KR20200122303A - 미네랄 처리 공정 - Google Patents

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KR20200122303A
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Abstract

결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토의 용도, 특히, 철광석 펠렛을 형성시키기 위한 결합제로서 분산제로서 전처리된 스멕타이트 점토의 용도가 본원에 개시된다.

Description

미네랄 처리 공정
본 발명은 일반적으로 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토(smectite clay)의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 철광석 펠렛을 형성시키기 위한 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 분산제로 스멕타이트 점토를 처리하는 방법, 및 펠렛, 예를 들어, 철광석 펠렛을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 처리된 스멕타이트 점토 및 펠렛 자체를 포함하여 펠렛을 형성시키기 위한 조성물에 관한 것이다.
철광석은 선철 생산 및 제강에서 사용되는 주원료이다. 철광석에는 용광로에서 석회석과 코크스가 공급되어 선철이 생산되고, 이는 순산소 전로(basic oxygen furnace)에 공급되어 강철이 생산된다. 대안적으로, 철광석은 미가공 철 펠렛 및 단광을 생산하기 위해 고철로 사용될 수 있다. 철 펠렛 및 단광은 이후 전기 아크로와 같은 직접-환원 반응기에 공급되어 강철을 생산할 수 있다. 직접-환원 기술에서, 직접-환원 공정은 용광로 공정과 동일한 방식으로 액체 슬래그를 형성시키지 않고, 불순물(맥석)이 제거되기 보다는 농축되기 때문에 고품질 철광석이 사용되는 것이 중요하다. 따라서, 직접-환원 공정은 펠렛 공급물 중의 오염물, 예컨대, 실리카, 알루미나, 인 및 황과 관련하여 엄격한 사양을 갖는다. 오염물은, 예를 들어, 철광석 펠렛을 제조하는 데 사용되는 결합제로부터 비롯될 수 있다. 예를 들어, 오염물은 철광석 펠렛을 제조하는 데 사용된 벤토나이트 결합제로부터 비롯될 수 있다. 따라서, 철광석 펠렛을 제조하기 위한 대체물 및/또는 개선된 결합제를 제공하는 것이 요망된다. 결합제 특성의 개선은, 예를 들어, 감소된 양의 결합제가 철광석 펠렛을 형성시키는 데 사용되어 비용을 감소시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 직접-환원과 용광로 공정 둘 모두에 대한 철광석 펠렛을 제조하기 위해 개선된 결합제를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 추가로, 다른 용도, 예를 들어, 다른 펠렛-형성 입자의 펠렛화를 위해 대체물 및/또는 개선된 결합제를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
개요
본 발명의 첫 번째 양태에 따르면, 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토의 용도가 제공된다.
본 발명의 두 번째 양태에 따르면, 펠렛화 방법으로서, 분산제로 스멕타이트 점토를 처리하고, 처리된 스멕타이트 점토를 펠렛-형성 입자와 배합하여 펠렛을 형성시키는 것을 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 세 번째 양태에 따르면, 이들의 모든 구체예를 포함하여 본 발명의 임의의 양태에 따른 방법 또는 용도에 의해 수득되고/거나 수득 가능한 펠렛이 제공된다.
본 발명의 네 번째 양태에 따르면, 이들의 모든 구체예를 포함하여 본 발명의 임의의 양태에 따른 방법 또는 용도에 의해 수득되고/거나 수득 가능한 철광석 펠렛이 제공된다.
본 발명의 다섯 번째 양태에 따르면, 본 발명의 임의의 양태 또는 구체예에 따른 또는 직접 환원된 철 또는 선철의 생산을 위한 본원에 개시된 철광석 펠렛의 용도가 제공된다. 직접 환원된 철 또는 선철은 이후, 예를 들어, 강철을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 여섯 번째 양태에 따르면, 펠렛을 제조하기 위한 조성물로서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토 및 펠렛-형성 입자를 포함하는 조성물이 제공된다. 특정 구체예에서, 조성물은 철광석 펠렛을 제조하기 위한 것이고, 펠렛-형성 입자는 철광석 입자이다.
본 발명의 일곱 번째 양태에 따르면, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 제공된다. 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토로 수득된 각각의 그린 강도(green strength) 및/또는 그립 드롭 수(green drop number)보다 적어도 약 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 갖는다.
본 발명의 임의의 양태의 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 벤토나이트이다.
본 발명의 임의의 양태의 특정 구체예에서, 분산제는 소듐 헥사메타포스페이트와 같은 소듐-포스페이트 타입 분산제이다.
본 발명의 임의의 양태의 특정 구체예에서, 분산제는 아크릴아미드-타입 분산제이다.
특정 구체예에서, 분산제는 스멕타이트 점토를 전처리하는 데 약 5 wt% 이하의 양으로 사용된다. 특정 구체예에서, 분산제는 스멕타이트 점토를 전처리하는 데 약 1 wt% 이하의 양으로 사용된다.
본 발명의 임의의 양태의 특정 구체예는 하기 이점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다:
● 비처리된 스멕타이트 점토와 비교할 때 개선된 그린 강도 특성(예를 들어, 그린 강도 및 그린 드롭 수);
● 비처리된 스멕타이트 점토와 비교할 때 유사한 건조 강도 특성;
● 결합제로서 감소된 양의 스멕타이트 점토의 사용;
● 감소된 양의 오염물(예를 들어, 실리카, 알루미나, 황, 인);
● 증가된 부피의 결합제;
● 감소된 결합제 점도;
● 용이한 분산;
● 용이한 경화;
● 고온 저항성;
● 식염수 환경에 유용.
본 발명의 명시된 양태들 중 임의의 특정의 하나 이상과 관련하여 제공된 세부사항, 예 및 선호도는 본원에 추가로 기술될 것이고, 본 발명의 모든 양태에 동일하게 적용될 것이다. 이의 모든 가능한 변형예에서 본원에 기술된 구체예들, 예들 및 선호도들의 임의의 조합은 본원에서 달리 지시되지 않거나 달리 문맥 상 명확하게 모순되지 않는 한, 본 발명에 의해 포괄된다.
상세한 설명
본 발명자들은 놀랍게도 그리고 유리하게 분산제로 스멕타이트 점토를 전처리하는 것이, 예를 들어, 철광석 펠렛을 형성시키기 위한 펠렛화와 같은 다양한 적용에서 결합제로서 작용하는 이의 능력을 개선한다는 것을 발견하였다. 분산제로 스멕타이트 점토의 "전처리"는 펠렛을 형성시키기 위해 결합제로서 스멕타이트 점토의 적용 전에, 예를 들어, 스멕타이트 점토가 철광석 입자와 같은 펠렛-형성 입자와 배합되기 전에, 스멕타이트 점토의 분산제로의 임의의 처리를 지칭한다.
따라서, 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토의 용도가 본원에 제공된다. 또한, 펠렛화 방법으로서, 결합제로 스멕타이트 점토를 처리한 후, 처리된 스멕타이트 점토를 펠렛-형성 입자와 배합하여 펠렛을 형성시키는 것을 포함하는 방법이 본원에 제공된다. 또한, 분산제로 스멕타이트 점토를 처리하는 방법이 본원에 제공된다.
용어 "결합제"는 다른 물질을 함께 보유함으로써 다른 물질의 응집을 증가시키는 임의의 물질을 지칭한다.
본원에서 사용되는 용어 "스멕타이트 점토"는 스멕타이트 미네랄 구조, 즉, 두 개의 사면체 시트 사이에 삽입된 팔면체 시트의 2:1 구조를 갖는 점토를 포함하는 물질을 지칭한다. 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 나트륨, 칼륨, 알루미늄, 칼슘 또는 마그네슘 이온에 의해 또는 층간 표면 상에 외부에서 흡착된 수소에 의해 균형이 이루어질 수 있는 가변 순음전하를 갖는다. 스멕타이트 점토에 존재하는 양이온은 일반적으로 교환 가능하다. 일반적으로, 스멕타이트 점토는 높은 양이온 교환 용량을 갖는다. 본원에서 사용되는 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 이러한 양이온들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 스멕타이트 점토는 몬트모릴로나이트(montmorillonite), 바이델라이트(beidellite), 논트로나이트(nontronite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite) 또는 이들의 하나 이상의 조합물을 포함하거나, 필수적으로 포함하거나, 이들로 이루어질 수 있다. 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 몬트모릴로나이트를 포함하거나, 필수적으로 포함하거나, 이로 이루어진다. 벤토나이트는 몬트모릴로나이트를 주로 포함하는 스멕타이트 점토이다. 따라서, 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 벤토나이트를 포함하거나, 필수적으로 포함하거나, 이로 이루어진다. 벤토나이트는, 예를 들어, 포타슘 벤토나이트, 소듐 벤토나이트, 칼슘 벤토나이트, 알루미늄 벤토나이트, 또는 이들의 하나 이상의 조합물일 수 있다. 포타슘 벤토나이트, 소듐 벤토나이트 등은 대부분의 균형을 이룬 양이온이 각각 칼륨 및 나트륨인 벤토나이트를 지칭한다. 따라서, 포타슘 벤토나이트 및 소듐 벤토나이트 등은 또한 각각의 칼륨 또는 나트륨 양이온 이외에 다른 균형을 이룬 양이온을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 소듐 벤토나이트를 포함하거나, 필수적으로 포함하거나, 이로 이루어진다. 소듐 벤토나이트는 자연 발생 소듐 벤토나이트, 및 자연 발생 벤토나이트에서의 양이온, 예컨대, 칼슘, 칼륨 또는 알루미늄을 나트륨 양이온으로, 예를 들어, 소다회 활성화에 의해 치환함으로써 형성된 소듐 벤토나이트를 포함한다. 이는 나트륨-활성화된 벤토나이트로 지칭될 수 있다. 소다회 활성화는, 예를 들어, 적어도 약 20 wt%, 예를 들어, 적어도 약 22 wt% 또는 적어도 약 35 wt%의 수분 함량을 갖는 벤토나이트에 대한 소다회 분말(탄산나트륨)의 첨가, 및, 예를 들어, 압출 또는 니딩에 의한 혼합을 포함할 수 있다. 벤토나이트는 이후 건조되고, 요망되는 입도 분포를 갖는 분말로 밀링(milling)될 수 있다.
본 발명의 특정 구체예에서 사용되는 스멕타이트 점토가 자연 발생 공급원으로부터 입수되는 경우, 일부 미네랄 불순물이 부득이하게 지면 물질을 오염시킬 것이다. 그러나, 일반적으로, 스멕타이트 점토는 5 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만의 기타 미네랄 불순물을 함유할 것이다.
특정 구체예에서, 스멕타이트 점토는 적어도 약 50 wt%의 스멕타이트 미네랄 구조를 포함한다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 적어도 약 55 wt% 또는 적어도 약 60 wt% 또는 적어도 약 65 wt% 또는 적어도 약 70 wt% 또는 적어도 약 75 wt% 또는 적어도 약 80 wt% 또는 적어도 약 85 wt% 또는 적어도 약 90 wt% 또는 적어도 약 95 wt% 또는 적어도 약 96 wt% 또는 적어도 약 97 wt% 또는 적어도 약 98 wt% 또는 적어도 약 99 wt%의 스멕타이트 미네랄 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 최대 약 100 wt%의 스멕타이트 미네랄 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 최대 약 99 wt% 또는 최대 약 98 wt% 또는 최대 약 97 wt% 또는 최대 약 95 wt% 또는 최대 약 90 wt%의 스멕타이트 미네랄 구조를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 리트벨드법(Rietveld method)(X-선 회절계(예를 들어, 사이페르트(Seifert) 분석용 X-선 버전 2.8, Eigenmann GmbH) 사용) 및 리트벨드 소프트웨어 "Autoquan"을 사용하여 결정될 수 있다.
스멕타이트 점토는, 예를 들어, 약 40 wt% 이하의 수분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 약 35 wt% 이하 또는 약 30 wt% 이하 또는 약 25 wt% 이하 또는 약 20 wt% 이하 또는 약 15 wt% 이하의 수분을 포함할 수 있다. 수분 함량은, 예를 들어, 추가 중량 변화가 없을 때까지 스멕타이트 점토를 가열하고, 가열 전 및 후에 중량을 비교함으로써 측정될 수 있다. 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 약 0 wt% 이상의 수분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 약 5 wt% 이상 또는 약 8 wt% 이상 또는 약 10 wt% 이상 또는 약 12 wt% 이상 또는 약 15 wt% 이상의 수분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 약 0 wt% 내지 약 40 wt% 또는 약 5 wt% 내지 약 40 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 40 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 35 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 30 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 25 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 20 wt% 또는 약 8 wt% 내지 약 15 wt% 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 특히, 스멕타이트는 분산제로의 전처리 동안 이러한 범위 내의 수분 함량을 가질 수 있다. 분산제로의 처리 후, 처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 펠렛을 제조하기 위한 결합제로서의 이의 사용을 위해 함께 결합시킬 입자 및 물과 배합될 수 있다. 따라서, 처리된 스멕타이트 점토(즉, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토)는 이러한 범위 밖의 수분 함량을 가질 수 있다.
스멕타이트 점토(예를 들어, 벤토나이트)는, 예를 들어, 요망되는 입도를 얻기 위해 본원에 기재된 처리 방법 전 또는 후에 가공될 수 있다. 처리될 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 약 55 mm 이하 또는 약 51 mm 이하 또는 약 50 mm 이하 또는 약 45 mm 이하 또는 약 40 mm 이하 또는 약 35 mm 이하의 입도를 가질 수 있다. 처리될 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 약 75 μm 이상 또는 약 100 μm 이상 또는 약 125 μm 이상 또는 약 150 μm 이상의 입도를 가질 수 있다. 가공은, 예를 들어, 그라인딩, 밀링 및/또는 시빙(sieving)을 포함할 수 있다.
스멕타이트 점토는, 예를 들어, 펠렛-형성 입자(예를 들어, 철광석)의 MT(메가-톤) 당 약 0.2 내지 약 1.0 kg의 스멕타이트 점토 범위의 양으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토는 펠렛-형성 입자(예를 들어, 철광석)의 MT 당 약 0.4 내지 약 0.8 또는 약 0.4 내지 약 0.7 kg의 스멕타이트 점토 범위의 양으로 사용될 수 있다.
용어 "분산제"는 물질의 분리를 증가시키는 물질을 지칭한다. 분산제는, 예를 들어, 스멕타이트 점토의 입자의 분리를 향상시키기에 적합한 임의의 분산제일 수 있다. 이론으로 국한시키려는 것은 아니지만, 분산제는 스멕타이트 점토(예를 들어, 벤토나이트)의 점소판의 부착을 증진시켜 "래더(ladder)"를 형성시키고, 점소판 사이의 물 흡수를 증가시킴으로써 더 높은 부피의 결합제를 형성시키고, 결합제의 점도를 감소시키는 것으로 사료된다. 이는 더 다량의 "래더" 및 증가된 부피의 물질이 함께 결합시키고자 하는 펠렛-형성 입자에 결합하게 하고, 또한 펠렛-형성 입자들 사이에 결합제를 확산시키기 더 용이하다는 것을 의미한다. 펠렛화 동안 시스템에서 분산제의 존재는 또한 분산을 향상시키고, 그에 따라 함께 결합시키고자 하는 펠렛-형성 입자의 전체 표면적을 향상시킬 수 있다.
분산제는, 예를 들어, 무기 또는 유기 분산제일 수 있다.
특정 구체예에서, 분산제는 포스페이트-타입 분산제(포스페이트 (PO4 3-) 염을 포함하는 분산제)이다. 예를 들어, 분산제는 축합된 포스페이트-타입 염일 수 있다. 예를 들어, 분산제는 헥사메타포스페이트 염, 피로포스페이트 염 또는 트리폴리포스페이트 염일 수 있다. 포스페이트 염은, 예를 들어, 금속 포스페이트(예를 들어, 알칼리 토금속 또는 알칼리 금속) 염일 수 있거나, 암모늄 포스페이트 염일 수 있다. 예를 들어, 포스페이트 염은 포타슘 포스페이트 염일 수 있다. 축합된 포스페이트 염은, 예를 들어, 내용이 본원에 참조로 포함되는, US3341340호에 기재된 바와 같은, 아미노 트리메틸 포스폰산 또는 이의 수용성 알칼리 금속 염을 첨가함으로써 안정화될 수 있다. 특정 구체예에서, 분산제는 소듐 포스페이트-타입 분산제(나트륨(Na+) 및 포스페이트(PO4 3-)의 염을 포함하는 분산제)이다. 예를 들어, 분산제는 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트, 소듐 피로포스페이트, 테트라소듐 피로포스페이트 또는 이들의 하나 이상의 조합물일 수 있다. 포스페이트-타입(예를 들어, 소듐 포스페이트-타입) 분산제는 수화물일 수 있거나 수화물이 아닐 수 있다. 본 발명이 소듐 헥사메타포스페이트와 관련하여 논의되는 경향이 있을 수 있지만, 이와 같이 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
특정 구체예에서, 분산제는 합성 폴리머이다. 분산제는, 예를 들어, 적어도 하나의 알데하이드 및 둘 이상의 NH2 기를 함유하는 적어도 하나의 화합물의 축합물일 수 있다. 적어도 두 개의 NH2 기를 함유하는 화합물은 H2N-X-NH2일 수 있고, 여기서 X는 1 내지 10 개의 탄소 원자(또한 산소 또는 질소 원자를 함유할 수 있음)를 함유하는 지방족, 직쇄, 분지형 또는 환형 잔기, 예컨대, 우레아, 1,6-헥사디아민, 디에틸렌 트리아민, 1,2-사이클로헥산디아민이다. 대안적으로, X는 1 내지 10 개의 탄소 원자를 함유하는(또한 산소 또는 질소 원자를 함유할 수 있음) 방향족 잔기일 수 있다. X는 하나 이상의 아미노 기, 예컨대, 멜라민, 1,2-디아미노벤젠, 1,8-디아미노나프탈렌을 함유할 수 있다.
분산제는, 예를 들어, 아크릴산 유도체와 불포화 모노머의 라디칼 반응을 통해 얻어지는 코폴리머일 수 있다. 불포화 모노머는 하기 식으로 표현될 수 있다:
Figure pct00001
상기 식에서, Y는 수소, OH 또는 1 내지 10 개의 탄소 원자 및 적어도 하나의 산소 원자, 하나의 질소 원자 또는 하나의 방향족 모이어티를 함유하는 잔기이다. 예를 들어, Y는 화학식 -OR의 잔기로부터 선택될 수 있고, 여기서 R은 H, -C(=O)H, -C(=O)CH3, C(=O)CH2CH3, C(=O)CH2CH2CH3, C(=O)CH(CH3)2, C(=O)C(CH3)3을 의미한다. 그러한 화합물의 예는 비닐알코올, 비닐아세테이트, 및 비닐포르메이트이다. 대안적으로, Y가 질소 함유 잔기인 경우, 그러한 화합물의 예는 비닐피롤리돈 및 디메틸디알릴암모늄클로라이드이다. Y가 방향족 모이어티를 함유하는 경우에, 화합물은 스티렌일 수 있다. Y=OH의 경우에, 모노머 단위는 바람직하게는 비누화에 의해 형성된다.
아크릴산 유도체는 바람직하게는 하기 화학식으로 표현된다:
Figure pct00002
상기 식에서, R은 H 또는 CH3이고, X는 OH, NH2, OR', NHR", NR"'R""이고, R' 내지 R""는 서로 독립적으로 1 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소 기로부터이다. 그러한 화합물에 대한 예는 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N, N-디메틸아크릴아미드, N, N-디메틸메타크릴아미드, 암모늄 아크릴로일디메틸타우레이트이다.
분산제는, 예를 들어, 말레산 - 아크릴산 및 말레산 - 메타크릴산 코폴리머일 수 있다.
분산제는, 예를 들어, 적어도 하나의 카복실 기를 포함하는 올레핀성 불포화 모노머의 라디칼 중합에 의해 얻어지는 호모폴리머일 수 있다. 모노머는 바람직하게는 3 내지 10 개의 탄소 원자를 포함한다.
그러한 화합물의 예는 아크릴산, 메타크릴산, 비닐 아세테이트, 비닐포메이트, 비닐프로피오네이트, 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산의 호모폴리머이다.
합성 폴리머는 바람직하게는 멜라민-우레아-포름알데하이드 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 멜라민-포름알데하이드 수지, 멜라민-글리옥살-포름알데하이드 수지, 스티렌-아크릴 코폴리머, 비닐-아크릴 코폴리머, 비닐 아세테이트-아크릴 코폴리머, 비닐 아세테이트 폴리머, 폴리 (말레산 무수물), 아크릴-말레산 코폴리머, 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드-아크릴아미드 코폴리머, 폴리카복실레이트, 폴리-나프탈렌 설폰산의 나트륨 염, 암모늄 아크릴로일디메틸타우레이트-비닐피롤리돈 코폴리머, 디메틸아민-에피클로로하이드린 코폴리머 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 합성 폴리머는 고체로 첨가될 수 있다. 합성 폴리머는 또한 임의의 적합한 용매로 되어 있는 용액에 첨가될 수 있다. 바람직한 용매는 물이다.
모든 상기 언급된 폴리머와 관련하여, 이들의 바람직한 중량 평균 분자량은 폴리스티렌에 대한 GPC에 의해 결정되는 500 내지 500,000, 특히 700 내지 100,000, 특히 800 내지 20,000 g/mol의 범위이다.
특정 구체예에서, 분산제는 아크릴아미드-타입 분산제(아크릴아미드를 포함하는 분산제, 예컨대, 아크릴아미드를 비롯한 폴리머)이다. 예를 들어, 분산제는 SNF 그룹으로부터 입수 가능한 Floform 3049 ST2일 수 있다.
스멕타이트 점토를 전처리하는 데 사용되는 분산제의 양은, 예를 들어, 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하 또는 약 1 wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토를 전처리하는 데 사용되는 분산제의 양은 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 4 wt% 이하 또는 약 3 wt% 이하 또는 약 2 wt% 이하 또는 약 1 wt% 이하 또는 약 0.5 wt% 이하일 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토를 전처리하는 데 사용되는 분산제의 양은 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 0.01 wt% 이상 또는 약 0.05 wt% 이상 또는 약 0.1 wt% 이상일 수 있다. 소듐-포스페이트 타입 분산제가 사용되는 경우(예를 들어, 소듐 헥사메타포스페이트), 스멕타이트 점토를 전처리하는 데 사용되는 분산제의 양은 약 1 wt% 이하, 예를 들어, 약 0.5 wt% 이하일 수 있다. 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되는 경우 건조 형태일 수 있거나 아닐 수 있다.
스멕타이트 점토는, 예를 들어, 스멕타이트 점토와 분산제를 접촉시킴으로써 분산제로 처리될 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토와 분산제는 혼합되어 처리된 스멕타이트 점토를 형성시킬 수 있다. 스멕타이트 점토, 분산제 및 임의의 기타 선택적인 첨가제는, 예를 들어, 임의의 형태, 예를 들어, 건조 분말 또는 현탁액 또는 용액일 수 있다. 예를 들어, 스멕타이트 점토, 분산제 및 임의의 다른 선택적인 첨가제는 점성 슬러리와 같이 반건조 형태로 혼합될 수 있다. 스멕타이트 점토, 분산제 및 임의의 다른 선택적인 첨가제의 혼합은 믹스-뮐러 배치 믹서(mix-muller batch mixer), 뢰디게 믹서(Loedige mixer), 스크류 믹서(screw mixer), 압출기, 니더(kneader), 파쇄기(shredder), 중량식 공급기(gravimetric feeder) 또는 그레이더(grader)를 이용하여 수행될 수 있다. 특정 구체예에서, 분산제와 스멕타이트 점토는 스멕타이트 점토의 밀링 동안 접촉된다. 특정 구체예에서, 분산제를 포함하는 액체 조성물(예를 들어, 분산제와 물의 혼합물)은, 예를 들어, 분무에 의해, 예를 들어, 노즐 또는 임의의 다른 적절한 디바이스를 이용하여 스멕타이트 점토에 적용된다. 스멕타이트 점토는 이후 건조될 수 있다.
분산제로의 스멕타이트 점토 전처리는 스멕타이트 점토가 결합제로서 사용되기 전 임의의 시점에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분산제로의 스멕타이트 점토 전처리는 채광 후, 및/또는 나트륨-활성화 전, 이와 동시에 또는 그 후에, 및/또는 밀링 전, 그 동안 또는 그 후에 이루어질 수 있다. 분산제로의 스멕타이트 점토 전처리는 스멕타이트 점토의 가공 전 임의의 시점에(가공에서 제품 전달에 이르기까지) 이루어질 수 있다. 예를 들어, 분산제로의 스멕타이트 점토 전처리는 운송 동안, 빅-백 필링(big-bag filling) 동안, 또는 콘테이너(container)의 적재 동안 이루어질 수 있다.
특정 구체예에서, 분산제는 스멕타이트 점토의 나트륨-활성화(예를 들어, 소다회를 이용한 나트륨 활성화) 동안 스멕타이트 점토와 접촉된다. 이는 소다회 분말(탄산나트륨) 및 분산제를 벤토나이트에 첨가하고, 예를 들어, 압출 또는 니딩에 의해 혼합하고, 이어서, 임의로 건조하고/거나 밀링하는 것을 포함할 수 있다. 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 적어도 약 20 wt%, 예를 들어, 적어도 약 22 wt% 또는 적어도 약 35 wt%의 수분 함량을 가질 수 있다.
또한, 예를 들어, 본원에 기재된 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능할 수 있는 처리된 스멕타이트 점토가 본원에 제공된다.
처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 6% 또는 적어도 약 7% 또는 적어도 약 8% 또는 적어도 약 9% 또는 적어도 약 10% 또는 적어도 약 11% 또는 적어도 약 12% 또는 적어도 약 13% 또는 적어도 약 14% 또는 적어도 약 15% 큰 분산 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 최대 약 50% 또는 최대 약 45% 또는 최대 약 40% 또는 최대 약 35% 또는 최대 약 30% 또는 최대 약 25% 또는 최대 약 20%인 분산 부피를 가질 수 있다. 스멕타이트 점토의 분산 부피는 내용이 본원에 참조로 포함되는 문헌[S. Atkther, J. Hwang 및 H. Lee, "Sedimentation Characteristics of Two Commercial Bentonites in Aqueous Suspensions", Clay Minerals (2008), 43, 449쪽 내지 557쪽]에 기재된 바와 같은 침강 시험을 이용하여 측정될 수 있다.
처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토를 사용하여 얻어진 각각의 그린 강도 및/또는 그립 드롭 수보다 적어도 약 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 제공할 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토를 사용하여 얻어진 각각의 그린 강도 및/또는 그립 드롭 수보다 적어도 약 15% 또는 적어도 약 20% 또는 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30% 또는 적어도 약 35% 또는 적어도 약 40% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 제공할 수 있다. 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수는 철광석 펠렛과 관련하여 후술되는 바와 같이 측정된다.
처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토를 사용하여 얻어진 건조 강도보다 약 25% 이하 낮은, 예를 들어, 약 20% 이하 낮은 또는 약 15% 이하 낮은 또는 약 10% 이하 낮은 또는 약 5% 이하 낮은 건조 강도를 제공할 수 있다. 건조 강도는 철광석 펠렛과 관련하여 후술되는 바와 같이 측정된다.
본원에 기재된 처리된 스멕타이트 점토는 결합제로서 사용될 수 있다. 결합제는, 예를 들어, 파운드리 몰드(foundry mold)에서 사용되거나 미네랄 입자의 응집을 위해 사용될 수 있다.
처리된 스멕타이트 점토는 또한 처리되지 않은 스멕타이트 점토의 임의의 다른 공지된 사용을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 종이 제품에서 접착제로서, 예를 들어, 바닥재용 시멘트에서, 동물 사료, 세라믹, 화장품, 세제에서, 에멀젼 안정화제로서, 식품 첨가제로서, 종이, 실란트에서, 물 정화에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 펠렛을 형성시키기 위해 결합제로서 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "펠렛"은 함께 보유된 더 작은 입자의 응집물을 지칭한다. 본원에 기재된 펠렛은, 예를 들어, 구형 또는 비-구형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 펠렛은 약 5 mm 내지 약 20 mm 범위 내의 크기를 가질 수 있다. 펠렛은, 예를 들어, 미네랄 펠렛, 식품 펠렛, 약제 펠렛 또는 동물 사료 펠렛일 수 있다.
예를 들어, 본원에 기재된 처리된 스멕타이트 점토는 미네랄 광석 펠렛, 예컨대, 철광석 펠렛을 형성시키기 위해 결합제로서 사용될 수 있다. 철광석 펠렛은, 예를 들어, 직접 환원 철 또는 선철을 생산하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 철광석 펠렛은 직접 환원 펠렛 또는 용광로 펠렛일 수 있다. 철광석 펠렛을 제조하는 데 사용되는 철광석은, 예를 들어, 적철석(hematite), 자철석 (magnetite), 침철석(goethite), 갈철석(limonite), 능철석(siderite), 타코나이트(taconite), 이타비라디트(itabirite) 또는 이들의 하나 이상의 조합물일 수 있다.
펠렛은 임의의 적합한 펠렛화 공정에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 펠렛-형성 입자(펠렛의 주성분의 입자)는 결합제 및 임의의 다른 선택적인 첨가제와 혼합되고, 이후 혼합된 물질은, 예를 들어, 펠렛화 기계, 예컨대, 드럼 또는 펠렛화 디스크를 사용하여 펠렛 모양으로 성형된다. 그 후에, 펠렛은 펠렛을 경화시키고/거나 이들을 이들의 모양으로 유지할 수 있도록 처리, 예를 들어, 열 처리될 수 있다.
따라서, 또한 본원에 기재된 처리된 스멕타이트 점토를 포함하는 펠렛(예를 들어, 철광석 펠렛), 예를 들어, 본원에 기재된 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능한 펠렛이 본원에 제공된다.
펠렛-형성 입자(예를 들어, 미네랄 광석, 예컨대, 철광석 입자) 및 결합제 외에, 펠렛은 하나 이상의 추가 첨가제를 포함할 수 있다. 추가 첨가제는, 예를 들어, 코크스, 석회석/석회, 백운석/마그네시아 및 감람석 중 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 펠렛은 하나 이상의 추가 결합제를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 결합제는 벤토나이트(예를 들어, 초미세 벤토나이트), 석고, 석회, 예컨대, 소석회, 석회석, 마그네사이트, 마그네시아, 마그네슘 하이드록사이드, 카올린(예를 들어, 고종횡비 카올린), 활석(예를 들어, 고종횡비 활석), 섬유, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴레이트, 전분, 구아 검, 덱스트린, 소듐 리그노설포네이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 시멘트, 지오폴리머 및 수지(예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지)로부터 선택될 수 있다. 초미세 벤토나이트는 레이저 입자 회절법에 의해 측정된 45 μm의 최대 입도를 갖는 벤토나이트를 지칭한다. 고종횡비는 약 7 이상의 종횡비를 갖는 미네랄을 지칭한다. 특정 구체예에서, 펠렛 또는 펠렛을 제조하기 위한 조성물은 유기 결합제를 포함하지 않는다.
스멕타이트 점토의 종횡비는 하기 비율로 규정되는 라멜라 지수(lamellarity index)를 지칭한다:
Figure pct00003
상기 식에서, "d평균"은 습식 Malvern 레이저 산란(표준 AFNOR NFX11-666 또는 ISO 13329-1)에 의한 입도 측정으로 얻어지는 평균 입도(d50)의 값이고, "d50"은 세디그래프(표준 AFNOR X11-683 또는 ISO 13317-3)를 사용하여 침강에 의해 얻어지는 평균 직경의 값이다. 이 지수가 입자의 가장 큰 치수 대 이의 가장 작은 치수의 평균 비와 상관 관계가 있음을 제시하는 논문[G. Baudet and J. P. Rona, Ind. Min. Mines et Carr. Les techn. June, July 1990, pp 55-61]이 참조될 수 있다.
하나 이상의 추가 첨가제는 각각 펠렛 또는 펠렛을 형성시키기 위한 조성물에 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 하여 약 50 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 첨가제는 각각 펠렛 또는 펠렛을 형성시키기 위한 조성물에 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 wt% 이하 또는 약 30 wt% 이하 또는 약 20 wt% 이하 또는 약 10 wt% 이하 또는 약 5 wt% 이하 또는 약 1 wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 하나 이상의 추가 첨가제는 펠렛 또는 펠렛을 제조하기 위한 조성물에 건조 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 하여 0 wt% 이상 또는 0.5 wt% 이상의 양으로 존재할 수 있다.
본원에 기재된 펠렛은, 예를 들어, 약 8 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 펠렛은 약 7 wt% 이하 또는 약 6 wt% 이하 또는 약 5 wt% 이하 또는 약 4 wt% 이하 또는 약 3 wt% 이하 또는 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펠렛이 직접 환원 철광석 펠렛인 경우, 펠렛은 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 직접 환원 철광석 펠렛은 약 1.5 wt% 이하의 실리카 및 약 0.5 wt% 이하의 알루미나를 포함할 수 있다. 펠렛이 용광로 펠렛인 경우, 펠렛은 약 8 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함할 수 있다.
처리된 스멕타이트 점토는, 예를 들어, 펠렛에서 약 30 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 제공할 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 펠렛에서 약 28 wt% 이하 또는 약 26 wt% 이하 또는 약 25 wt% 이하 또는 약 24 wt% 이하 또는 약 22 wt% 이하 또는 약 20 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 제공할 수 있다. 예를 들어, 처리된 스멕타이트 점토는 펠렛에서 약 10 wt% 이상 또는 약 15 wt% 이상 또는 약 20 wt% 이상의 총 실리카 및 알루미나를 제공할 수 있다.
본원에 기재된 펠렛(예를 들어, 철광석 펠렛)은, 예를 들어 스멕타이트 점토가 분산제로 전처리되지 않은 것을 제외한 동일한 펠렛의 각각의 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수보다 적어도 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 펠렛은 스멕타이트 점토가 분산제로 전처리되지 않은 것을 제외한 동일한 펠렛의 각각의 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수보다 적어도 약 15% 또는 적어도 약 20% 또는 적어도 약 25% 또는 적어도 약 30% 또는 적어도 약 35% 또는 적어도 약 40% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 펠렛은 스멕타이트 점토가 분산제로 전처리되지 않은 것을 제외한 동일한 펠렛의 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수보다 최대 약 100% 큰 또는 최대 약 90% 큰 또는 최대 약 80% 큰 또는 최대 약 70% 큰 또는 최대 약 60% 큰 또는 최대 약 50% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 가질 수 있다.
본원에 기재된 펠렛(예를 들어, 철광석 펠렛)은, 예를 들어 스멕타이트 점토가 분산제로 전처리되지 않은 것을 제외한 동일한 펠렛의 건조 강도보다 약 25% 이하 적은, 예를 들어, 약 20% 이하 적은 또는 약 15% 이하 적은 또는 약 10% 이하 적은 또는 약 5% 이하 적은 건조 강도를 가질 수 있다.
그린 강도, 그린 드롭 수 및 건조 강도는 하기와 같이 측정될 수 있다.
펠렛은 2 kg의 철광석 농축물의 배치로 제조된다. 스멕타이트 점토(건조 분말 형태) 및 물은 적어도 8.5 wt%의 수분 함량을 달성하도록 농축물에 첨가된다. 구성성분은 1.5 분 동안 믹스 뮐러에서 혼합되고 파쇄기에 통과된다. 혼합물은 16" (40.64 cm) 직경, 5'' ¼ (13.34 cm) 폭 및 50 내지 52 rpm의 회전 속도의 에어플레인 볼링 타이어(airplane balling tire)를 이용하여 펠렛에서 형성된다. 소량(대략 12.5 mL)의 펠렛 시드(4 내지 5 mm 직경의 작은 예비형성된 펠렛)가 임의로 시작 시에 첨가될 수 있고, 그 후에 혼합물이 서서히 회전 타이어에 첨가되어 펠렛을 형성시킨다. 전체 절차가 7 분 동안 지속되면서 물이 또한 동시에 분무되어 펠렛의 형성을 돕는다. 형성된 펠렛은 시빙되고, 적절한 크기 - 1/2" (1.27 cm) + 15/32" (38.1/81.28 cm)의 것이 추가 평가를 위해 선택된다.
배치의 그린 드롭 수는 볼링 직후 평균 10 개의 펠렛으로 규정된다. 각 펠렛은 펠렛이 균열되거나 파괴될 때까지 강철 표면 상에 18" (71.12 cm)의 높이에서부터 떨어지도록 되어 있다. 펠렛이 균열되거나 파괴될 때까지의 드롭 수는 그린 드롭 수를 나타낸다.
배치의 그린 강도는 볼링 직후 평균 10 개의 펠렛으로 규정된다. 그린 강도는 압축 강도 기계(예를 들어, Chatillon, Frank PTI GmbH)를 이용함으로써 각 펠렛에서 규정된다.
배치의 건조 강도는 일정한 중량까지(대개 밤새) 105℃의 오븐에서 펠렛을 건조시킨 후 평균 10 개의 펠렛으로 규정된다. 건조 강도는 압축 강도 기계(예를 들어, Chatillon, Frank PTI GmbH)를 이용함으로써 각 펠렛에서 규정된다.
펠렛의 각 배치의 경우, 수분 함량은 ASTM D2216 - 10(질량 기준 토양 및 암석의 물(수분) 함량의 실험실 측정을 위한 표준 시험 방법)과 같은 방법으로 10 개의 펠렛(대개 건조 강도 측정용으로 측정하고자 하는 것들)에서 규정된다.
각 배치의 그린 드롭 수, 그린 강도 및 건조 강도는 펠렛의 비수분 함량에 상응한다. 여러 레시피가 상이한 수분 수준에서 제조되고, 8.5 중량%의 수분 수준에서의 펠렛의 특성이 내삽 또는 외삽에 의해 수학적으로 계산된다.
실시예
실시예 1: 적철석 철광석 농축물 - 저흡수 벤토나이트
27 mL/2g의 팽윤 지수를 갖는 Milos로부터의 소다회 활성화된 벤토나이트의 건조 분말을 사용하고, 0.1 wt%의 소듐 헥사메타포스페이트 (SHMP) 분말과의 배합물을 제조함으로써 새로운 결합제(벤토나이트 NP1)를 제조하였다. 6 kg/MT의 첨가 수준으로 펠렛화 회전 타이어에서 벤토나이트 NP1을 사용하여 펠렛을 형성시키고, 6 kg/MT의 철광석의 첨가 수준으로 SHMP 분산제로 처리되지 않은 벤토나이트로 형성된 펠렛과 비교하였다. 모든 비교는 8.5 wt%의 수분 수준에서 이루어졌다.
그린 드롭 수(GDN), 그린 강도(GS) 및 건조 강도(DS)를 상술된 바와 같이 측정하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
벤토나이트 NP1의 첨가는 GDN를 23% 증가시키고, GS를 10% 증가시킨 반면, DS는 영향을 받지 않았다. 4.5 kg/MT의 철광석에서 벤토나이트 NP1을 사용하여 제조된 펠렛에 대하여 표 1의 결과에 나타나 있는 바와 같이, 그린 특성의 개선에 의해서 결합제 소비 25% 감소로 벤토나이트만을 사용하여(즉, SHMP 처리 없이) 얻어진 그린 특성과 동일한 그린 특성이 유지될 수 있었다.
표 1: 벤토나이트 기반 결합제 NP1의 그린 펠렛 특성
Figure pct00004
실시예 2: 혼합된 자철석 적철석 철광석 농축물 - 저흡수 벤토나이트
실시예 1에서와 같이 새로운 결합제(벤토나이트 NP1)를 제조하고, 6 kg/MT의 첨가 수준으로 사용하여 펠렛을 형성시켰다. 비교를 위해 또한 SHMP로 처리되지 않은 벤토나이트를 사용하여 제조된 펠렛을 제조하였다. 모든 비교는 8.5 중량%의 펠렛 수분 수준에서 이루어졌다.
그린 드롭 수(GDN), 그린 강도(GS) 및 건조 강도(DS)를 상술된 바와 같이 측정하였다. 결과는 표 2에 제시되어 있다.
벤토나이트 NP1의 사용은 GDN을 66% 증가시키고, GS를 20% 증가시켰다. 벤토나이트 NP1 결합제의 양이 4.5 kg/MT의 철광석으로 감소될 때, 여전히 그린 특성 값의 증가가 있었다. DS는 SHMP 첨가에 의해 영향을 받지 않았지만, 결합제 소비에 따른 저하가 감소되었다.
표 2: 벤토나이트 기반 결합제 NP1의 그린 펠렛 특성
Figure pct00005
실시예 3: 혼합된 자철광 적철광 철광석 농축물 - 고흡수 벤토나이트
0.1 중량%의 소듐 헥사메타포스페이트 (SHMP) 분말과 42 mL/2g의 팽윤 지수를 갖는 Milos로부터의 소다회 활성화된 벤토나이트의 분말을 배합함으로써 새로운 결합제(벤토나이트 NP2)를 제조하였다. 모든 결과는 8.5 wt%의 수분 수준에서 이루어졌다.
그린 드롭 수(GDN), 그린 강도(GS) 및 건조 강도(DS)를 상술된 바와 같이 측정하였다. 결과는 표 3에 제시되어 있다.
벤토나이트 NP2를 사용하여 제조된 펠렛은 SHMP로 처리되지 않은 벤토나이트를 사용하여 제조된 펠렛의 GDN의 거의 두 배인 GDN을 가졌다. GS는 6 kg/MT의 첨가 수준에서 SHMP로 처리되지 않은 벤토나이트를 사용하여 형성된 펠렛에 비해 16% 더 높았다. 결합제 소비를 3 kg/MT 미만으로 50% 감소시키는 것은 SHMP로 처리되지 않은 두 배의 양의 벤토나이트를 사용할 때와 동일한 수준의 그린 특성을 갖는 펠렛을 제공한 반면, DS는 벤토나이트 첨가 수준에 따라 감소하였다.
표 3: 벤토나이트 기반 결합제 NP2의 그린 펠렛 특성
Figure pct00006
실시예 4: 혼합된 자철광 적철광 철광석 농축물 - 고흡수 벤토나이트
0.1 wt%의 폴리아크릴아미드 고체 분말(SNF 그룹으로부터 입수된 Floform 3049 ST2)과 42 mL/2g의 팽윤 지수를 갖는 Milos로부터의 소다회 활성화된 벤토나이트의 분말을 배합함으로써 새로운 결합제(벤토나이트 NP3)를 제조하였다. 모든 비교는 8.5 wt%의 펠렛 수분 수준에서 이루어졌다. 2.2 kg/MT 양의 철광석 농축물에서 벤토나이트를 사용하여 펠렛을 제조하고, 이들의 특성을 측정하였다(표 4).
철광석 농축물의 MT 당 분산제로 처리되지 않은 벤토나이트 6 kg을 사용하여 제조된 펠렛은 2.2 kg/T의 벤토나이트 NP3(즉, 결합제 소비가 63% 미만)(이에 따라 결합제에 의한 실리카 및 알루미나 제공의 감소를 야기)로 제조된 펠렛과 비교할 때 동등한 GDN 및 GS를 가졌다. 결합제에서 순수한 벤토나이트의 양이 유의하게 감소하였기 때문에 건조 강도는 37%로 저하되었다.
표 4: 벤토나이트 기반 결합제 NP3의 그린 펠렛 특성
Figure pct00007
상기는 제한 없이 본 발명의 특정 구체예를 광범위하게 기술한 것이다. 당업자에게 용이하게 명백해질 바와 같은 변화 및 변형은 첨부된 청구항에서 규정되는 바와 같이 이에 의해 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
하기 번호가 매겨진 단락으로 본 발명의 특정 구체예가 규정될 수 있다.
1. 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토의 용도.
2. 단락 1에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 결합제로서 사용되어 펠렛을 형성시키는, 용도.
3. 단락 1 또는 단락 2에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 결합제로서 사용되어 철광석 펠렛을 형성시키는, 용도.
4. 단락 1 내지 단락 3에 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 벤토나이트를 포함하는, 용도.
5. 단락 1 내지 단락 4 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 소듐 벤토나이트, 예컨대, 나트륨-활성화된 벤토나이트 또는 천연 소듐 벤토나이트를 포함하는, 용도.
6. 단락 1 내지 단락 5 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 40 wt% 이하의 수분을 포함하는, 용도.
7. 단락 1 내지 단락 6 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 8 wt% 이상의 수분을 포함하는, 용도.
8. 단락 1 내지 단락 7 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 적어도 약 50 wt%의 스멕타이트를 포함하는, 용도
9. 단락 1 내지 단락 8 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 갖는, 용도.
10. 단락 1 내지 단락 9 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 무기 또는 유기 분산제인, 용도.
11. 단락 1 내지 단락 10 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 소듐 포스페이트-타입 분산제, 예컨대, 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트 및 소듐 피로포스페이트인, 용도.
12. 단락 1 내지 단락 10 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 아크릴아미드-타입 분산제인, 용도.
13. 단락 1 내지 단락 12 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하의 양으로 사용되는, 용도.
14. 단락 1 내지 단락 13 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 하나 이상의 추가 결합제와 배합하여 사용되는, 용도.
15. 단락 14에 있어서, 하나 이상의 추가 결합제가 벤토나이트(예를 들어, 초미세 벤토나이트), 석고, 석회, 예컨대, 소석회, 석회석, 마그네사이트, 마그네시아, 마그네슘 하이드록사이드, 카올린(예를 들어, 고종횡비 카올린), 활석(예를 들어, 고종횡비 활석), 섬유, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴레이트, 전분, 구아 검, 덱스트린, 소듐 리그노설포네이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 시멘트, 지오폴리머 및 수지(예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지)로부터 선택되는, 용도.
16. 단락 1 내지 단락 15 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 하나 이상의 유기 결합제와 배합하여 사용되지 않는, 용도.
17. 단락 3 내지 단락 16 중 어느 한 단락에 있어서, 펠렛이 약 8 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나, 예를 들어, 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함하는, 용도.
18. 단락 2 내지 단락 17 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 펠렛에 약 30 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 제공하는, 용도.
19. 단락 3 내지 단락 17 중 어느 한 단락에 있어서, 철광석 펠렛이 스멕타이트 점토가 분산제로 전처리되지 않은 것을 제외한 동일한 철광석 펠렛의 각각의 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수보다 적어도 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 갖는, 용도.
20. 펠렛화 방법으로서, 방법이
스멕타이트 점토를 분산제로 처리하고;
처리된 스멕타이트 점토를 펠렛-형성 입자와 배합하여 펠렛을 형성시킴을 포함하는, 방법.
21. 단락 20에 있어서, 펠렛-형성 입자가 철광석 입자이고, 방법이 철광석 펠렛을 제조하는 방법인, 방법.
22. 단락 20 또는 단락 21에 있어서, 스멕타이트 점토가 벤토나이트를 포함하는, 방법.
23. 단락 22에 있어서, 스멕타이트 점토가 소듐 벤토나이트, 예컨대, 나트륨-활성화된 벤토나이트 또는 천연 소듐 벤토나이트를 포함하는, 방법.
24. 단락 20 내지 단락 23 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 40 wt% 이하의 수분을 포함하는, 방법.
25. 단락 20 내지 단락 24 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 8 wt% 이상의 수분을 포함하는, 방법.
26. 단락 20 내지 단락 25 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 적어도 약 50 wt%의 스멕타이트를 포함하는, 방법.
27. 단락 20 내지 단락 26 중 어느 한 단락에 있어서, 처리된 스멕타이트 점토가 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 갖는, 방법.
28. 단락 20 내지 단락 27 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 무기 또는 유기 분산제인, 방법.
29. 단락 20 내지 단락 28 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 소듐 포스페이트-타입 분산제, 예컨대, 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트 및 소듐 피로포스페이트인, 방법.
30. 단락 20 내지 단락 28 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 아크릴아미드-타입 분산제인, 방법.
31. 단락 20 내지 단락 30 중 어느 한 단락에 있어서, 약 5 wt% 이하의 분산제가 스멕타이트 점토를 처리하는 데 사용되는, 방법.
32. 단락 20 내지 단락 31 중 어느 한 단락에 있어서, 하나 이상의 추가 결합제가 처리된 스멕타이트 점토 및 펠렛-형성 입자와 배합되어 펠렛을 형성시키는, 방법.
33. 단락 32에 있어서, 하나 이상의 추가 결합제가 벤토나이트(예를 들어, 초미세 벤토나이트), 석고, 석회, 예컨대, 소석회, 석회석, 마그네사이트, 마그네시아, 마그네슘 하이드록사이드, 카올린(예를 들어, 고종횡비 카올린), 활석(예를 들어, 고종횡비 활석), 섬유, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴레이트, 전분, 구아 검, 덱스트린, 소듐 리그노설포네이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 시멘트, 지오폴리머 및 수지(예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지)로부터 선택되는, 방법.
34. 단락 20 내지 단락 33 중 어느 한 단락에 있어서, 펠렛이 유기 결합제를 포함하지 않는, 방법.
35. 단락 20 내지 단락 34 중 어느 한 단락에 있어서, 처리된 스멕타이트 점토가 약 8 wt% 이하, 예를 들어, 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나 함량을 갖는 펠렛을 생산하는 비율로 배합되는, 방법.
36. 단락 20 내지 단락 34 중 어느 한 단락에 있어서, 처리된 스멕타이트 점토가 펠렛에서 약 30 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나가 처리된 스멕타이트 점토로부터 유래되게 하는 비율로 배합되는, 방법.
37. 단락 21 내지 단락 36 중 어느 한 단락에 있어서, 철광석 펠렛이 스멕타이트 점토를 분산제로 처리하지 않고 제조된 철광석 펠렛의 각각의 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수보다 적어도 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 갖는, 방법.
38. 단락 20 내지 단락 37 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토를 처리하는 것이 스멕타이트 점토와 분산제를 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
39. 단락 38에 있어서, 분산제가 이의 건조 형태인, 방법.
40. 단락 38 또는 단락 39에 있어서, 혼합이 스멕타이트 점토의 밀링 동안 일어나는, 방법.
41. 단락 20 내지 단락 40 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토를 처리하는 것이 스멕타이트 점토에 분산제를 포함하는 액체 조성물을 적용하는 것을 포함하는, 방법.
42. 단락 41에 있어서, 액체 조성물이 적용된 후에 스멕타이트 점토를 건조시킴을 추가로 포함하는, 방법.
43. 단락 41 또는 단락 42에 있어서, 액체 조성물을 적용하는 것이 노즐을 통해 액체 조성물을 분무하는 것을 포함하는, 방법.
44. 단락 20 내지 단락 43 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토를 분산제로 처리하는 것이 스멕타이트 점토의 소다-회 활성화와 동시에 일어나는, 방법.
45. 단락 20 내지 단락 44 중 어느 한 단락의 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능한, 펠렛.
46. 단락 21 내지 단락 45 중 어느 한 단락의 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능한, 철광석 펠렛.
47. 직접 환원된 철 또는 선철의 생산에서 단락 46의 철광석 펠렛의 용도.
48. 단락 47에 있어서, 직접 환원된 철 또는 선철의 생산이 직접-환원 반응기 또는 용광로에서 이루어지는, 용도.
49. 펠렛을 제조하기 위한 조성물로서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토 및 펠렛-형성 입자를 포함하는, 조성물.
50. 단락 49에 있어서, 스멕타이트 점토가 벤토나이트를 포함하는, 조성물.
51. 단락 49 또는 단락 50에 있어서, 스멕타이트 점토가 소듐 벤토나이트, 예컨대, 나트륨-활성화된 벤토나이트 또는 천연 소듐 벤토나이트를 포함하는, 조성물.
52. 단락 49 내지 단락 51 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 40 wt% 이하의 수분을 포함하는, 조성물.
53. 단락 49 내지 단락 52 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 8 wt% 이상의 수분을 포함하는, 조성물.
54. 단락 49 내지 단락 53 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 적어도 약 50 wt%의 스멕타이트를 포함하는, 조성물.
55. 단락 49 내지 단락 54 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 갖는, 조성물.
56. 단락 49 내지 단락 55 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 무기 또는 유기 분산제인, 조성물.
57. 단락 49 내지 단락 56 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 소듐 포스페이트-타입 분산제, 예컨대, 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트 및 소듐 피로포스페이트인, 조성물.
58. 단락 49 내지 단락 57 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 아크릴아미드-타입 분산제인, 조성물.
59. 단락 49 내지 단락 58 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하의 양으로 조성물에 존재하는, 조성물.
60. 단락 49 내지 단락 59 중 어느 한 단락에 있어서, 조성물이 하나 이상의 추가 결합제를 추가로 포함하는, 조성물.
61. 단락 60에 있어서, 하나 이상의 추가 결합제가 벤토나이트(예를 들어, 초미세 벤토나이트), 석고, 석회, 예컨대, 소석회, 석회석, 마그네사이트, 마그네시아, 마그네슘 하이드록사이드, 카올린(예를 들어, 고종횡비 카올린), 활석(예를 들어, 고종횡비 활석), 섬유, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴레이트, 전분, 구아 검, 덱스트린, 소듐 리그노설포네이트, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 시멘트, 지오폴리머 및 수지(예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지)로부터 선택되는, 조성물.
62. 단락 49 내지 단락 61 중 어느 한 단락에 있어서, 조성물이 하나 이상의 유기 결합제를 포함하지 않는, 조성물.
63. 단락 49 내지 단락 62 중 어느 한 단락에 있어서, 조성물이 약 8 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나, 예를 들어, 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함하는, 조성물.
64. 단락 49 내지 단락 63 중 어느 한 단락에 있어서, 처리된 스멕타이트 점토가 펠렛에 약 30 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 제공하는, 조성물.
65. 단락 49 내지 단락 64 중 어느 한 단락에 있어서, 펠렛-형성 입자가 철광석 입자이고, 조성물이 철광석 펠렛을 제조하기 위한 것인, 조성물.
66. 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토로서, 스멕타이트 점토가 분산제로 처리되기 전의 스멕타이트 점도로 수득된 각각의 그린 강도 및/또는 그립 드롭 수보다 적어도 약 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 제공할 수 있는, 스멕타이트 점토.
67. 단락 66에 있어서, 스멕타이트 점토가 벤토나이트를 포함하는, 스멕타이트 점토.
68. 단락 67에 있어서, 스멕타이트 점토가 소듐 벤토나이트, 예컨대, 나트륨-활성화된 벤토나이트 또는 천연 소듐 벤토나이트를 포함하는, 스멕타이트 점토.
69. 단락 66 내지 단락 68 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 40 wt% 이하의 수분을 포함하는, 스멕타이트 점토.
70. 단락 66 내지 단락 69 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 8 wt% 이상의 수분을 포함하는, 스멕타이트 점토.
71. 단락 66 중 단락 70 중 어느 한 단락에 있어서, 스멕타이트 점토가 적어도 약 50 wt%의 스멕타이트를 포함하는, 스멕타이트 점토.
72. 단락 66 내지 단락 71 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제로 처리된 스멕타이트 점토가 분산제로 처리되기 전 스멕타이트 점토의 분산 부피보다 적어도 약 5% 큰 분산 부피를 갖는, 스멕타이트 점토.
73. 단락 66 내지 단락 72 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 무기 또는 유기 분산제인, 스멕타이트 점토.
74. 단락 66 내지 단락 73 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 소듐 포스페이트-타입 분산제, 예컨대, 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트 및 소듐 피로포스페이트인, 스멕타이트 점토.
75. 단락 66 내지 단락 74 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 아크릴아미드-타입 분산제인, 스멕타이트 점토.
76. 단락 66 내지 단락 75 중 어느 한 단락에 있어서, 분산제가 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하의 양으로 사용되는, 스멕타이트 점토.

Claims (17)

  1. 결합제로서 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토(smectite clay)의 용도.
  2. 펠렛화 방법으로서, 상기 방법이
    스멕타이트 점토를 분산제로 처리하고;
    상기 처리된 스멕타이트 점토를 펠렛-형성 입자와 배합하여 펠렛을 형성시킴을 포함하는, 방법.
  3. 펠렛을 제조하기 위한 조성물로서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토 및 펠렛-형성 입자를 포함하는, 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제로 전처리된 스멕타이트 점토가 결합제로서 사용되어 철광석 펠렛과 같은 펠렛을 형성시키는, 용도, 방법 또는 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스멕타이트 점토가 벤토나이트를 포함하는, 용도, 방법 또는 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스멕타이트 점토가 약 40 wt% 이하의 수분 또는 약 8 wt% 이상의 수분을 포함하는, 용도, 방법 또는 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제가 무기 또는 유기 분산제인, 용도, 방법 또는 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제가 소듐 포스페이트-타입 분산제, 예컨대, 소듐 헥사메타포스페이트, 소듐 트리폴리포스페이트, 트리소듐 포스페이트 및 소듐 피로포스페이트인, 용도, 방법 또는 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제가 아크릴아미드-타입 분산제인, 용도, 방법 또는 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 분산제가 스멕타이트 점토의 총 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하의 양으로 사용되는, 용도, 방법 또는 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 펠렛이 약 8 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나, 예를 들어, 약 2 wt% 이하의 총 실리카 및 알루미나를 포함하는, 용도, 방법 또는 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 철광석 펠렛이 스멕타이트 점토를 분산제로 처리하지 않고 제조된 철광석 펠렛의 각각의 그린 강도(green strength) 및/또는 그린 드롭 수(green drop number)보다 적어도 10% 큰 그린 강도 및/또는 그린 드롭 수를 갖는, 용도, 방법 또는 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 스멕타이트 점토를 처리하는 것이 스멕타이트 점토와 분산제를 혼합하는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스멕타이트 점토를 처리하는 것이 스멕타이트 점토에 분산제를 포함하는 액체 조성물을 적용하는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 스멕타이트 점토를 분산제로 처리하는 것이 스멕타이트 점토의 소다-회 활성화와 동시에 일어나는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능한, 펠렛.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득되고/거나 수득 가능한, 철광석 펠렛.
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