CN115011794A - 一种微硅粉成型用粘结剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微硅粉成型用粘结剂及其制备方法与应用。该粘结剂由以下组份按质量百分比组成：有机粘结剂40～100％，水合硅酸钠0～60％，各组分质量百分比之和为100％；其中，有机粘结剂由淀粉、聚丙烯酰胺PAM和腐殖酸钠组成，其质量百分比分别为30～100％、0～20％、0～60％。本发明能够实现球团的干燥固结，不仅能在一定程度上减少其他杂质带入，也能改善团块机械强度与热稳定性，从而有利于抑制微硅粉团块在矿热炉中的粉化，进一步提高资源的利用率。本发明还可以简化微硅粉的成型工艺流程，减少投资，并同时强化矿热炉冶炼，节省能耗。
Description
技术领域
本发明属于冶金、工业固废资源化利用技术领域，具体涉及一种微硅粉成型用粘结剂及其制备方法与应用。
背景技术
微硅粉(又称为硅灰、硅粉)是矿热炉高温熔炼工业硅及硅铁过程中，随冶炼废气逸出的烟尘经特殊捕集装置收集处理而成的一种极微细含硅废弃物，其主要成分是SiO2，含量约占烟尘总量的90％。通常每生产1t工业硅和硅铁，分别产生0.3t和0.2t微硅粉。据此估算，2021年我国的工业硅和硅铁产量分别达到261万吨和586万吨，年产出微硅粉的总量便达到了195万吨。然而，由于有不少企业没有除尘设备，所以目前全行业对微硅粉的利用率尚不足三分之一。对于一个运行稳定的大型工业硅冶炼矿热炉，原料成本通常占总生产成本的40％左右，每产出1吨微硅粉便浪费600元以上，这意味着仅2021年的工业硅行业便造成了近5亿元的资本损失。目前，生产企业一般将微硅粉以极低的价格外售用于生产混凝土、水泥等建筑材料，造成了较大的经济损失。但从成本节约的角度看，将微硅粉返回矿热炉冶炼流程是最简单易操作、减少经济损失的最佳选择之一。因此，实现微硅粉在冶炼流程内的资源化高效利用对于减少工业硅(铁)生产成本、提高资源能源利用效率具有重要的现实意义。
然而，由于微硅粉的粒度极细，无法通过原加料系统返回矿热炉冶炼，而且未经成型的微硅粉也极易随矿热炉冶炼废气再次逸出，增加后续收尘系统的负担、恶化工作环境和生命健康。因此，对微硅粉进行预先成型，使其具备一定粒度和强度等性能后再返回矿热炉冶炼，是实现其循环利用的关键。但微硅粉本身没有粘结性，粒度越细，越难以粘合，传统粘结剂的添加量通常需达到5％以上才能获得，这不可避免地带入了一部分杂质，而且团块性能较差，进入矿热炉后易发生粉化，从而造成微硅粉的二次逸出。
发明内容
本发明提供一种能改善微硅粉团块性能、促进微硅粉返回冶炼流程循环利用的微硅粉成型用粘结剂及其制备方法与应用。
本发明提供的这种微硅粉成型用粘结剂，由以下组份按质量百分比组成：
有机粘结剂40～100％，
水合硅酸钠0～60％，
各组分质量百分比之和为100％；
所述有机粘结剂由淀粉、聚丙烯酰胺PAM和腐殖酸钠组成，其质量百分比分别为30～100％、0～20％、0～60％。
作为优选，所述微硅粉成型用粘结剂中各组分的质量百分比为：淀粉40～65％，聚丙烯酰胺2～8％，腐殖酸钠3～20％，水合硅酸钠30～50％，各组分质量百分比之和为100％。
作为优选，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉和土豆淀粉中的至少一种。
本发明提供的这种微硅粉成型用粘结剂的制备方法，包括如下步骤：按上述质量配比称取淀粉、腐殖酸钠、聚丙烯酰胺和水合硅酸钠，混匀、分散，得到微硅粉成型用粘结剂。
本发明提供的这种微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用。
作为优选，所述微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用，包括如下步骤：向微硅粉中添加所述微硅粉成型用粘结剂，混匀、分散，在合适的成型条件下压制得到生球团。
作为优选，所述微硅粉成型用粘结剂的添加量为微硅粉质量的2～8％；所述成型条件为：成型水分9～12％，成型压力20MPa。
作为优选，所述生球团的粒度为10～50mm，具有冷态和热态性能。
所述微硅粉成型用粘结剂用于机械压制成型时，生球团强度和抗热爆性能明显改善，干球团强度得到提高。
本发明的有益效果：
本发明基于有机粘结剂与无机粘结剂本身特性及功能组装设计的原理，对有机粘结剂与无机粘结剂进行复合，开发了一种微硅粉成型用高效粘结剂。该粘结剂中，有机组分具有长链分子、水化后粘度高、灰分含量低的特点，有利于将细粒的微硅粉粘结成团、减少粘结剂使用量和杂质的带入；无机组分不仅具有低温干燥固结的效果，并能在高温条件下充当球团骨架，削弱因有机物烧失后球团强度下降的不利影响。另外，该粘结剂中的无机物组分同时充分考虑了工业硅冶炼特点，减少不必要杂质，且碱金属的摄入对节省冶炼电耗、降低工序能耗，提升矿热炉生产效率，减少SiC炉顶沉积和减缓炉底上涨均具有重要的作用。
本发明能够实现球团的干燥固结，不仅在一定程度上减少其他杂质带入，也能改善团块机械强度与热稳定性，从而有利于抑制微硅粉团块在矿热炉中的粉化，进一步提高资源的利用率。
本发明可以简化微硅粉的成型工艺流程，减少投资，并同时强化矿热炉冶炼，节省能耗。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
下列实施例以及对比例所采用的微硅粉中SiO2含量≥90％，微硅粉粒度在-325目含量达98.4％。
实施例1
按微硅粉质量的5％向上述微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉32％、腐殖酸钠14％、聚丙烯酰胺4％、水合硅酸钠50％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分10～11％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为95％，抗压强度为67N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为546N/个。
实施例2
按微硅粉质量的2％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉52％、腐殖酸钠10％、聚丙烯酰胺8％、水合硅酸钠30％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分10～11％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为90％，抗压强度为58N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为295N/个。
实施例3
按微硅粉质量的3％向微硅粉中添加粘结剂，其中，粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉40％、腐殖酸钠16％、聚丙烯酰胺4％、水合硅酸钠40％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分10～11％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为94％，抗压强度为62N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为398N/个。
实施例4
按微硅粉质量的3％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉45％、腐殖酸钠3％、聚丙烯酰胺2％、水合硅酸钠50％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分9～10％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为95％，抗压强度为60N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为519N/个。
实施例5
按微硅粉质量的8％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂各组分质量百分比分别为：淀粉45％、腐殖酸钠3％、聚丙烯酰胺2％、水合硅酸钠50％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分9～10％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为98％，抗压强度为78N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为732N/个。
实施例6
按微硅粉质量的5％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉30％、腐殖酸钠8％、聚丙烯酰胺2％、水合硅酸钠60％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分10～11％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为94％，抗压强度为56N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为637N/个。
实施例7
按微硅粉质量的5％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂为质量百分比为100％淀粉，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分10～11％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为96％，抗压强度为60N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为212N/个。
实施例8
按微硅粉质量的5％向微硅粉中添加粘结剂，其中粘结剂中各组分质量百分比分别为：淀粉60％、腐殖酸钠30％、聚丙烯酰胺10％，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分11～12％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为96％，抗压强度为58N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为289N/个。
对比例1
在微硅粉中不添加任何粘结剂，在成型水分9～10％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度(从0.75m高度反复落下10次后，+5mm团块的质量仅为初始重量的比例)为38％，抗压强度为40N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为86N/个。
对比例2
按微硅粉质量的5％向微硅粉中添加无机粘结剂水合硅酸钠，采用强力混合机对微硅粉和粘结剂进行混匀和分散，然后在成型水分9～10％、成型压力20MPa的条件下，将微硅粉压制成20～30mm的生团块。
对生团块进行测试，其落下强度为66％，抗压强度为52N/个；在鼓风风温350℃，风速1.5Nm/s的条件下对生团块进行动态干燥，得到的干团块抗压强度为179N/个。
以上所述实施例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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种微硅粉成型用粘结剂，由以下组份按质量百分比组成：
有机粘结剂：40～100％，
水合硅酸钠：0～60％，
各组分质量百分比之和为100％；
所述有机粘结剂由淀粉、聚丙烯酰胺PAM和腐殖酸钠组成，其质量百分比分别为30～100％、0～20％、0～60％。
2.根据权利要求1所述微硅粉成型用粘结剂，其特征在于，所述粘结剂中各组分的质量百分比为：淀粉40～65％，聚丙烯酰胺2～8％，腐殖酸钠3～20％，水合硅酸钠30～50％，各组分质量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1或2所述微硅粉成型用粘结剂，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉和土豆淀粉中的至少一种。
4.一种根据权利要求1所述微硅粉成型用粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按所述质量配比称取淀粉、腐殖酸钠、聚丙烯酰胺和水合硅酸钠，混匀、分散，得到微硅粉成型用粘结剂。
5.根据权利要求4所述制备方法制得的微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用。
6.根据权利要求5所述微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用，其特征在于，包括如下步骤：向微硅粉中添加所述微硅粉成型用粘结剂，混匀、分散，在合适的成型条件下压制得到生球团。
7.根据权利要求6所述微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用，其特征在于，所述微硅粉成型用粘结剂的添加量为微硅粉质量的2～8％；所述成型条件为：成型水分9～12％，成型压力20MPa。
8.根据权利要求6所述微硅粉成型用粘结剂在微硅粉中的应用，其特征在于，所述生球团的粒度为10～50mm，具有冷态和热态性能。
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