CN114214512B - 一种球团粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球团粘结剂及其制备方法和应用，以重量份计，包括如下组分的制备原料：改性魔芋粉3‑5份、改性膨润土8‑10份、氧化镁0.5‑1份、氧化钙0.5‑1份，本发明采用的魔芋粉分子中含有大量的官能团，通过将其与碱木质素进行活化改性，使其粘度进一步提高，同时能够与铁精矿颗粒产生较强的吸附作用，在用量较低时能明显提高球团的抗压强度，而且将膨润土钠化得到层间距更大的钠基膨润土，然后加入水玻璃和硅溶胶，在膨润土的层间形成多孔物质，利于碱木质素中的酚羟基和魔芋粉中的羟基等官能团与膨润土发生吸附作用，促使膨润土分散更均匀，改善了粘结剂在铁矿颗粒之间的分布特性，与铁精矿颗粒表面发生的化学吸附变多，从而提高了生球性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种球团粘结剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着可直接入炉炼铁的富矿资源日益枯竭，贫矿资源的开发得到迅速发展，贫矿资源经过破碎、磨矿和选别等工艺可得到高品位的铁精矿粉，但铁精矿粉难以直接入炉，必须经过造块才能入炉冶炼，烧结和球团是两种不同的细磨铁精粉造块技术，铁矿球团因具有TFe品位高、物理性能和冶金性能良好等优点，被认为是优化高炉炉料结构的优质炉料。
球团粘结剂是制备铁矿氧化球团不可缺少的原料，添加膨润土的铁矿湿球具有抗压和落下强度高、成品球物理冶金性能好等特点，被国内外广泛使用作球团粘结剂，球团生产中，我国膨润土粘结剂的实际用量为 2.0-3.0％，高者达5.0％以上，然而，膨润土的主要成分为含硅铝的矿物，这势必会降低 球团矿的铁品位，球团生产实践表明，膨润土的配比每增加1％，球团矿铁品位降低0.6％左右，入炉铁品位每降低1.0％，高炉炼铁焦比增加2.0％，产量降低3.0％，铁品位降低和炼铁能耗的增加是膨润土作为粘结剂生产球团的最大弊端。
专利文献（CN112553461A）提供了一种煤基球团用复合粘结剂及其使用方法，通过以替代膨润土或复合膨润土，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；专利文献（CN101956066A）公开了一种冶金球团复合粘结剂，在球团生产中配加0.5%复合粘结剂，可替代膨润土0.8-1.2%，既能满足球团生产要求，又能减少膨润土的使用量，达到提高球团矿铁品位，同时提高高炉系数目的。
铁品位降低和炼铁能耗的增加是膨润土作为粘结剂生产球团的最大弊端，采用有机粘结剂替代膨润土，在相同的炉料碱度下能减少熔剂消耗量及高炉渣量，提高球团铁品位，有机粘结剂在高温时已基本燃尽且残留少，不能为高温固结提供渣键，存在爆裂温度低，粉末量大，预热和焙烧球团强度差等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种球团粘结剂及其制备方法和应用，解决目前的粘结剂制备的球团强度差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种球团粘结剂，以重量份计，包括如下组分的制备原料：改性魔芋粉3-5份、改性膨润土8-10份、氧化镁0.5-1份、氧化钙0.5-1份。
优选的，所述改性魔芋粉的制备方法，包括如下步骤：将碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入魔芋粉进行反应，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10-20min，随后再静置陈化20-30min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉。
优选的，魔芋粉与碱木质素的质量比为2-4:1。
优选的，反应温度为60-70℃，反应时间为30-40min。
优选的，所述改性膨润土的制备方法，包括如下步骤：
（a1）将膨润土和钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液；
（a2）向膨润土悬浮液中加入水玻璃和硅溶胶，搅拌混合均匀，然后进行真空干燥，即得到改性膨润土。
优选的，膨润土、钠化剂、水玻璃和硅溶胶的质量比为5-10:0.5-1:3-4:2-3。
优选的，所述钠化剂包括碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硅酸钠中的一种或多种。
优选的，所述膨润土为钙基膨润土。
本发明提供一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：将改性魔芋粉、改性膨润土、氧化镁和氧化钙，搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
本发明还提供一种球团粘结剂在处理钢厂废物中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供一种球团粘结剂及其制备方法和应用，本发明采用的魔芋粉分子中含有大量的官能团，通过将其与碱木质素进行活化改性，使其粘度进一步提高，同时魔芋粉和碱木质素具有三维网络结构和大量的极性基团，能够与铁精矿颗粒产生较强的吸附作用，在用量较低时能明显提高球团的抗压强度。
（2）本发明提供一种球团粘结剂及其制备方法和应用，本发明先将膨润土钠化得到层间距更大的钠基膨润土，然后加入水玻璃和硅溶胶，在膨润土的层间形成多孔物质，利于碱木质素中的酚羟基和魔芋粉中的羟基等官能团与膨润土发生吸附作用，促使膨润土分散更均匀，改善了粘结剂在铁矿颗粒之间的分布特性，与铁精矿颗粒表面发生的化学吸附变多，从而提高了球团的抗压强度。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
实施例1
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性魔芋粉：将1g碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入4g魔芋粉，在60℃下反应30min，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10min，随后再静置陈化20min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
（2）制备改性膨润土：将5g膨润土和0.5g钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，然后向其中加入3g水玻璃和2g硅溶胶，搅拌混合均匀，然后在50℃下进行真空干燥，即得到改性膨润土；
（3）制备球团粘结剂：将3g改性魔芋粉、8g改性膨润土、0.5g氧化镁和0.5g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的0.8％。
实施例2
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性魔芋粉：将1g碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入3g魔芋粉，在65℃下反应30min，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10min，随后再静置陈化20min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
（2）制备改性膨润土：将6g膨润土和0.7g钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，然后向其中加入3g水玻璃和2g硅溶胶，搅拌混合均匀，然后在50℃下进行真空干燥，即得到改性膨润土；
（3）制备球团粘结剂：将4g改性魔芋粉、9g改性膨润土、0.6g氧化镁和0.5g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的0.9％。
实施例3
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性魔芋粉：将1g碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入4g魔芋粉，在60℃下反应30min，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10min，随后再静置陈化20min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
（2）制备改性膨润土：将8g膨润土和0.8g钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，然后向其中加入3g水玻璃和2g硅溶胶，搅拌混合均匀，然后在50℃下进行真空干燥，即得到改性膨润土；
（3）制备球团粘结剂：将5g改性魔芋粉、10g改性膨润土、0.8g氧化镁和0.6g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的1.0％。
实施例4
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性魔芋粉：将1g碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入3.5g魔芋粉，在60℃下反应30min，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10min，随后再静置陈化20min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
（2）制备改性膨润土：将10g膨润土和0.8g钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，然后向其中加入4g水玻璃和2.5g硅溶胶，搅拌混合均匀，然后在50℃下进行真空干燥，即得到改性膨润土；
（3）制备球团粘结剂：将5g改性魔芋粉、10g改性膨润土、1g氧化镁和1g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的1.2％。
对比例1
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性膨润土：将8g膨润土和0.8g钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液，然后向其中加入3g水玻璃和2g硅溶胶，搅拌混合均匀，然后在50℃下进行真空干燥，即得到改性膨润土；
（2）制备球团粘结剂：将5g魔芋粉、10g改性膨润土、0.8g氧化镁和0.6g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的1.0％。
对比例2
一种球团粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备改性魔芋粉：将1g碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入3g魔芋粉，在60℃下反应30min，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10min，随后再静置陈化20min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
（2）制备球团粘结剂：将5g改性魔芋粉、10g膨润土、0.8g氧化镁和0.6g氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
将5g球团粘结剂均匀分散到50mL水中，制得浆体，再将浆体加入到铁精矿中，混匀、造球，其中，球团粘结剂用量为铁精矿质量的1.0％。
将实施例1-4和对比例1-2所制备的铁精矿球团进行性能测试，具体步骤如下：
生球落下强度：取大小相近的10个生球，每次测试一个生球，从0.5m的高度自由落下至10mm厚的钢板上，从0开始计数，重复进行落下实验，直到生球出现裂纹即为落下次数，计算平均值作为生球落下强度；
生球抗压强度：生球抗压强度检测按GB/T 14201-2018标准，在生球抗压强度测定仪器（YHKC-2A）上进行，选取大小相近的10个生球，每次测试一个生球，计算平均值作为生球抗压强度；
干球抗压强度：干球抗压强度测定按GB/T 14201-2018标准进行，选取大小相近的10个生球，每次测试一个生球，计算平均值作为干球抗压强度；
预热球抗压强度：按GB/T 14201-2018标准进行测定，抗压强度测试仪为WDW-QT-10型，每次试验选取10个球团，取平均值作为预热球抗压强度；
焙烧球抗压强度：按GB/T 14201-2018标准进行测定，抗压强度测试仪为WDW-QT-10型，每次试验选取10个球团，取平均值作为焙烧球抗压强度；
测试结果如下表所示：
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种球团粘结剂，其特征在于，以重量份计，由如下组分的制备原料所组成：改性魔芋粉3-5份、改性膨润土8-10份、氧化镁0.5-1份、氧化钙0.5-1份；
其中，所述改性魔芋粉的制备方法，包括如下步骤：将碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入魔芋粉进行反应，待反应结束后，再加入冰醋酸调节pH至5.0，超声分散10-20min，随后再静置陈化20-30min，将反应产物进行离心、洗涤、干燥，即得到改性魔芋粉；
所述改性膨润土的制备方法，包括如下步骤：
（a1）将膨润土和钠化剂加入到水中均匀混合，得到膨润土悬浮液；
（a2）向膨润土悬浮液中加入水玻璃和硅溶胶，搅拌混合均匀，然后进行真空干燥，即得到改性膨润土。
2.根据权利要求1所述的球团粘结剂，其特征在于，魔芋粉与碱木质素的质量比为2-4:1。
3.根据权利要求1所述的球团粘结剂，其特征在于，反应温度为60-70℃，反应时间为30-40min。
4.根据权利要求1所述的球团粘结剂，其特征在于，膨润土、钠化剂、水玻璃和硅溶胶的质量比为5-10:0.5-1:3-4:2-3。
5.根据权利要求1所述的球团粘结剂，其特征在于，所述钠化剂包括碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、硅酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的球团粘结剂，其特征在于，所述膨润土为钙基膨润土。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述球团粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将改性魔芋粉、改性膨润土、氧化镁和氧化钙搅拌混合均匀，即得到球团粘结剂。
8.一种如权利要求7所述的球团粘结剂在处理钢厂废物中的应用。
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| CN109852789A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-06-07 | 王勇 | 一种冶金球团用复合粘结剂及其生产工艺 |
| CN111020183A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 兰州申马节能环保科技有限公司 | 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 |
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