轉(zhuǎn)爐除塵灰球團(tuán)粘合劑的應(yīng)用

1、轉(zhuǎn)爐除塵灰粘合劑的研究應(yīng)用摘要：本文原料除塵灰以鋼鐵行業(yè)的除塵灰為主，主要來(lái)源是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn) 生的粉塵，由于其含鐵含量高（TFe50%）可以作為二次資源加以回收利用。針對(duì)常 用粘合劑壓制的球團(tuán)強(qiáng)度低和易粉化的問(wèn)題，本文采用消解和無(wú)消解配加專用粘 合劑進(jìn)行解決。為以后鋼鐵行業(yè)除塵灰制球的規(guī)模生產(chǎn)提供了合適的粘合劑。關(guān)鍵詞：除塵灰，粘合劑;1.1鋼鐵工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，改革開放以來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。1996年以來(lái)，鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)13年居世界第一，2008年產(chǎn)量高達(dá)5.02億噸，約 占全球總量的37.8%,與排名第二至第九位的八國(guó)總產(chǎn)量相當(dāng)。 雖然產(chǎn)量較高，但 其

2、中也存在許多冋題。隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，對(duì)鐵礦石的需求量也迅 猛增長(zhǎng)。而我國(guó)優(yōu)質(zhì)的鐵礦資源比較匱乏，復(fù)雜難開發(fā)的鐵礦石資源利用率低以 及我國(guó)的鐵礦石生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能不足，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的鐵礦石市場(chǎng)呈現(xiàn)嚴(yán)重供不應(yīng)求狀 態(tài)。于是大家把眼光轉(zhuǎn)向國(guó)外的鐵礦石市場(chǎng)。然而近年來(lái)，進(jìn)口鐵礦石價(jià)格飆升, 直接導(dǎo)致我國(guó)鐵礦石進(jìn)口成本大幅增加，進(jìn)而造成國(guó)內(nèi)鐵礦石價(jià)格、能源價(jià)格， 甚至居民消費(fèi)品價(jià)格的聯(lián)動(dòng)性上漲，這不僅對(duì)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重影響，對(duì)國(guó) 民經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展也構(gòu)成了巨大威脅。因此，尋求一種新的鐵礦替代資源有 十分重要的意義。鋼鐵行業(yè)是一個(gè)高產(chǎn)出、高耗能的企業(yè)，同時(shí)也是一個(gè)高污染的三高企業(yè)

3、。 隨著環(huán)境立法要求越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)鋼鐵企業(yè)環(huán)境適應(yīng)性要求也不斷提高。同時(shí)鋼 鐵冶煉生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉塵、煙塵、塵泥具優(yōu)勢(shì)很高的利用價(jià)值。無(wú)論是從合理 利用資源出發(fā)，還是從保護(hù)環(huán)境消除粉塵污染出發(fā)，充分利用鋼鐵企業(yè)中的各種 粉塵已是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個(gè)組成部分。在鋼鐵冶煉過(guò)程產(chǎn)生的 除塵灰中含有很高的鐵含量（如：轉(zhuǎn)爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe> 50%）,極具回收價(jià)值。因此一些降低能源消耗，減少?gòu)U棄物排放以及廢棄物回收再利用的技術(shù)方法在鋼鐵企業(yè)得到大力推廣。近幾年一些鋼鐵廠的除塵灰回收利用技術(shù)已 得到成功應(yīng)用。1.2鋼鐵行業(yè)除塵灰的特點(diǎn)和分類鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)流程工序多、

4、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程伴隨排放大量 廢棄物。廢棄物的主要是除塵器的細(xì)粉塵和各種生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的塵泥（如：高 爐粉塵、轉(zhuǎn)爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐塵泥等），同時(shí)也帶走大量的含鐵資源，具有很高的 回收利用價(jià)值。1.2.1鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的廢棄物的分類這些廢棄物從來(lái)源上可以分兩種。一是煉鐵廢棄物，包含煉鐵爐渣、高爐粉 塵等。高爐煉鐵中產(chǎn)生的煤氣（稱高爐瓦斯）攜帶出部分原料粉塵及高溫區(qū)激烈 反應(yīng)而產(chǎn)生的微粒。對(duì)其進(jìn)行凈化處理，經(jīng)干法除塵出去的為瓦斯灰，經(jīng)濕法除 去的細(xì)粒為瓦斯泥，兩者統(tǒng)稱為高爐粉塵。高爐粉塵中的主要成分與進(jìn)入高爐的 物料性質(zhì)有關(guān)，主要有鐵礦粉、焦粉和煤粉，并含有少量的S、AL、Ca、Mg等元素，也有一些

5、企業(yè)高爐粉塵含有 Pb、Zn、As等有害元素。如瓦斯泥總鐵含量在 38%左右，經(jīng)過(guò)二次磁選后，全鐵含量可達(dá)到 59%，甚至更高。二是煉鋼廢棄物，包含：轉(zhuǎn)爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐塵泥、電爐塵泥、鋼渣和氧化鐵 皮等。煉鐵工藝過(guò)程中，添加到爐內(nèi)的原料有2%轉(zhuǎn)變成粉塵。轉(zhuǎn)爐塵的發(fā)生量月為20kg/噸鋼，電爐塵的發(fā)生量為10-20kg/噸鋼。煉鐵粉塵中主要含有FeO（ Fe2O3）、 CaO、MgO、K2O、Na2O，總鐵含量約在 50%左右。隨著轉(zhuǎn)鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝日趨完善，相應(yīng)的除塵技術(shù)不斷發(fā)展完善。廢棄物中粉塵凈化回收主要有兩種方式，一種是濕法除塵（OG法），另一種是干法除塵（LT法）。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的

6、角度出發(fā)，干法除塵應(yīng)用越來(lái)越廣泛。所以根據(jù)除 塵灰方式的不同，可分為塵泥（或污泥）和除塵灰。1.2.2轉(zhuǎn)爐除塵灰的來(lái)源和特點(diǎn)轉(zhuǎn)爐除塵灰一般是指轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)干法除塵后得到的細(xì)小 粉塵，具有含鐵量高，粒度細(xì)，比表面積大的特點(diǎn)，同時(shí)含有大量的CaO等堿性氧化物，其中鐵以Fe3O4和Fe2O3存在，粉塵表面帶正電，具有吸附負(fù)離子的能 力。特別是在鋼鐵工業(yè)大力提倡干法除塵的大背景下，新興的LT干法除塵越來(lái)越受重視，轉(zhuǎn)爐除塵灰的產(chǎn)量也將會(huì)越來(lái)越大。轉(zhuǎn)爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe>50%,是一種優(yōu)質(zhì)的含鐵資源，若不對(duì)其加以利用，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且 其堆放要占用大量的土地，同時(shí)也

7、可能對(duì)環(huán)境造成污染。從冶金的角度來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn) 爐除塵灰粒度細(xì)、含鐵高、含 CaO高是其顯著的特征。因此對(duì)減排收集到的除塵 灰一定要千方百計(jì)的回收利用，變廢為寶。不僅可以合理利用資源同時(shí)又能減少 環(huán)境的污染。廢棄物的回收利用過(guò)程中要求實(shí)現(xiàn)無(wú)塵處理，經(jīng)常采用的方式有粘結(jié)成形、 造球、壓塊、制磚等工藝方法。針對(duì)于轉(zhuǎn)爐除塵灰目前最常用的工藝就是造球， 既生產(chǎn)冷壓球團(tuán)。將處理后的轉(zhuǎn)爐除塵灰配上合適的粘合劑，加上合適的水?dāng)嚢?均勻，在對(duì)輥壓球機(jī)上制備成球團(tuán)。2、冷壓球團(tuán)粘合劑的介紹2.1國(guó)內(nèi)外粘合劑的發(fā)展現(xiàn)狀粘結(jié)劑的用途極為廣泛，發(fā)達(dá)國(guó)家粘合劑工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了非常發(fā)達(dá)的階段。據(jù)報(bào)道世界粘結(jié)劑的銷售年均增長(zhǎng) 5%

8、,增長(zhǎng)最快的地區(qū)是發(fā)展中國(guó)家，預(yù)計(jì)我國(guó)今 后粘結(jié)劑將保持在11%以上，目前我國(guó)的粘合劑產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門類較齊全的體系， 但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是存在以下的差距和問(wèn)題。（1）產(chǎn)量小，產(chǎn)品質(zhì)量差，品種系列不全。（2）對(duì)引進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備消化和改進(jìn)提高不夠。（3）產(chǎn)品原料、添加劑和成品質(zhì)量差。（4）應(yīng)用研究缺乏，技術(shù)含量較低。 2.1.1鋼鐵除塵灰粘合劑粘合劑在除塵灰加工領(lǐng)域的一個(gè)重要用途就是礦粉成型，特別是粉料的冷固成型。 它的好壞直接關(guān)系到冷壓球團(tuán)的性能及質(zhì)量的好壞。常用粘合劑有膨潤(rùn)土、糖漿、 腐殖酸鈉、羧甲基纖維素鈉、羧甲基淀粉鈉、水泥等。2.1.2常用粘合劑分類有關(guān)粘合劑的分類，不同的角度有不同分類

9、方法。按主要成的物質(zhì)類別可以 分為有機(jī)粘合劑、無(wú)機(jī)粘合劑和復(fù)合粘合劑。如表 1所示。表1類別實(shí)例無(wú)機(jī)粘合劑膨潤(rùn)土、水泥、水玻璃、石膏硼酸鹽有機(jī)粘合劑預(yù)糊化淀粉、糊精、煤焦油、腐殖酸鈉、CMC、CMS復(fù)合粘合劑膨潤(rùn)土 +糊精、環(huán)保粘合劑N對(duì)于礦粉粘合劑的研究，有著很長(zhǎng)的歷史。早在球團(tuán)工藝剛剛興起的時(shí)候, 人們就開始探索，但是至今未能找到一種很理想的礦粉粘合劑。目前，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑存在一些無(wú)法戰(zhàn)勝的問(wèn)題，如加量大、成球率低、干強(qiáng)度 差、灰分大、引入的有害雜質(zhì)多等缺點(diǎn)。迫使大家尋求新的粘結(jié)劑。人類對(duì)天然 高分子物質(zhì)的利用有著悠久的前史。早在 20世紀(jì)初，大家在天然高分子的改性以 及高分子化合物的組成上已

10、取得了很大的效果。淀粉以外，大家先后開發(fā)了煤焦 油、瀝青、紙漿廢液、丙烯酸銨、佩利多、纖維素等有機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑一 個(gè)固有的長(zhǎng)處，即它們?cè)谇驁F(tuán)焙燒進(jìn)程中被灼燒掉了，并且有些能使球團(tuán)礦的機(jī) 械強(qiáng)度有顯著改進(jìn)，有些還能使球團(tuán)冶金功能變好。1995年俄羅斯研究了羧甲基纖維素鈉，研究結(jié)果表明：加入1.5%羧甲基纖維素鈉的球團(tuán)能保證達(dá)到加入 1.5% 左右膨潤(rùn)土的球團(tuán)的干球強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)?？墒?，無(wú)論是天然的高分子還是人工組成的 化合物，對(duì)其內(nèi)部構(gòu)造研討還較淺薄。工業(yè)上需求更多的高分子化合物的理論知 識(shí)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，所以這一方面的研討亟待深入研發(fā)。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)粘合劑如膨潤(rùn)土、水玻璃、硼酸鹽等，可以作為有效的粘合

11、劑，有 助于球團(tuán)的成型，但會(huì)使除塵灰中的有害元素增加，鐵的品味降低，球團(tuán)的冶金 性能變差，甚至造成環(huán)境的二次污染。有機(jī)粘合劑如淀粉、纖維素、腐殖酸鈉、 煤焦油、丙烯酰胺等在球團(tuán)焙燒過(guò)程中被揮發(fā)或燃燒分解，對(duì)球團(tuán)的鐵品味有利， 但是價(jià)格高，抗溫性能差，球團(tuán)在高溫爐中易爆，危害高爐安全，影響冶煉效率， 無(wú)法滿足正常使用要求。所以復(fù)合粘合劑的研發(fā)就能滿以上兩點(diǎn)的不足。目前， 大家都能明白復(fù)合粘合劑的優(yōu)勢(shì)，但是合適的性價(jià)比高的粘合劑還很少，所以合 適的原料、恰當(dāng)?shù)呐湓谘邪l(fā)復(fù)合粘合劑時(shí)至關(guān)重要。3、粘合劑在除塵灰球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用除塵灰目前在鋼鐵行業(yè)循環(huán)利用常用方法是：返回原料場(chǎng)進(jìn)行重新造塊，如冷壓球團(tuán)法

12、。首先將粉塵配加還原劑（煤粉）、黏結(jié)劑等進(jìn)行造球，造好的具有一 定強(qiáng)度的生球經(jīng)烘干機(jī)烘干后生球的水分降低至3%以下，然后將烘干的生球通過(guò)振動(dòng)布料機(jī)均勻布置在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)溫度控制在1100-1300C，球團(tuán)在爐內(nèi)發(fā)生直接還原反應(yīng)。目前，根據(jù)原料成分、設(shè)備情況不同，河南建杰實(shí)業(yè)有限公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn) 研制出了適合各種鋼鐵除塵灰成型的粘合劑?？朔藗鹘y(tǒng)粘合劑的缺點(diǎn)，具有適 用性強(qiáng)，性價(jià)比高等特點(diǎn)。3.1粘合劑的種類和使用情況根據(jù)除塵灰原料的性質(zhì)不同可分為兩種：礦粉粘合劑KF01和礦粉粘合劑KF02。3.2礦粉粘合劑KF01礦粉粘合劑KF01 :該產(chǎn)品以預(yù)糊化淀粉為主料，加入膨潤(rùn)土、增粘劑、增強(qiáng)

13、 劑、改性劑、抗高溫等原料，通過(guò)一系列工藝生產(chǎn)而成的復(fù)合粘合劑。具有較強(qiáng) 的粘性、活性和吸附性，又有一定抗高溫防爆性能。因?yàn)樗?dú)有的特性，在球團(tuán)生產(chǎn)中效果非常好，既可取得高的生球強(qiáng)度，也不會(huì)降低球團(tuán)礦的品位，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。321礦粉粘合劑KF01的適用性鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的除塵灰具有粒度細(xì)、含鐵量高、含氧化鈣高是其主要特征。高爐除塵灰含鐵量一般在20-30%之間，含氧化鈣3-5%。轉(zhuǎn)爐除塵灰含鐵量50% 以上，粒度細(xì)（大概在5000目左右），比表面積大，同時(shí)含有大量的 CaO（ 10% 左右）等堿性氧化物。下面是一些鋼鐵廠除塵灰中成分含量分析表，如表 2。表2名稱TFeCaOSiO2MgOCAl2O3

14、高爐灰24.23.52.04.233.31.9轉(zhuǎn)爐灰60.710.54.42.51.61.7從除塵灰的成分上看都含有生石灰（CaO），生石灰遇水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鈣。該反應(yīng)一方面放出大量熱，同時(shí)體積會(huì)發(fā)生膨脹（1.5到2.5倍）。所以在造 球前必須經(jīng)加水浸潤(rùn)、充分消解，否則成品冷壓球極易粉化，影響造球強(qiáng)度，甚 至無(wú)法成球。對(duì)含活性較高 CaO、MgO的一次粗灰在成球前用水消解，加水量為 礦粉質(zhì)量的1820%,隔絕空氣密閉6小時(shí)以上。徹底情況需要24小時(shí)。因此礦粉粘合劑KF01在含有氧化鈣的除塵灰中應(yīng)用時(shí)，首先要對(duì)原料進(jìn)行徹 底消解。然后按照正常的工藝上機(jī)成型。同時(shí)該產(chǎn)品作為普適產(chǎn)品，還可以應(yīng)用

15、 于返礦（鋼渣）、除塵灰（所含灰鈣已經(jīng)消解或不含灰鈣）、含鐵污泥、氧化鐵皮、OG 泥、鐵砂、鐵礦粉等各類煉鋼回收料中。3.2.2礦粉粘合劑KF01的應(yīng)用特點(diǎn)（1）成球率高達(dá)96%;初始強(qiáng)度好，2米自由落體不碎；干燥后單個(gè)球體抗壓強(qiáng) 度200N。（2）不增加灰分，不降低熱值，不降低品位；粘結(jié)力強(qiáng)，成型效果好，外觀均勻 美觀。（3）各項(xiàng)指標(biāo)均符合鋼廠要求。（4）綠色環(huán)保：主要原料長(zhǎng)絨棉，加酸、堿等化學(xué)試劑，經(jīng)一系列復(fù)雜的化學(xué)反 應(yīng)而成，另?yè)接胁糠譄o(wú)機(jī)粘合劑。均為綠色環(huán)保材料。不影響產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)人體 安全無(wú)害，對(duì)環(huán)境友好3.2.3使用方法和加量（1）粘合劑均勻加入物料中，物料與粘合劑的比例要根據(jù)物料

16、成分、粒度、比表 面積來(lái)決定，一般加量為2-3%。（2）將物料潤(rùn)濕，視物料濕度情況噴灑適量水。（3）攪拌均勻后，手握成團(tuán)，即可壓球。3.3礦粉粘合劑KF02除塵灰中的活性氧化鈣若事先不進(jìn)行消解，嚴(yán)重影響后期的球團(tuán)的成型率和 冷強(qiáng)度，甚至出現(xiàn)分現(xiàn)象。但是一些廠家覺(jué)得提前消解會(huì)增加生產(chǎn)成本和延長(zhǎng)生 產(chǎn)時(shí)間等。因此對(duì)除塵灰不消解的情況下，冷壓球團(tuán)的出現(xiàn)分化和強(qiáng)度不足的情 況，河南建杰實(shí)業(yè)有限公司研制出了一款新型粘合劑 KF02。331礦粉粘合劑KF02抗氧化鈣吸水膨脹崩解的機(jī)理除塵灰中氧化鈣吸水膨脹1.52.5倍，是問(wèn)題的關(guān)鍵；只有阻止了這種膨脹才 能解決崩解問(wèn)題；河南建杰實(shí)業(yè)有限公司的工程師，通過(guò)

17、對(duì)各種原料成分分析， 從根本上解決問(wèn)題，研制出了環(huán)保粘合劑 KF02。KF02工作原理：KF02是一種復(fù)合粘合劑，其中的主要成分是AY和BY。BY 本身可以水合固化，該成分在另外一種成分的 AY存在下，一方面改變PH值增溶， 一方面AY解離出來(lái)的A金屬離子在溶液中水解，離子運(yùn)動(dòng)加劇再次促進(jìn)溶解， 同時(shí)，AY酸根離子迅速地與氧化鈣反應(yīng)，使得氧化物直接中和，形成能夠進(jìn)行進(jìn) 一步硬化的中間體CaY2 （事實(shí)上是跟別的成分交織在一起），該中間體較之氧化 鈣體積迅速縮小，與本身氧化鈣吸水體積增大正好相反； 加上BY的迅速溶解及A 金屬離子快速脫離系統(tǒng)，加速平衡右移，有效地抵消了氧化鈣消解膨脹的效果， 該

18、中間體在二氧化碳的存在下，仍然可以生成碳酸鈣固化，且其晶格與水合固化 的BY，SY，CaY2，F(xiàn)eY3等交織在一起形成巨大的晶格網(wǎng)絡(luò)：CaO+2H+Y- f CaY2+H2OCaY2+C02+H2O CaCO3+2HY上述形成的酸性環(huán)境與氧化鈣的堿性環(huán)境相互抵消，而溶解的SO與CaO形成一層膜，又對(duì)CaO的水化過(guò)程進(jìn)行阻隔，使得固化收縮作用成為主要作用，而 直接繞開了氧化鈣消解膨脹的環(huán)節(jié)，從氧化鈣直接固化成碳酸鈣與其他成分的綜 合晶格。3.3.2適用范圍用以在含有未消解氧化鈣的除塵灰中使用，可有效抵消氧化鈣遇水消解膨脹， 造成制品龜裂崩解粉化的現(xiàn)象。該粘合劑也可用于其他含氧化鈣場(chǎng)合（如建材等 需要消解的材料中），也可在不含氧化