CN102628099A

CN102628099A - 以水玻璃为粘结剂的矿粉冷固结球团的方法

Info

Publication number: CN102628099A
Application number: CN2012101414202A
Authority: CN
Inventors: 李肇佳; 陈文如; 宁顺明; 赵强; 万洪强; 王文娟
Original assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN102628099B

Abstract

本发明公开了一种以水玻璃为粘结剂的矿粉冷固结球团的方法，该方法是以含水量在2%以上的湿粉矿或湿精矿为原料，向该湿粉矿或湿精矿中加入强碱，混匀后形成的强碱溶液分散于矿粒表面，进行改性；然后向经改性的湿粉矿或湿精矿中添加水玻璃，经混碾使水玻璃均匀分散于湿粉矿或湿精矿表面，再经压团、干燥后，制得成品球团。本发明的方法具有工艺简化、成本节约、能耗降低、“碳排”减少、绿色环保等优点。

Description

以水玻璃为粘结剂的矿粉冷固结球团的方法

技术领域

本发明涉及一种矿石或矿料的初步处理方法，尤其涉及一种矿石或矿料的制团方法。

背景技术

在当今的技术条件下，铁矿粉、锰矿粉等在火法冶炼前都需经过造块处理。造块方法主要有烧结法、球团法和压团法。球团法和压团法又分焙烧球团、热压球团法和冷固球团法。冷固球团法系在常温或低温下进行粉矿造块，因此在能耗、环保、设备投资等方面具有优势。冷固球团造块按成型方式不同，主要包括以圆盘造球机为成型设备的球团法和以对辊压球机为成型设备的压块法。其中以对辊压球机成型的压块法对原料的适应性、对黏结剂种类和性能的适应性较宽，其缺点是单机处理能力较小，一般适用于小规模生产。冷固球团造块一般都需要添加黏结剂，成品球团的常温及高温机械强度因使用黏结剂种类和添加量不同而有较大差别。由于冷固结造块产品没有经过高温处理，仍然是“生矿”，因此其冶金性能难以得到明显改善与提高。

铁矿粉、锰矿粉、钛铁矿粉等冶金粉矿冷固球团用黏结剂，经过试验或得到工业应用的主要有普通硅酸盐水泥、煤沥青、水玻璃及腐植酸钠。作为冷固球团黏结剂它们各具优势，但也有各自的不足。以普通硅酸盐水泥为黏结剂制备的球团含CaO高，制备过程中矿粉不需干燥，球团常温机械强度高，耐水抗湿，适用于高炉、电炉生铁和碳素锰铁的冶炼。但球团高温时易爆裂，且不适用于富锰渣等要求炉渣为酸性的冶炼。以煤沥青为黏结剂制备的矿粉低温固结球团实际是一种内配碳球团，不因黏结剂的添加而降低矿石品位，制备过程中矿粉不需干燥，球团除具有优异的常温和高温机械强度外，还具有良好的自还原性能，耐水抗湿，能同时适用于生铁、碳素锰铁和富锰渣冶炼，尤其是大高炉冶炼。但其制备过程工艺较复杂，环保条件亦不及以硅酸盐水泥等为黏结剂的冷固结造块方法。以腐植酸钠为黏结剂制备的粉矿冷固球团也是一种含碳球团，制备过程中矿粉也可以不经干燥。但球团高温机械强度较低，耐水抗湿性能亦欠佳，仅适用于电炉或小高炉冶炼。以水玻璃为黏结剂制备的铁矿粉、锰矿粉等矿粉冷固球团，具有良好的常温和高温强度，制备过程带入杂质较少，强度可满足大高炉冶炼要求，是一种在我国使用比较广泛的冷固球团方法。但因带入的碱金属多，耐水抗湿性能较差，多用于电炉及高炉富锰渣冶炼、中小高炉生铁冶炼，或作为配矿用于电炉、高炉碳素锰铁冶炼和大高炉生铁冶炼。

已进行的以水玻璃为黏结剂的冷固球团方法有：1）粉矿干燥-添加水玻璃-混合-压团-干燥；2）粉矿-添加水玻璃、松香-混合-压团-干燥；3）粉矿-添加水玻璃、膨润土或硅溶胶-混合-压团-干燥；4）焦粉脱水干燥-添加水溶性树脂-添加水、水玻璃-混合-压团-干燥等。这些方法有的已在工业应用上应用，有的仅进行过试验室试验。所处理的粉矿主要有钛精矿、钒钛磁铁精矿、铁矿粉、锰矿粉、铬矿粉、焦粉等。非专利文献“焦碳粉冷固成型用粘结剂改性水玻璃的研制”（胡慧萍等，《化学世界》2000年02期，PP 348～351）中记载：以改性水玻璃为粘结剂进行烘干至恒重的-5mm焦碳粉的冷固成型试验，表明改性剂树脂A使焦炭粉冷固成型球团的生球和干球强度明显提高，并确定了其较佳配方：水与水玻璃的质量比为4∶6，其总用量为16%（占干焦炭粉的质量分数）；树脂A用量为0.24%（占干焦炭粉的质量分数）。在此较佳条件下，所制球团的生球和干球强度，与用未改性水玻璃（其中水与水玻璃的质量比为3∶7，其总用量为16%）所制球团的生球和干球强度几乎相等，但前者球团的耐水性以及耐热性有明显提高。非专利文献“冷固成型技术及其应用”（刘国根等，《矿产综合利用》2001年12月，PP 6）论及了以水玻璃为黏结剂的冷固球团方法的优缺点，认为其不足之处是精矿需预先干燥到很低的水份。中国专利文献“高钛冷固球团”（专利申请号CN93103638.0，专利申请日1993.04.03，公开号CN1091778A，公开日1994.09.07）称本发明采用低温固结工艺取代高温固结工艺，生产高钛冷固球团，使用含钛量33%～40%、粒度-200目22%～26%、水份2%以下的钛精粉为原料，配加无机粘结剂水玻璃8%、或复合粘结剂水玻璃松香，经混料，压球和低温干燥生产高钛冷固球团。可见，传统的水玻璃冷固球团工艺必须使用干矿粉。为此必须专门兴建矿粉干燥设备并消耗燃料，增加水玻璃配比等。这一来会复杂工艺、增加设备投资；二来会增加能耗和生产成本，也同时会增加对环境的污染，尤其是待制团矿粉水份含量高、适宜压团水份高时更甚。

众所周知，要使压团过程能顺利进行，除具备其他各条件外，混合料必须含适宜水份，也称适宜压团水分。粉矿种类不同，其适宜压团水分不同，变化范围为百分之几到百分之十几、二十几，甚至更高。如果一种需制团的湿矿粉含水15%（干基水份含量，下同），处理量折合干矿粉为1000Kg，以水玻璃为黏结剂按传统工艺制备冷固球团，则首先必须将该湿粉矿干燥至很低水分（设为1%），须干燥脱水1000×（15%－1%）=140Kg；然后往干粉矿中加入水玻璃。水玻璃的加入量需使混合料达到该粉矿的适宜压团水分并同时须满足成品球团的强度要求；又设该粉矿的适宜压团水分为12%、粘结剂玻璃含水45.8%，为了达到适宜压团水分，则需添加27.99%的水玻璃，重量计为Q=279.9Kg。所压制的生团含水为12%。然后在球团干燥过程中，又需耗热将生团中12%的水分蒸发掉，干燥脱水量计为R=138.2Kg（R=（1000+279.9×54.2%）×12%）。两次干燥合计需脱水278.2Kg。黏结剂消耗黏大，能耗高，工艺复杂，这是以水玻璃为黏结剂按传统工艺制备冷固球团工艺难以推广，尤其是在湿容量大的粉矿压团中难以应用的一个重要原因。因此，研究原料无需干燥至干料、且以水玻璃为黏结剂的冷固球团工艺具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简化、成本节约、能耗降低、“碳排”减少、绿色环保的以水玻璃为粘结剂的矿粉冷固结球团的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种矿粉冷固结球团的方法，该方法是以含水量在2%以上的湿粉矿或湿精矿为原料，向该湿粉矿或湿精矿中加入强碱（可加入强碱溶液或强碱固体粉末，强碱溶液的加入方式可为手动加入或机械加入），混匀后（混匀方法可以是人工混合、搅拌机混合等）形成的强碱溶液分散于矿粒表面，进行改性；然后向经改性的湿粉矿或湿精矿中添加水玻璃，经混碾使水玻璃均匀分散于所述湿粉矿或湿精矿表面，再经压团、干燥后，制得成品球团。

一般而言，只要原料湿粉矿或湿精矿的实际含水量不超过该粉矿或精矿适宜压团水份的90%，均可直接进行配料压团。上述的矿粉冷固结球团的方法中，所述原料湿粉矿或湿精矿的含水量可以是待制团矿粉适宜压团水份的50%～90%。换言之，本发明的原料湿粉矿或湿精矿无需进行预先脱水、干燥，也不需要像现有技术中（参见非专利文献“焦碳粉冷固成型用粘结剂改性水玻璃的研制”）因焦碳粉经干燥后水份含量过低，为了使混合料达到适宜的压团水份，同时降低水玻璃的消耗而对商品水玻璃进行加水和改性，而是可以直接按本发明的工艺步骤直接制备冷固结球团。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述强碱优选以强碱溶液或强碱固体粉末形式添加。所述强碱溶液的质量百分比浓度优选为1%～80%（一般浓度越高，效果越好），其添加量为待制团矿粉干基质量的0.2%～15%。所述强碱固体粉末的添加量优选为待制团矿粉干基质量的0.1%～10%。强碱溶液的浓度和添加量可根据湿粉矿或湿精矿的含水量、种类、球团造块产品的用途不同而相应变化。所述强碱优选是指氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述水玻璃的模数优选为M=2.2～3.7，所述水玻璃的比重优选为1.318～1.599g/cm³，所述水玻璃的波美度优选为34.98～54.32°Bé，所述水玻璃的添加量为待制团矿粉干基质量的1%～23%（更优选为3%～10%）。水玻璃的添加量及质量浓度可随湿粉矿或湿精矿的水分、种类以及球团造块产品的用途不同而相应变化。

为了使混合料具有适宜压团水分、造块产品强度符合使用要求，并降低成本，可以对改性剂强碱溶液和所添加水玻璃的浓度进行调整和优化；即当待球团造块的湿粉矿或湿精矿水分含量较高而其适宜压团水分较低时，可以提高改性剂强碱溶液的浓度（直至使用强碱固体粉末）和水玻璃的浓度，使混合料水份达到该粉矿的适宜压团水分；而当待球团造块的湿粉矿或湿精矿水分含量较低而其适宜压团水分较高时，则可以相应降低改性剂和水玻璃的浓度。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述混匀选用的设备优选为双轴搅拌机、立式搅拌机、强制搅拌机或混凝土搅拌机，混匀时间优选为5～25分钟。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述混碾选用的设备优选为轮碾机或润磨机，混碾时间优选为2～20分钟。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述压团选用的设备优选为对辊机、油压机、挤棒机或缸式压团机，压团压力优选为30～1000Kg/cm²。

上述的矿粉冷固结球团的方法，所述干燥优选是在烘箱、烘床或带式干燥机中进行，干燥温度优选控制在100℃～300℃，干燥时间优选为1h～2h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明以水玻璃为黏结剂的粉矿冷固球团方法具有普通冷固球团工艺的一般优势，因成品球团具有良好的强度及高温冶金性能可广泛应用于电炉、高炉冶炼；更重要的是，在保持成品球团强度相当的情况下，本发明湿粉矿不需专门干燥，可降低黏结剂水玻璃的用量，一些情况下可大幅度降低了黏结剂水玻璃的用量，这对节约成本、降低能耗、减少投资、扩大冷固球团应用范围具有重要意义。从应用效果来看，本发明所制备的成品球团可用于电炉、高炉生铁冶炼，富锰渣冶炼，铁合金冶炼及其他要求入炉料具有高强度的黑色、有色金属火法冶金炉窑，适用于铁粉矿、锰矿粉、钛精矿、钒钛磁铁精矿、铬矿粉、有色金属矿粉等冶金矿粉以及煤粉、焦粉等非金属粉料的造块。综上，采用本发明的球团造块工艺，不仅可明显节约成本、降低能耗、而且减少“碳排”，绿色环保，能提高企业的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2中冷固结球团的方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

本实施例选用的原料为一种含TFe 33.45%、Mn 13.69%、P 0.01%、Zn 1.13%、Pb 0.41%、SiO₂3.56%、Al₂O₃2.39%、CaO 8.39%、Ig 6.5%的氧化锰矿粉；其粒度组成为+35目5.82%、35～60目20.97%、60～100目25.51%、100～150目21.15%、150～200目13.45%、－200目13.10%；其含水量为5.2%（湿基水份），堆比重为1.35t/m³。

如图1所示的本实施例氧化锰矿粉的冷固结球团的方法，包括以下步骤：

（1）原料准备：用电子秤称取上述含水量为5.2%的湿氧化锰矿粉3.165Kg（本实施例中湿粉矿的含水量为待制团矿粉适宜压团水份的58%），折合干氧化锰矿粉3Kg，同时准备3份原料样，备用；

（2）改性：往以上称量好的3份湿氧化锰矿粉中分别添加0g、30g、60g的氢氧化钠溶液（其质量浓度为33%），搅拌机搅拌混匀后（混合时间为5min～10min即可）使氢氧化钠溶液分散于矿粒表面，完成改性；

（3）添加黏结剂：往以上3份原料样中各添加同种液态水玻璃180g（该水玻璃的波美度为50.2°Bé，模数M为2.4，比重为1.53g/cm³），其中往氢氧化钠水溶液添加量为0g的原料样中补充自来水50ml，分别混匀；

（4）混碾：将上述步骤（3）后的配合料入轮碾机进行混碾，时间为10min；使水玻璃进一步均匀地分散于湿氧化锰矿粉表面，同时对混合料压密；

（5）压团成型：将混碾后的各混合料分别在民用对辊煤球机及用压模在油压机上压团成型，前者球团尺寸为38×28×21mm枕形，后者Φ25×18mm圆柱形；压团压力为150Kg/cm²；

（6）干燥：在电热鼓风干燥箱中对压团成型后的半成品进行生团干燥，干燥温度为100℃～300℃，干燥时间1h，干燥后制得成品球团。

按行业标准进行成品球团机械强度检测，落下强度按次/M计，抗压强度按Kg/个球计，检测结果见表1、表2。结果表明，在待制团湿矿粉水份含量相同、压团水分相当、成型压力和水玻璃用量一致的条件下，添加改性剂的压团强度明显高于未添加改性剂者，且成品压团强度随改性剂添加量增加而增高。

表1：实施例1中不同NaOH用量条件下对辊成型球团检测结果

表2：实施例1中不同NaOH用量条件下油压机压团检测结果

实施例2：

本实施例选用的原料为一种含TFe 33.45%、Mn 13.69%、P 0.01%、Zn 1.13%、Pb 0.41%、SiO₂3.56%、Al₂O₃2.39%、CaO 8.39%、Ig 6.5%的氧化锰矿粉；其粒度组成为+35目5.82%、35～60目20.97%、60～100目25.51%、100～150目21.15%、150～200目13.45%、－200目13.10%；其含水量为5.2%，堆比重为1.35t/m³。

（1）原料准备：用电子秤称取上述含水量为5.2%的湿氧化锰矿粉3.165Kg，折合干氧化锰矿粉3Kg，同时准备2份原料样，备用；再用电子秤称取含水量为1%的干氧化锰矿粉3.03Kg，折合干氧化锰矿粉3Kg，同时准备2份原料样，备用；

（2）改性：以氢氧化钠水溶液作为改性剂，用电子秤分别称取20g分析纯固体氢氧化钠，并在室温下将其分别溶入30ml、46ml自来水中，制成不同浓度的氢氧化钠水溶液；将制备好的两种不同浓度的氢氧化钠水溶液分别添加到已称量好的两份湿氧化锰矿粉原料样中；然后在备好的另外两份干粉矿原料样中分别补充158ml、110ml自来水，搅拌机搅拌混匀后（混合时间为2min～10min即可）使氢氧化钠溶液分散于矿粒表面，完成改性；

（3）添加黏结剂：往以上4份原料样中分别添加同种液态水玻璃150g、180g、240g、240g（该水玻璃的波美度为50.2°Bé，模数M为2.4，比重为1.53g/cm³），分别混匀；

（4）混碾：将上述步骤（3）后的配合料用轮碾机进行混碾，时间为10min，使水玻璃进一步均匀地分散于氧化锰矿粉表面，同时对混合料压密；

（5）压团成型：将混碾后的各出料分别在民用对辊压球机和油压压膜机上压团成型，前者球团尺寸为38×28×21mm枕形，后者Φ25×18mm圆柱形，压团压力150Kg/cm²；

按行业标准进行成品球团机械强度检测，落下强度按次/1M计，抗压强度按Kg/个球计，检测结果见表3、表4。结果表明在压团水分相当、成型方法和成型压力一致的条件下，使用含水5.2%的湿粉矿不经干燥并添加改性剂直接配料压团,成品球团的机械强度与经干燥脱水至含水1%并提高了水玻璃配比的同种粉矿的成品压团相当；相比干粉矿压团，湿粉矿添加改性剂压团既不需要进行矿粉干燥又可以降低水玻璃配量，具有明显优势。

表3：实施例2中不同水份含量条件下的压团检测结果（对辊）

表4不同水份含量条件下用水玻璃为黏结剂压团试验结果（压模）

实施例3：

本实施例氧化锰矿粉的冷固结球团的方法，包括以下步骤：

（1）原料准备：用电子秤称取上述含水量为5.2%的湿氧化锰矿粉3.165Kg，折合干氧化锰矿粉3Kg，同时准备3份原料样，备用；

（2）改性：往以上称量好的3份湿氧化锰矿粉中分别添加0g、30g、60g的氢氧化钾溶液（其质量浓度为33%），搅拌机搅拌混匀后（混合时间为2min～10min即可）使氢氧化钾溶液分散于矿粒表面，完成改性；

（5）压团成型：将混碾后的各混合料分别在民用对辊煤球机及用压模在油压机上压团成型，前者球团尺寸为38×28×21mm枕形，后者Φ25×18mm圆柱形；

按行业标准进行成品球团机械强度检测，落下强度按次/M计，抗压强度按Kg/个球计，检测结果见表5、表6。结果表明，氢氧化钾改性效果与氢氧化钠基本一致,在待制团湿矿份水份含量相同、压团水分相当、成型压力和水玻璃用量一致的条件下，添加改性剂的压团强度明显高于未添加改性剂者，且成品压团强度随改性剂添加量增加而增高。

表5：实施例3中不同KOH用量条件下对辊成型球团检测结果

表6：实施例3中不同KOH用量条件下油压机压团检测结果

Claims

1.一种以水玻璃为粘结剂的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：该方法是以含水量在2%以上的湿粉矿或湿精矿为原料，向该湿粉矿或湿精矿中加入强碱，混匀后强碱溶液分散于矿粒表面，进行改性；然后向经改性的湿粉矿或湿精矿中添加水玻璃，经混碾使水玻璃均匀分散于所述湿粉矿或湿精矿表面，再经压团、干燥后，制得成品球团。

2.根据权利要求1所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述原料湿粉矿或湿精矿的含水量为待制团矿粉适宜压团水份的50%～90%。

3.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述强碱是以强碱溶液或强碱固体粉末形式添加；

所述强碱溶液的质量百分比浓度为1%～80%，其添加量为待制团矿粉干基质量的0.2%～15%；

所述强碱固体粉末的添加量为待制团矿粉干基质量的0.1%～10%。

4.根据权利要求3所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述强碱是指氢氧化钠溶液、氢氧化钾或氢氧化锂。

5.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述水玻璃的模数为2.2～3.7，所述水玻璃的比重1.318～1.599g/cm³，所述水玻璃的波美度优选为34.98～54.32°Bé，所述水玻璃的添加量为待制团矿粉干基质量的1%～23%。

6.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述混匀选用的设备为双轴搅拌机、立式搅拌机、强制搅拌机或混凝土搅拌机，混匀时间为5～25分钟。

7.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述混碾选用的设备为轮碾机或润磨机，混碾时间为2～20分钟。

8.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述压团选用的设备为对辊机、油压机、挤棒机或缸式压团机，压团压力为30～1000Kg/cm²。

9.根据权利要求1或2所述的矿粉冷固结球团的方法，其特征在于：所述干燥是在烘箱、烘床或带式干燥机中进行，干燥温度控制在100℃～300℃，干燥时间为1h～2h。