CN117845048A - 一种超细粒铁精矿球团矿及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对超细粒铁精矿制备高品质球团矿存在强度不均匀、还原性差的问题，提供了一种超细粒铁精矿球团矿及其制备方法。本发明的超细粒铁精矿球团矿，包括超细粒铁精矿，团聚剂，复合粘结剂和多功能添加剂；所述超细粒铁精矿包括磁铁精矿、赤铁精矿中的至少一种，粒度满足：小于0.074mm粒级占质量百分比95％以上，且小于0.030mm粒级占质量百分比不低于75％。本发明的方法通过部分超细粒铁精矿预先团聚长大优化混合料粒度组成，并耦合具有改善球团孔隙率、促进铁氧化物结晶长大等多功能添加剂同步改善球团成球、干燥、固结性能，从而实现强化难处理超细粒铁精矿制备优质球团矿。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金球团工艺技术领域，特别涉及一种超细粒铁精矿球团矿及其制备方法。
背景技术
我国钢铁工艺以“高炉-转炉”长流程作为主导生产流程，而球团矿是主要的高炉炼铁炉料。巨大的球团矿产能消耗了大量铁精矿资源，优质矿石逐渐枯竭，同时伴随选矿技术和工艺的进步，人们逐步开始利用之前难以利用的贫细杂铁矿石，铁精矿粒度愈来愈细。由美国铁燧岩分选得到的铁精矿平均粒度仅为10μm；国内近年来打量进口澳大利亚西部的超细磁铁矿资源，粒度99％低于37μm，且其年产量大，年产铁精矿达2400万吨。我国鞍钢、包钢等企业，通过深度磨选，获得品位大于66％的铁精矿，但精矿-0.074mm含量均大于90％。湖南祁东铁矿的储量为3.66亿t，为酸性硅质微细粒嵌布的难选矿石，是我国复杂难选铁矿石的典型代表，在其磨细到-0.038mm占98％的条件下才可将精矿铁品位提高到64.16％。
目前，链箅机-回转窑-环冷机工艺是铁矿球团生产的主要生产工艺，但是随着作为球团矿原料的铁精矿粒度越来越细，链篦机-回转窑-环冷机工艺制备的球团矿存在以下问题：由于粒度过细，会导致颗粒间作用力强，球团结构致密，使球团焙烧过程氧化受阻，成品球的还原性差，焙烧球团矿强度不均匀，给球团矿质量带来负面影响，且增加了球团矿生产的难度。现有技术中对利用细粒度铁精矿制备球团矿也做了一定研究，例如，申请号为2019111045615的中国专利申请，一种细粒磁铁精矿制备高还原性、高强度球团矿的方法，通过配加有机粘结剂和菱铁矿来强化细粒磁铁精矿球团；申请号为2021106860181的中国专利申请，一种改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法，通过配加复合粘结剂和改性粉尘来提高球团矿的爆裂问题。但是，现有技术提供的方案主要是从超细粒铁精矿制备的球团经受干燥、预热、焙烧等高温过程发生的有机粘结剂分解、碳酸盐分解形成孔洞来调控气体扩散通道，而并未调控超细精矿超细颗粒自身的特性。
发明内容
本发明针对超细粒铁精矿制备高品质球团矿存在强度不均匀、还原性差的问题，提供了一种超细粒铁精矿球团矿及其制备方法。由于超细颗粒粒度细是导致后续球团制备难度大以及球团矿性能偏差的根本原因，本发明提供的方案首先对超细颗粒粒度进行调控，通过部分超细粒铁精矿预先团聚长大优化混合料粒度组成，并耦合具有改善球团孔隙率、促进铁氧化物结晶长大等多功能添加剂同步改善球团成球、干燥、固结性能，从根本上克服现有技术存在的不足之处，实现强化难处理超细粒铁精矿制备优质球团矿。
为了实现本发明的目的，提供的技术方案为一种超细粒铁精矿球团矿，包括超细粒铁精矿，团聚剂，复合粘结剂和多功能添加剂；
所述超细粒铁精矿包括磁铁精矿、赤铁精矿中的至少一种，粒度满足：小于0.074mm粒级占质量百分比95％以上，且小于0.030mm粒级占质量百分比不低于75％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，团聚剂为团聚剂水溶液，包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、海藻酸钠、变性淀粉、黄原胶中的一种或几种的混合物的水溶液；团聚剂水溶液的质量百分浓度为1.0～3.0％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，团聚剂溶液加入量为超细粒铁精矿质量的0.09～0.5％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的复合粘结剂为膨润土与有机粘结剂按质量百分比90～95％：5～10％的混合物，添加质量为超细粒铁精矿质量的0.3～0.6％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的有机粘结剂包括羧甲基纤维素钠、腐蚀酸钠、变形淀粉、黄原胶中的一种或几种的混合物。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的多功能添加剂为微米生物质颗粒、硼砂、消石灰的混合物，添加质量为超细粒铁精矿质量的0.1～0.5％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的多功能添加剂中微米生物质颗粒、硼砂、消石灰的质量百分比为40～60％：15～20％：20～45％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的微米生物质颗粒包括玉米秸秆、麦秆、稻杆、稻壳、棉花壳、锯末、果壳、果核中的至少一种。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿，所述的微米生物质颗粒粒度组成满足小于100微米质量百分比不低于90％，且小于50微米质量百分比不低于50％。
本发明还提供了上述超细粒铁精矿球团矿的制备方法，包括如下步骤：
1)将一部分的超细粒铁精矿取出，作为物料Ⅰ，向物料Ⅰ的表面喷加雾状团聚剂溶液，然后混匀，得到一次混合料颗粒；
2)将其余部分的超细粒铁精矿与一次混合物料颗粒混合，在混合过程添加复合粘结剂、多功能添加剂，混匀后得到二次混合料；
3)将二次混合料造球后，在链篦机-回转窑-环冷机球团生产系统中进行干燥、预热、焙烧、冷却过程，制备球团矿。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，物料Ⅰ的质量为超细粒铁精矿总质量的15～25％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，喷加的雾状团聚剂溶液质量为物料Ⅰ质量的0.6～2.0％。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，雾状团聚剂溶液的雾状液滴直径为0.01～0.03mm。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，一次混合料颗粒的平均粒径为0.15mm～0.25mm。
优选的，上述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：
(1)采用本发明提供的方法，分出部分超细粒铁精矿进行表面喷加雾状团聚剂溶液的预处理，有助于将部分超细铁矿颗粒预先团聚成大颗粒，其在后续圆盘造球机制备生球的过程充填在超细颗粒中间，避免生球内部形成超细颗粒紧密结合的致密结构，在生球内部形成更多用于内部水蒸气向球团表面扩散的微通道，提高爆裂温度，从而突破超细粒铁精矿制备的球团爆裂温度难以满足生产需求的瓶颈；
(2)采用本发明提供的方法，在生球制备过程加入由微米生物质颗粒、硼砂、消石灰组成的多功能添加剂，因微米生物质颗粒小、呈多孔纤维网状结构，与消石灰、硼砂形成具有粘结性的胶体颗粒分别在超细铁矿颗粒周围，一方面增强生球的韧性，一方面提高球团持水能力，在降低粘结剂用量的同时提升生球团强度指标和爆裂性能；
(3)采用本发明提供的方法，在生球团进入干燥预热过程时，微米生物质颗粒分解后体积收缩，在球团内部残留微纳米孔洞，为内部水蒸气向外部扩散创造了动力学条件，提升球团干燥过程的热稳定性；在球团继续经过预热过程时，生物质裂解残留的孔洞为氧气向球团内部扩散，突破超细粒铁精矿制备球团时内部磁铁矿颗粒氧化程度低的难题，从而由球团表面至球团核心形成均匀的赤铁矿微连晶结构，提高预热球强度；在焙烧过程，多功能添加剂中的硼、钙与铁形成少量低熔点化学物，可以大幅提升Fe离子的扩散速度，有助于形成铁氧化物连晶结构，提高焙烧球团的机械强度。
(4)本发明的方法可以大幅降低粘结剂用量，可以提高生球性能、预热球团、焙烧球强度，且可提高球团在高炉中的冶炼性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专利术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
取规格为小于0.074mm粒级占质量百分比97.5％、且小于0.030mm粒级占质量百分比82.3％的超细铁精矿，将占总量15％的超细铁精矿分出，作为物料Ⅰ，然后向其表面喷加浓度1％、液滴直径0.03mm的羧甲基纤维素钠溶液，喷加质量为物料Ⅰ质量的0.6％，然后进行一次混匀，得到平均粒径为0.180mm的一次混合料颗粒；再将占总量85％的超细铁精矿与一次混合料进行混匀，在混匀过程添加膨润土与羧甲基纤维素钠按质量比95％：5％组成的复合粘结剂，其添加比例为铁精矿总质量的0.35％，并添加由微米生物燃料、硼砂、消石灰按质量百分比50％:15％:35％组成的多功能添加剂，采用的微米生物燃料为玉米秸秆(其规格为：小于100微米质量百分比92％，且小于50微米质量百分比57％)，得到二次混合料，通过圆盘造球机造球后，将铁矿球团布料到链篦机上，依次经历干燥、预热、焙烧、冷却过程。链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min，制备的球团指标如表1所示。
实施例2
取同实施例1的超细铁精矿，将占总量20％的超细铁精矿分出，作为物料Ⅰ，然后向其表面喷加浓度1.2％、液滴直径0.025mm的羧甲基纤维素钠溶液，喷加质量为物料Ⅰ质量的0.6％，然后进行一次混匀，得到平均粒径为0.220mm的一次混合料颗粒；再将占总量80％的超细铁精矿与一次混合料进行混匀，在混匀过程添加膨润土与羧甲基纤维素钠按质量比94％：6％组成的复合粘结剂，其添加比例为占铁精矿总质量百分比为0.35％，并添加由微米生物燃料、硼砂、消石灰按质量百分比45％:15％:40％组成的多功能添加剂，得到二次混合料，通过圆盘造球机造球后，将铁矿球团布料到链篦机上，依次经历干燥、预热、焙烧、冷却过程。链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min，制备的球团指标如表1所示。
对比例1
取同实施例1的超细铁精矿，将超细铁精矿添加1.0％膨润土，通过圆盘造球机造球后，将铁矿球团布料到链篦机上，依次经历干燥、预热、焙烧、冷却过程。链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min，制备的球团指标如表1所示。
对比例2
取规格为小于0.074mm粒级占质量百分比97.5％、且小于0.030mm粒级占质量百分比82.3％的超细铁精矿，将占总量15％的超细铁精矿分出，作为物料Ⅰ，然后向其表面喷加浓度1％、液滴直径0.03mm的羧甲基纤维素钠溶液，喷加质量为物料Ⅰ质量的0.6％，然后进行一次混匀，得到平均粒径为0.180mm的一次混合料颗粒；再将占总量85％的超细铁精矿与一次混合料进行混匀，得到二次混合料，通过圆盘造球机造球后，将铁矿球团布料到链篦机上，依次经历干燥、预热、焙烧、冷却过程。链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min，制备的球团指标如表1所示。
对比例3
取规格为小于0.074mm粒级占质量百分比97.5％、且小于0.030mm粒级占质量百分比82.3％的超细铁精矿，将其进行混匀，在混匀过程添加膨润土与羧甲基纤维素钠按质量比95％：5％组成的复合粘结剂，其添加比例为铁精矿总质量的0.35％，并添加由微米生物燃料、硼砂、消石灰按质量百分比50％:15％:35％组成的多功能添加剂，采用的微米生物燃料为玉米秸秆(其规格为：小于100微米质量百分比92％，且小于50微米质量百分比57％)，得到混合料，通过圆盘造球机造球后，将铁矿球团布料到链篦机上，依次经历干燥、预热、焙烧、冷却过程。链篦机预热温度为860～950℃，预热时间为7～10min；回转窑最高温度控制在1230～1270℃，高温段焙烧时间20～30min，制备的球团指标如表1所示。
表1、不同实施例的球团性能指标
Claims (10)
1.一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，包括超细粒铁精矿，团聚剂，复合粘结剂和多功能添加剂；
所述超细粒铁精矿包括磁铁精矿、赤铁精矿中的至少一种，粒度满足：小于0.074mm粒级占质量百分比95％以上，且小于0.030mm粒级占质量百分比不低于75％。
2.根据权利要求1所述的一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，团聚剂为团聚剂水溶液，包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、海藻酸钠、变性淀粉、黄原胶中的一种或几种的混合物的水溶液；团聚剂水溶液的质量百分浓度为1.0～3.0％；团聚剂溶液加入量为超细粒铁精矿质量的0.09～0.5％。
3.根据权利要求1所述的一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，所述的复合粘结剂为膨润土与有机粘结剂按质量百分比90～95％：5～10％的混合物，添加质量为超细粒铁精矿质量的0.3～0.6％。
4.根据权利要求3所述的一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，所述的有机粘结剂包括羧甲基纤维素钠、腐蚀酸钠、变形淀粉、黄原胶中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，所述的多功能添加剂为微米生物质颗粒、硼砂、消石灰的混合物，添加质量为超细粒铁精矿质量的0.1～0.5％；所述的多功能添加剂中微米生物质颗粒、硼砂、消石灰的质量百分比为40～60％：15～20％：20～45％。
6.根据权利要求5所述的一种超细粒铁精矿球团矿，其特征在于，所述的微米生物质颗粒包括玉米秸秆、麦秆、稻杆、稻壳、棉花壳、锯末、果壳、果核中的至少一种。
7.一种超细粒铁精矿球团矿的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将一部分的超细粒铁精矿取出，作为物料Ⅰ，向物料Ⅰ的表面喷加雾状团聚剂溶液，然后混匀，得到一次混合料颗粒；一次混合料颗粒的平均粒径为0.15mm～0.25mm；
2)将其余部分的超细粒铁精矿与一次混合物料颗粒混合，在混合过程添加复合粘结剂、多功能添加剂，混匀后得到二次混合料；
3)将二次混合料造球后，在链篦机-回转窑-环冷机球团生产系统中进行干燥、预热、焙烧、冷却过程，制备球团矿。
8.根据权利要求7所述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，其特征在于，物料Ⅰ的质量为超细粒铁精矿总质量的15～25％。
9.根据权利要求7所述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，其特征在于，喷加的雾状团聚剂溶液质量为物料Ⅰ质量的0.6～2.0％。
10.根据权利要求7所述的超细粒铁精矿球团矿的制备方法，其特征在于，雾状团聚剂溶液的雾状液滴直径为0.01～0.03mm。
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