冶金球團粘合劑的應用

1、 一種提高無消解除塵灰強度的粘合劑（河南建杰實業(yè)有限公司周雪霞）1、引言11鋼鐵工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，改革開放以來取得了長足的發(fā)展。1996年以來，鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)13年居世界第一，2008年產(chǎn)量高達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總產(chǎn)量相當。雖然產(chǎn)量較高，但其中也存在許多問題。隨著我國鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量逐年增長，對鐵礦石的需求量也迅猛增長。而我國優(yōu)質的鐵礦資源比較匱乏，復雜難開發(fā)的鐵礦石資源利用率低以及我國的鐵礦石生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能不足，導致國內(nèi)的鐵礦石市場呈現(xiàn)嚴重供不應求狀態(tài)。于是大家把眼光轉向國外的鐵礦石市場。然而近年來，進

2、口鐵礦石價格飆升，直接導致我國鐵礦石進口成本大幅增加，進而造成國內(nèi)鐵礦石價格、能源價格，甚至居民消費品價格的聯(lián)動性上漲，這不僅對我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)造成嚴重影響，對國民經(jīng)濟的健康持續(xù)發(fā)展也構成了巨大威脅。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)是一個咼產(chǎn)出、咼耗能的企業(yè)，同時也是一個咼污染的三咼企業(yè)。隨著環(huán)境立法要求越來越嚴格，對鋼鐵企業(yè)環(huán)境適應性要求適應性要求也不斷提高。同時鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵、煙塵、塵泥具優(yōu)勢很高的利用價值。無論是從合理利用資源出發(fā)，還是從保護環(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)中不可缺少的一個組成部分。在鋼鐵冶煉過程產(chǎn)生的

3、除塵灰中含有很高的鐵含量（如：轉爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe50%）,極具回收價值。因此一些降低能源消耗，減少廢棄物排放以及廢棄物回收再利用的技術方法在鋼鐵企業(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已得到成功應用。12鋼鐵行業(yè)除塵灰的特點和分類鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)流程工序多、結構復雜，生產(chǎn)過程伴隨排放大量廢棄物。廢棄物的主要是除塵器的細粉塵和各種生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的塵泥（如：高爐粉塵、轉爐除塵灰、轉爐塵泥等），同時也帶走大量的含鐵資源，具有很高的回收利用價值。轉爐除塵灰一般是指轉爐在吹煉過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)干法除塵后得到的細小粉塵，具有含鐵量高，粒度細，比表面積大的特點，同時含有大

4、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干法除塵越來越受重視，轉爐除塵灰的產(chǎn)量也將會越來越大。轉爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe50%，是一種優(yōu)質的含鐵資源，若不對其加以利用，不僅造成資源的浪費，而且其堆放要占用大量的土地，同時也可能對環(huán)境造成污染。從冶金的角度來說，轉爐除塵灰粒度細、含鐵高、含CaO高是其顯著的特征。因此對減排收集到的除塵灰一定要千方百計的回收利用，變廢為寶。不僅可以合理利用資源同時又能減少環(huán)境的污染。廢棄物的回收利用過程中要求實現(xiàn)無塵處理，經(jīng)常采用的方式有粘結成形、

5、造球、壓塊、制磚等工藝方法。針對于轉爐除塵灰目前最常用的工藝就是造球，既生產(chǎn)冷壓球團。將處理后的轉爐除塵灰配上合適的粘合劑，加上合適的水攪拌均勻，在對輥壓球機上制備成球團。2、冷壓球團粘合劑的介紹2.1國內(nèi)外粘合劑的發(fā)展現(xiàn)狀粘結劑的用途極為廣泛，發(fā)達國家粘合劑工業(yè)已經(jīng)進入了非常發(fā)達的階段。據(jù)報道世界粘結劑的銷售年均增長5%,，增長最快的地區(qū)是發(fā)展中國家，預計我國今后粘結劑將保持在11%以上，目前我國的粘合劑產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門類較齊全的體系,但與發(fā)達國家相比還是存在以下的差距和問題。產(chǎn)量小，產(chǎn)品質量差，品種系列不全。對引進的技術和設備消化和改進提高不夠。產(chǎn)品原料、添加劑和成品質量差。應用研究缺乏，技

6、術含量較低。2.2礦粉球團粘合劑應用粘合劑在除塵灰加工領域的一個重要用途就是礦粉成型，特別是粉料的冷固成型。它的好壞直接關系到冷壓球團的性能及質量的好壞。常用粘合劑有膨潤土、糖漿、腐殖酸鈉、羧甲基纖維素鈉、羧甲基淀粉鈉、水泥等。目前，無機粘結劑存在一些無法戰(zhàn)勝的問題，如加量大、成球率低、干強度差、灰分大、引入的有害雜質多等缺點。迫使大家尋求新的粘結劑。人類對天然高分子物質的利用有著悠久的前史。早在20世紀初，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、纖維素等有機粘結劑。有機粘結劑一個固有的長處，即是它們在

7、球團焙燒進程中被灼燒掉了，并且有些能使球團礦的機械強度有顯著改進，有些還能使球團冶金功能變好。1995年俄羅斯研究了羧甲基纖維素鈉，研究結果表明：加入1.5%。羧甲基纖維素鈉的球團能保證達到加入1.5%左右膨潤土的球團的干球強度標準?？墒?，無論是天然的高分子還是人工組成的化合物，對其內(nèi)部構造研討還較淺薄。工業(yè)上需求更多的高分子化合物的理論知識來指導生產(chǎn)，所以這一方面的研討亟待深入研發(fā)。傳統(tǒng)的無機粘合劑如膨潤土、水玻璃、硼酸鹽等，可以作為有效的粘合劑，有助于球團的成型，但會使除塵灰中的有害元素增加，鐵的品味降低，球團的冶金性能變差，甚至造成環(huán)境的二次污染。有機粘合劑如淀粉、纖維素、腐殖酸鈉、煤焦

8、油、丙烯酰胺等在球團焙燒過程中被揮發(fā)或燃燒分解，對球團的鐵品味有利，但是價格高，抗溫性能差，球團在高溫爐中易爆，危害高爐安全，影響冶煉效率，無法滿足正常使用要求。所以復合粘合劑的研發(fā)就能滿以上兩點的不足。目前，大家都能明白復合粘合劑的優(yōu)勢，但是合適的性價比高的粘合劑還很少，所以合適的原料、恰當?shù)呐湓谘邪l(fā)復合粘合劑時至關重要。3、除塵灰球團粘合劑的研究應用除塵灰目前在鋼鐵行業(yè)循環(huán)利用常用方法是：返回原料場進行重新造塊，如冷壓球團法。首先將粉塵配加還原劑（煤粉）、黏結劑等進行造球，造好的具有一定強度的生球經(jīng)烘干機烘干后生球的水分降低至3%以下，然后將烘干的生球通過振動布料機均勻布置在轉底爐內(nèi)，轉底

9、爐爐內(nèi)溫度控制在1100-1300C，球團在爐內(nèi)發(fā)生直接還原反應。鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的除塵灰具有粒度細、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%。轉爐除塵灰含鐵量50%以上，粒度細（大概在5000目左右），比表面積大，同時含有大量的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。名稱TFeCaOSiO2MgOCA12O3咼爐灰24.23.52.04.233.31.9轉爐灰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)生反應生成氫氧化鈣。該反應一方面放出大量熱，同時體積

10、會發(fā)生膨脹（1.5到2.5倍）。所以在造球前必須經(jīng)加濕浸潤、充分消解，否則成品冷壓球極易粉化，影響造球強度，甚至無法成球。對含活性較高CaO、MgO的一次粗灰在成球前用水消解加水量為質量的1820%，隔絕空氣密閉6小時以上。徹底情況需要24小時。但是一些廠家由于工藝原因不允許消解或客戶沒有足夠的場地或時間進行消解，市場呼吁一種可以在不消解除塵灰中使用的粘合劑，加入該種粘合劑，球團不出現(xiàn)龜裂、崩解、粉化現(xiàn)象，有足夠的強度；目前國內(nèi)除了河南建杰實業(yè)有限公司尚沒有廠家解決這個問題；根據(jù)除塵灰原料特點、設備情況不同，河南建杰實業(yè)有限公司研制出了適合各種鋼鐵除塵灰成型的粘合劑KF00。3.1礦粉粘合劑K

11、F00我們知道沒有消解的氧化鈣會令變性淀粉失效，其實，試驗表明，大多數(shù)粘合劑在氧化鈣的吸水膨脹以致崩解面前均無能為力，包括那些可以耐受氧化鈣的個別粘合劑；河南建杰實業(yè)有限公司針對此難題，成立專門的研發(fā)團隊，研發(fā)出了適用于含未消解氧化鈣的除塵灰粘合劑；KF00對抗氧化鈣吸水膨脹崩解的機理氧化鈣吸水膨脹1.52.5倍，是問題的關鍵；只有阻止了這種膨脹才能解決崩解問題。水泥中含有游離氧化鈣是有害的，但是形成硅酸鈣（3CaOSiO2或寫為C3S,C2S）或鋁酸鈣（C3A）以及鐵鋁酸四鈣（C4AF）則成為水泥強度的提供者；在此基礎上，河南建杰進行了艱苦的研發(fā)，形成了KF00粘合劑；KF00粘合劑中的成分

12、之一SO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解離出來的A金屬離子在溶液中水解，離子運動加劇再次促進溶解，同時，AY酸根離子迅速地與氧化鈣反應，使得氧化物直接中和，形成能夠進行進一步硬化的中間體CaY2（事實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SO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SO,SY，CaY2,FeY3等交織在一起形成巨大的晶格網(wǎng)絡：CaO+2H+Y-fCaY2+

13、H2OCaY2+CO2+H2OCaCO3+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CaO的水化過程進行阻隔，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。事實上，當加入足夠量的KF02（加入5%）,用含未消解氧化鈣很高（高達45%）的除塵灰制出的球，放置一年仍沒有任何崩解跡象，抗壓強度達到并保有100kg以上。KF00粘合劑產(chǎn)品說明3.3.1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合（如建材

14、等需要消解的材料中），也可在不含氧化鈣物料中作為正常粘合劑使用。3.3.2產(chǎn)品特點用在含未消解氧化鈣45%以下的除塵灰制球中，有效抵消氧化鈣遇水消解膨脹，抗壓強度達到100kg以上（隨除塵灰組成有一定變化，最低有效加量下，最低干強度不低于50kg）。該產(chǎn)品有可以長時間（數(shù)月）對抗消解膨脹，不產(chǎn)生強度降低及崩解現(xiàn)象。3.3.3使用方法和加量添加量510%，用喂料機或直接加在除塵灰中，混勻后加水攪拌均勻即可壓球。3.3.4注意事項該產(chǎn)品加水量比其他粘合劑加水量略少（以手抓成團搓揉可散為準），加水攪拌時間不可太長，以防提前固化；產(chǎn)品壓成有稍低濕強度，2小時后可以有一定承壓能力，6小時后達到較高初強度，24小時基本達到最終強度。4、總結由于鋼鐵生產(chǎn)能力的持續(xù)增長，對