CN113372845B - 一种转底炉专用的水性粘结剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转底炉专用的水性粘结剂及其生产方法，属于粘结剂技术领域。本发明采用淀粉残渣、聚乙烯醇、过硫酸铵、聚丙烯酰胺、氢氧化钠和水制备成适用于转底炉的水性粘结剂。本发明的水性粘结剂具有成本低廉、节能环保的特点，能够有效提高转底炉预还原球的成球率和铁元素的还原率，大大降低粉尘造块成本和预还原成本。

Description

一种转底炉专用的水性粘结剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及水性粘结剂技术领域，具体涉及一种转底炉专用的水性粘结剂及其生产方法。

背景技术

钢铁冶炼要经过烧结、炼铁、炼钢三大工序，除尘灰产生的总量为钢产量的8％～15％，每年环保除尘回收的粉尘总量大约在10000万吨-16000万吨左右。其种类繁多、性质各异，成分复杂，利用难度大。对于很多没有环保意识的钢厂，都会选择填埋露天堆放的形式进行处理，而这些除尘灰中含有很多有害元素，对土壤、水质、大气环境等危害巨大。也有企业采取将所产生的除尘灰直接全部返回烧结工序回用，这种方式虽然可回收利用铁、钙、镁、碳等有益元素，但锌、钾、钠、铅等对炼铁工艺有害的元素循环富集，致使铁水成本上升、高炉寿命缩短，生产顺行受到极大影响，不利于钢铁企业持续稳定发展。

随着国家环保执法力度不断加强，钢企在除尘灰回收利用方面的投入也逐渐加大。国内主流钢企主要采用“造块-烧结机”、“造块-回转窑”、“造块-转底炉”、“造块-转炉”等方法回收。这些回收利用工艺各有千秋，其中“造块-转底炉”工艺优势最大。转底炉工艺是非高炉炼铁工艺的一种，目前，在全世界的钢铁企业中至少建有50座转底炉，它们主要被用于处理钢铁厂的含铁粉尘等固体废弃物，其产品DRI(直接还原铁)能够直接用于高炉、电炉和氧气顶吹转炉等工艺。因其具有原料适应范围广，投资少，能耗低，对环境危害小等优点受到了冶金界的普遍关注，目前已在美国和日本得到了广泛的工业化应用。在国内自2018年宝钢湛江钢铁成功建成并顺利运行年处理20万吨粉尘的转底炉生产线以来，仅仅2年时间，全国就有10座转底炉投入运行。由于转底炉不仅可以除去尘中含有的对后冶炼工艺有害的铅锌金属，回收的铅锌浓度高，而且粉尘中的铁元素还原率高、质量稳定，工艺技术与装备已经成熟，可以预见，利用转底炉法回收粉尘必将成为每一个钢企的标配。

现在在粉尘回收工艺流程中，都有粉尘造块这一工序，在粉尘造块工序中，需要使用大量粘结剂，这些粘结剂中粮食淀粉占80％以上，配用比例3-5％(质量百分比)。以每年处理10000万吨粉尘计算，一年将消耗粮食至少300万吨。我国是粮食进口大国，节约粮食是当今国策。工业领域大量消耗粮食无疑会给国家粮食安全带来重大风险。在钢铁除尘粉尘造块领域，使用粮食淀粉做粘结剂除了消耗大量粮食外，还存在价格高、成块率低、二次粉化率大等突出问题。本发明旨在克服上述问题，对于降低造块成本、提高转底炉产量和节能减排具有重大的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种转底炉专用的水性粘结剂，本发明提供的转底炉专用粘结剂能满足转底炉造块的粘结剂需要，可以起到替代传统粮食粘结剂的作用，并能达到降低造块成本，提高成块率和节能减排的效果。

本发明提供了一种转底炉专用的水性粘结剂，包括以下重量份数的原料：淀粉残渣10-60份、聚乙烯醇1-20份、过硫酸铵0.5-10份、聚丙烯酰胺1-20份、氢氧化钠0.5-10份，水400份。

在本发明中淀粉残渣起到粘结和还原剂的作用，聚乙烯醇起低温粘结的作用，过硫酸铵起杀菌和防腐的作用，聚丙烯酰胺起温粘结、悬浮分散作用，氢氧化钠加速糊化、提高低温粘性的作用。

优选的，所述淀粉残渣为红薯淀粉残渣、木薯淀粉残渣、玉米淀粉残渣中的任意一种或几种的混合物。

优选的，所述淀粉残渣的含水量为5-10％。

本发明还提供了所述转底炉专用的水性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备淀粉膨化残渣细粉

将淀粉残渣进行挤压膨化和粉碎处理，得到淀粉膨化残渣细粉；

(2)制备混合溶液一

将100份水加热至95-105℃，搅拌下缓慢加入聚乙烯醇1-20份，加入完全后继续搅拌10-30min，然后在搅拌下缓慢加入过硫酸铵0.5-10份，加入完全后搅拌5-30min至全部溶解，得到混合溶液一；

(3)制备混合溶液二

将1-20份聚丙烯酰胺在搅拌下缓慢加入到300份水中，加入完全后继续搅拌5-15min，然后再缓慢加入0.5-10份氢氧化钠，加入完全后继续搅拌2-10min，直至溶解完全，得到混合溶液二；

(4)合成水性粘结剂

将混合溶液一和混合溶液二混合，然后再加入10-60份淀粉膨化残渣细粉，搅拌5-25min，至溶解完全，得到水性粘结剂。

(5)检验

步骤(4)得到的水性粘结剂溶液色泽均匀，无肉眼可见的颗粒物和悬浮物即为合格的水性粘结剂。

(6)装罐和封装

将步骤(4)中得到的合格的水性粘结剂装到塑料罐中封口密封。

本发明采用红薯、木薯和玉米制取淀粉过程中产生的对环境污染较大的水性残渣、高分子聚合物产生的残渣、少量高分子聚合物和氢氧化钠为原料，通过特定的制备工艺和糊化工艺制备了转底炉专用粘结剂，用于转底炉球团的生产，常温和中高温的粘结效果好，球团强度高，金属元素的还原率高。本发明提供的转底炉专用的水性粘结剂的制备过程对环境没有任何污染，同时实现了废渣的综合利用，环境友好。

优选的，步骤(1)中所述挤压膨化的温度为50-80℃，将淀粉残渣进行物理和化学变性，制成淀粉分子和水分子均匀分布的直链分子高活性膨化物。

优选的，步骤(1)中所述粉膨化残渣细粉的粒径为≥200目，进一步提高膨化物的活性和粘结性。

本发明提供的转底炉专用的水性粘结剂的主要成分如表1。

表1

序号	项目	指标(质量比)
			1	碳(C)％	20-50
2	氧(O)％	5-50
			3	氢(H)％	2-30
4	钙(Ca)mg/kg	50-150
			5	钠(Na)mg/kg	5-1000
6	硅(Si)mg/kg	5-1000
			7	氯(Cl)mg/kg	5-1000

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用红薯、木薯和玉米制取淀粉过程中产生的残渣和少量高分子聚合物以及氢氧化钠为原料制取转底炉专用的水性粘结剂，既解决了淀粉生产企业剩余的残渣污染大气和水资源的问题，又可替代传统采用粮食淀粉制备的粘结剂，具有节约粮食，节能环保的特点，为粉尘压块提供了成本低，无毒害，对环境没有任何污染的环保水性粘结剂。

2、本发明的水性粘结剂含有大量的碳质纤维素，用于粉尘造块，压块在焙烧过程中，粘结剂的碳质纤维素中的碳、氢分子团与矿粉紧密接触，充分粘合直接参与还原反应，从而加快了还原反应，节约了还原剂的加入量。还原反应的生成物为金属单质和水煤气，前者是目标产品，后者可以作为转底炉预热段的燃料。因此，使用本发明的水性粘结剂可以提高金属还原率，节约转底炉能源消耗，提高烧结块的品味并且减少转底炉单位产品还原剂的使用量。

3、本发明的制备工艺可以有效避免形成残渣中淀粉和高分子聚合物的包裹体，大大提高了残渣中淀粉和高分子聚合物的可溶性和稳定性，不会形成絮状物，进而保证了转底炉专用水性粘结剂的质量。

4、本发明充分利用分子结构中的各种活性官能团主要包括羧基、酚羟基和羟基等，与矿粉中的金属离子和金属氧化物之间发生配位反应，形成稳定的络合物或螯合物，由于矿粉颗粒和粘结剂分子之间以配位键连接，具有共价键的性质，因此两者结合的比较牢固。

5、本发明利用氢氧化钠溶于水后释放的大量热量迅速将残渣中的淀粉和高分子聚合物加热到一定温度，从而使其糊化，既制得了具有较高粘性的水性粘结剂，同时又节约了加热水需要的能源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。

实施例1

一种转底炉专用的水性粘结剂，由以下重量份的原料组成：淀粉残渣30份、聚乙烯醇10份、过硫酸铵5份、聚丙烯酰胺10份、氢氧化钠5份，水400份。

所述转底炉专用的水性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备淀粉膨化残渣细粉

将含水量为30％的淀粉残渣置于蒸汽发热炉中烘干，得到含水量为8％的淀粉残渣，将含水量为8％的淀粉残渣置于挤压膨化机内，在50℃的温度条件下进行挤压膨化处理，制成淀粉膨化残渣，将淀粉膨化残渣经粉碎机粉碎成目数为1000目的淀粉膨化残渣细粉；

(2)制备混合溶液一

将100份水加入带有搅拌装置的1号反应釜中，用蒸汽加热炉加热至100℃，开动搅拌装置，缓慢分散加入聚乙烯醇10份，搅拌20min，然后缓慢分散加入过硫酸铵5份，搅拌15min，定期抽样观察，当溶质全部溶解，溶液颜色均匀时即为质量合格，得到混合溶液一，若不符合上述评判标准则继续缓慢开动搅拌装置，直至溶质溶解完全；

(3)制备混合溶液二

将300份水加入带有搅拌装置的2号反应釜中，开动搅拌装置，缓慢分散加入聚丙烯酰胺10份，搅拌10min，然后缓慢分散加入氢氧化钠5份，搅拌8min，定期抽样观察，当溶质全部溶解，溶液颜色均匀时即为质量合格，得到混合溶液二，若不符合上述评判标准则继续缓慢开动搅拌装置，直至溶质溶解完全；

(4)合成水性粘结剂

开动2号反应釜的搅拌装置，将步骤(2)得到的混合溶液一全部倒入2号反应釜内，然后将步骤(1)得到的淀粉膨化残渣细粉30份缓慢分散加入2号反应釜内，继续搅拌10min，当溶质全部溶解、溶液色泽均匀时，工序质量合格，得到水性粘结剂。若不符合上述评判标准则继续搅拌，直至达到质量标准(溶液色泽均匀、无肉眼可见的颗粒物、悬浮物)。

(5)检验

步骤(4)得到的水性粘结剂溶液色泽均匀，无肉眼可见的颗粒物和悬浮物即为合格的水性粘结剂。

(6)装罐和封装

将步骤(4)中得到的合格的水性粘结剂装到塑料罐中封口密封。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水性粘结剂在转底炉球团生产中的应用，其特征在于，所述水性粘结剂包括以下重量份数的原料：淀粉残渣10-60份、聚乙烯醇1-20份、过硫酸铵0 .5-10份、聚丙烯酰胺1-20份、氢氧化钠0 .5-10份，水400份；

所述水性粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备淀粉膨化残渣细粉

将淀粉残渣进行挤压膨化和粉碎处理，得到淀粉膨化残渣细粉；

(2)制备混合溶液一

将100份水加热至95-105℃，搅拌下缓慢加入聚乙烯醇1-20份，加入完全后继续搅拌10-30min，然后在搅拌下缓慢加入过硫酸铵0 .5-10份，加入完全后搅拌5-30min至全部溶解，得到混合溶液一；

(3)制备混合溶液二

将1-20份聚丙烯酰胺在搅拌下缓慢加入到300份水中，加入完全后继续搅拌5-15min，然后再缓慢加入0 .5-10份氢氧化钠，加入完全后继续搅拌2-10min，直至溶解完全，得到混合溶液二；

(4)合成水性粘结剂

将混合溶液一和混合溶液二混合，然后再加入10-60份淀粉膨化残渣细粉，搅拌5-25min，至溶解完全，得到水性粘结剂。

2.根据权利要求1所述水性粘结剂在转底炉球团生产中的应用，其特征在于，所述淀粉残渣为红薯淀粉残渣、木薯淀粉残渣、玉米淀粉残渣中的任意一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述水性粘结剂在转底炉球团生产中的应用，其特征在于，所述淀粉残渣的含水量为5-10％。

4.根据权利要求1所述水性粘结剂在转底炉球团生产中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述挤压膨化的温度为50-80℃。

5.根据权利要求1所述水性粘结剂在转底炉球团生产中的应用，其特征在于，步骤(1)中所述淀粉膨化残渣细粉的粒径为≥200目。