六偏磷酸钠(SHMP)制备共混物，由此制备新型粘合剂(膨润土NP1)。膨润土NP1用于在团粒旋转胎中以6kg/MT的添加水平形成团粒，并与用未经SHMP分散剂处理的膨润土以6kg/MT的铁矿石添加水平形成的团粒进行比较。所有比较均以8.5重量％的水分含量进行。
如上所述测量湿跌落次数(GDN)、湿强度(GS)和干强度(DS)。结果示于表1。
添加膨润土NP1导致GDN增加23％，GS增加10％，而DS不受影响。如表1中每MT铁矿石使用4.5kg膨润土NP1制成的团粒的结果所示，湿性能的改善可使为保持与仅使用膨润土(即，未经SHMP处理)所获得的相同湿性能的粘合剂消耗减少25％。
表1：基于膨润土的粘合剂NP1的湿团粒性能
粘合剂 铁矿石精矿上的添加水平 GDN GS(kgf/团粒) DS(kgf/团粒)
膨润土 6kg/T 18.2 1.44 5.35
膨润土NP1 6kg/T 22.3 1.59 5.15
膨润土NP1 4.5kg/T 18.0 1.52 4.23
实施例2：混合磁铁矿赤铁矿石精矿——低吸收膨润土
如实施例1中那样制备新型粘合剂(膨润土NP1)，并使用该粘合剂以6kg/MT的添加水平形成团粒。还制备了使用未经SHMP处理的膨润土制成的团粒用于比较。所有比较均以8.5重量％的团粒水分含量进行。
如上所述测量湿跌落次数(GDN)、湿强度(GS)和干强度(DS)。结果示于表2。
膨润土NP1的使用使GDN增加了66％且GS增加了20％。当膨润土NP1粘合剂的量减少到4.5kg/MT铁矿石时，湿性能值仍有增加。DS不受SHMP添加的影响，但是随着粘合剂消耗的减少而劣化。
表2：基于膨润土的粘合剂NP1的湿团粒性能
粘合剂 铁矿石精矿上的添加水平 GDN GS DS
膨润土 6kg/T 12.8 1.07 5.19
膨润土NP1 6kg/T 21.2 1.28 5.59
膨润土NP1 4.5kg/T 15.9 1.17 4.31
实施例3：混合磁铁矿赤铁矿精矿——高吸收膨润土
通过将溶胀指数为42mL/2g的来自Milos的苏打灰活化的膨润土粉末与0.1重量％的六偏磷酸钠(SHMP)粉末混合来制备新型粘合剂(膨润土NP2)。所有结果均在8.5重量％的水分含量得出。
如上所述测量湿跌落次数(GDN)、湿强度(GS)和干强度(DS)。结果示于表3。
使用膨润土NP2制成的团粒的GDN几乎是使用未经SHMP处理的膨润土制成的团粒的GDN的两倍。与使用未经SHMP处理的膨润土制成的团粒相比，添加水平为6kg/MT时，GS高16％。将粘合剂消耗减少50％至3kg/MT时，所提供的团粒具有与使用两倍量的未经SHMP处理的膨润土时相同水平的湿性能，而DS随膨润土添加水平相应地下降。
表3：基于膨润土的粘合剂NP2的湿团粒性能
粘合剂 铁矿石精矿上的添加水平 GDN GS DS
膨润土 6kg/T 16.1 1.19 5.9
膨润土NP2 6kg/T 29.4 1.38 5.6
膨润土NP2 3kg/T 14.0 1.16 3.0
实施例4：混合磁铁矿赤铁矿精矿——高吸收膨润土
通过将溶胀指数为42mL/2g的来自Milos的苏打灰活化的膨润土粉末与0.1重量％的聚丙烯酰胺固体粉末(Floform 3049ST2，获自SNF Group)混合来制备新型粘合剂(膨润土NP3)。所有结果均在8.5重量％的团粒水分含量得出。使用2.2kg/MT铁矿石精矿的量的膨润土制备团粒，并测量其性能(表4)。
每MT铁矿石精矿使用6kg未经分散剂处理的膨润土所制成的团粒与用2.2kg/T的膨润土NP3(少63％的粘合剂消耗，其因此导致粘合剂贡献的二氧化硅和氧化铝减少)制备的团粒相比具有相当的GDN和GS。由于粘合剂中的纯膨润土的量显著减少，干强度劣化了37％。
表4：基于膨润土的粘合剂NP3的湿团粒性能
粘合剂 铁矿石精矿上的添加水平 GDN GS DS
膨润土 6kg/T 16.1 1.19 5.9
膨润土NP3 2.2kg/T 16.5 1.17 3.7
前文宽泛地描述了本发明的某些实施方式且没有限制。对于本领域技术人员而言显而易见的变化和修改形式应当落入由所附权利要求书限定的本发明的范围内。
以下编号的段落可以定义本发明的具体实施方式：
1.经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂的用途。
2.如段落1所述的用途，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土用作粘合剂以形成团粒。
3.如段落1或2所述的用途，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土用作粘合剂以形成铁矿石团粒。
4.如前述段落中任一项所述的用途，其中，蒙脱石粘土包含膨润土。
5.如前述段落中任一项所述的用途，其中，蒙脱石粘土包含钠膨润土，例如钠活化膨润土或天然钠膨润土。
6.如前述段落中任一项所述的用途，其中，蒙脱石粘土包含等于或小于约40重量％的水分。
7.如前述段落中任一项所述的用途，其中，蒙脱石粘土包含等于或大于约8重量％的水分。
8.如前述段落中任一项所述的用途，其中，蒙脱石粘土包含至少约50重量％的蒙脱石。
9.如前述段落中任一项所述的用途，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土的分散体积比用分散剂处理之前的该蒙脱石粘土的分散体积大至少约5％。
10.如前述段落中任一项所述的用途，其中，所述分散剂是无机或有机分散剂。
11.如前述段落中任一项所述的用途，其中，所述分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠和焦磷酸钠。
12.如段落1至10中任一项所述的用途，其中，所述分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
13.如前述段落中任一项所述的用途，其中，基于蒙脱石粘土的总重量，所述分散剂的用量小于或等于约5重量％。
14.如前述段落中任一项所述的用途，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土与一种或多种其它粘合剂组合使用。
15.如段落14所述的用途，其中，所述一种或多种其它粘合剂选自膨润土(例如超细膨润土)、石膏、石灰如熟石灰、石灰石、菱镁矿、氧化镁、氢氧化镁、高岭土(例如高长径比高岭土)、滑石(例如高长径比滑石)、纤维、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、淀粉、瓜尔胶、糊精、木质素磺酸钠、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、水泥、地质聚合物和树脂(例如环氧树脂、丙烯酸树脂)。
16.如前述段落中任一项所述的用途，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土不与一种或多种有机粘合剂组合使用。
17.如段落3至16中任一项所述的用途，其中，所述团粒包含总计小于或等于约8重量％的二氧化硅和氧化铝，例如总计小于或等于约2重量％的二氧化硅和氧化铝。
18.如段落2至17中任一项所述的用途，其中，所述蒙脱石粘土提供了所述团粒中总计小于或等于约30重量％的二氧化硅和氧化铝。
19.如段落3至17中任一项所述的用途，其中，所述铁矿石团粒的湿强度和/或湿跌落次数与相同的但蒙脱石粘土未经分散剂预处理的铁矿石团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数相比高至少约10％。
20.一种团粒化方法，该方法包括：
用分散剂处理蒙脱石粘土；并且
将经处理的蒙脱石粘土与团粒形成性颗粒组合以形成团粒。
21.如段落20所述的方法，其中，所述团粒形成性颗粒是铁矿石颗粒，且所述方法是制备铁矿石团粒的方法。
22.如段落20或21所述的方法，其中，蒙脱石粘土包含膨润土。
23.如段落22所述的方法，其中，蒙脱石粘土包含钠膨润土，例如钠活化膨润土或天然钠膨润土。
24.如段落20至23中任一项所述的方法，其中，蒙脱石粘土包含等于或小于约40重量％的水分。
25.如段落20至24中任一项所述的方法，其中，蒙脱石粘土包含等于或大于约8重量％的水分。
26.如段落20至25中任一项所述的方法，其中，蒙脱石粘土包含至少约50重量％的蒙脱石。
27.如段落20至26中任一项所述的方法，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土的分散体积比用分散剂处理之前的该蒙脱石粘土的分散体积大至少约5％。
28.如段落20至27中任一项所述的方法，其中，所述分散剂是无机或有机分散剂。
29.如段落20至28中任一项所述的方法，其中，所述分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠和焦磷酸钠。
30.如段落20至28中任一项所述的方法，其中，所述分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
31.如段落20至30中任一项所述的方法，其中，使用小于或等于约5重量％的分散剂来处理所述蒙脱石粘土。
32.如段落20至31中任一项所述的方法，其中，一种或多种其它粘合剂与经处理的蒙脱石粘土及团粒形成性颗粒组合以形成团粒。
33.如段落32所述的方法，其中，所述一种或多种其它粘合剂选自膨润土(例如超细膨润土)、石膏、石灰如熟石灰、石灰石、菱镁矿、氧化镁、氢氧化镁、高岭土(例如高长径比高岭土)、滑石(例如高长径比滑石)、纤维、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、淀粉、瓜尔胶、糊精、木质素磺酸钠、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、水泥、地质聚合物和树脂(例如环氧树脂、丙烯酸树脂)。
34.如段落20至33中任一项所述的方法，其中，所述团粒不包含有机粘合剂。
35.如段落20至34中任一项所述的方法，其中，经处理的蒙脱石粘土以一定比例组合，从而产生具有总计小于或等于约8重量％、例如小于或等于约2重量％的二氧化硅和氧化铝含量的团粒。
36.如段落20至34中任一项所述的方法，其中，经处理的蒙脱石粘土以一定比例组合，从而所述团粒中总计小于或等于约30重量％的二氧化硅和氧化铝源自所述经处理的蒙脱石粘土。
37.如段落21至36中任一项所述的方法，其中，所述铁矿石团粒的湿强度和/或湿跌落次数与未用分散剂处理蒙脱石粘土所制备的铁矿石团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数相比高至少约10％。
38.如段落20至37中任一项所述的方法，其中，对蒙脱石粘土的处理包括将分散剂与蒙脱石粘土混合。
39.如段落38所述的方法，其中，所述分散剂处于其干燥形式。
40.如段落38或39所述的方法，其中，所述混合发生在对蒙脱石粘土进行研磨期间。
41.如段落20至40中任一项所述的方法，其中，对蒙脱石粘土的处理包括将包含分散剂的液体组合物施加至蒙脱石粘土。
42.如段落41所述的方法，其还包括在已施加所述液体组合物后将蒙脱石粘土干燥。
43.如段落41或42所述的方法，其中，施加所述液体组合物包括将该液体组合物通过喷嘴进行喷雾。
44.如段落20至43中任一项所述的方法，其中，用分散剂对蒙脱石粘土的处理与蒙脱石粘土的苏打灰活化同时发生。
45.通过段落20至44中任一项所述的方法获得和/或能够获得的团粒。
46.通过段落21至45中任一项所述的方法获得和/或能够获得的铁矿石团粒。
47.如段落46所述的铁矿石团粒在生产直接还原铁或生铁中的用途。
48.如段落47所述的用途，其中，直接还原铁或生铁的生产在直接还原反应器或高炉中进行。
49.一种用于制备团粒的组合物，所述组合物包含经分散剂预处理的蒙脱石粘土和团粒形成性颗粒。
50.如段落49所述的组合物，其中，蒙脱石粘土包含膨润土。
51.如段落49或50所述的组合物，其中，蒙脱石粘土包含钠膨润土，例如钠活化膨润土或天然钠膨润土。
52.如段落49至51中任一项所述的组合物，其中，蒙脱石粘土包含等于或小于约40重量％的水分。
53.如段落49至52中任一项所述的组合物，其中，蒙脱石粘土包含等于或大于约8重量％的水分。
54.如段落49至53中任一项所述的组合物，其中，蒙脱石粘土包含至少约50重量％的蒙脱石。
55.如段落49至54中任一项所述的组合物，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土的分散体积比用分散剂处理之前的该蒙脱石粘土的分散体积大至少约5％。
56.如段落49至55中任一项所述的组合物，其中，所述分散剂是无机或有机分散剂。
57.如段落49至56中任一项所述的组合物，其中，所述分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠和焦磷酸钠。
58.如段落49至57中任一项所述的组合物，其中，所述分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
59.如段落49至58中任一项所述的组合物，其中，基于蒙脱石粘土的总重量，分散剂以小于或等于约5重量％的量存在于所述组合物中。
60.如段落49至59中任一项所述的组合物，其中，所述组合物还包含一种或多种其它粘合剂。
61.如段落60所述的组合物，其中，所述一种或多种其它粘合剂选自膨润土(例如超细膨润土)、石膏、石灰如熟石灰、石灰石、菱镁矿、氧化镁、氢氧化镁、高岭土(例如高长径比高岭土)、滑石(例如高长径比滑石)、纤维、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、淀粉、瓜尔胶、糊精、木质素磺酸钠、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、水泥、地质聚合物和树脂(例如环氧树脂、丙烯酸树脂)。
62.如段落49至61中任一项所述的组合物，其中，所述组合物不包含一种或多种有机粘合剂。
63.如段落49至62中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包含总计小于或等于约8重量％的二氧化硅和氧化铝，例如总计小于或等于约2重量％的二氧化硅和氧化铝。
64.如段落49至63中任一项所述的组合物，其中，经处理的蒙脱石粘土提供了所述团粒中总计小于或等于约30重量％的二氧化硅和氧化铝。
65.如段落49至64中任一项所述的组合物，其中，团粒形成性颗粒是铁矿石颗粒，且所述组合物用于制备铁矿石团粒。
66.经分散剂处理的蒙脱石粘土，所述蒙脱石粘土所能提供的湿强度和/或湿跌落次数与用分散剂处理之前的该蒙脱石粘土所获得的对应湿强度和/或湿跌落次数相比高至少约10％。
67.如段落66所述的蒙脱石粘土，其中，蒙脱石粘土包含膨润土。
68.如段落67所述的蒙脱石粘土，其中，蒙脱石粘土包含钠膨润土，例如钠活化膨润土或天然钠膨润土。
69.如段落66至68中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，蒙脱石粘土包含等于或小于约40重量％的水分。
70.如段落66至69中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，蒙脱石粘土包含等于或大于约8重量％的水分。
71.如段落66至70中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，蒙脱石粘土包含至少约50重量％的蒙脱石。
72.如段落66至71中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，经分散剂预处理的蒙脱石粘土的分散体积比用分散剂处理之前的该蒙脱石粘土的分散体积大至少约5％。
73.如段落66至72中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，所述分散剂是无机或有机分散剂。
74.如段落66至73中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，所述分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠和焦磷酸钠。
75.如段落66至74中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，所述分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
76.如段落66至75中任一项所述的蒙脱石粘土，其中，基于蒙脱石粘土的总重量，分散剂的用量小于或等于约5重量％。

Claims (17)

1.经分散剂预处理的蒙脱石粘土作为粘合剂的用途。
2.一种团粒化方法，所述方法包括：
用分散剂处理蒙脱石粘土；并且
将经处理的蒙脱石粘土与团粒形成性颗粒组合以形成团粒。
3.一种用于制备团粒的组合物，所述组合物包含经分散剂预处理的蒙脱石粘土和团粒形成性颗粒。
4.如权利要求1所述的用途、权利要求2所述的方法或权利要求3所述的组合物，其中，所述经分散剂预处理的蒙脱石粘土被用做粘合剂以形成团粒，例如铁矿石团粒。
5.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述蒙脱石粘土包含膨润土。
6.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述蒙脱石粘土包含小于或等于约40重量％的水分或者大于或等于约8重量％的水分。
7.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述分散剂是无机或有机分散剂。
8.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述分散剂是磷酸钠型分散剂，例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠和焦磷酸钠。
9.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述分散剂是丙烯酰胺型分散剂。
10.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，基于所述蒙脱石粘土的总重量，所述分散剂的用量小于或等于约5重量％。
11.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述团粒包含总计小于或等于约8重量％的二氧化硅和氧化铝，例如总计小于或等于约2重量％的二氧化硅和氧化铝。
12.如前述权利要求中任一项所述的用途、方法或组合物，其中，所述铁矿石团粒的湿强度和/或湿跌落次数相对于未用分散剂处理的蒙脱石粘土制备的铁矿石团粒的对应湿强度和/或湿跌落次数高至少约10％。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述蒙脱石粘土的处理包括将所述分散剂与所述蒙脱石粘土混合。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述蒙脱石粘土的处理包括将包含所述分散剂的液体组合物施加至所述蒙脱石粘土。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用分散剂对所述蒙脱石粘土的处理与所述蒙脱石粘土的苏打灰活化同时发生。
16.通过前述权利要求中任一项所述的方法获得和/或能够获得的团粒。
17.通过前述权利要求中任一项所述的方法获得和/或能够获得的铁矿石团粒。
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