專利名稱：一種用于冷壓鐵焦的低溫固結粘結劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種用于冷壓鐵焦的低溫固結新型粘結劑以及制備方法
背景技術：
高爐冶煉需要大量的優質冶金焦炭，其生產依賴于結焦性能良好的焦煤，由于我國焦煤 資源分布很不均衡，以及焦碳產量因煉焦工序能耗高、環境污染嚴重被嚴格限制，加上鋼鐵 工業高速發展，造成不少廠家焦碳資源緊缺。而化學成份、發熱量等物化性能與焦炭差異不 大的焦粉，因粒度太小影響高爐料柱的透氣性而得不到很好的利用。在大塊焦炭破碎過程中 可產生20-25%的焦粉，而且焦炭入爐前由于整粒還將篩分出部分焦粉，目前我國焦碳產量超 過3億噸，即使按照焦粉產生比例20%計算，我國每年的焦粉數量在7500萬噸以上，焦粉主要 作為燃料用于燒結，按照年產5億噸燒結礦、燒結中焦粉配比5%計算，每年消耗量為2500萬 噸左右，因此還剩余5000萬噸左右的焦粉由于沒有較好的成型技術，只能堆積甚至廢棄，不 但資源得不到利用，還污染環境，若能對這些資源加以開發利用作高爐燃料，可高效利用焦 粉資源，而且焦粉的價格僅為焦碳的1/10-1/3，如果用焦粉替代部分焦碳用于高爐冶煉，將 有利于大幅降低生鐵成本。所以對焦粉深加工，開發技術含量高、附加值大的產品是焦粉高 效利用的重要課題。
國外從20世紀50年代起開始進行利用焦粉生產冶金型焦的實驗研究，方法主要有熱壓型 焦、冷壓型焦和鐵焦。熱壓型焦是在煉焦配煤中加入適量的弱結焦煤、氣煤、長焰煤、貧煤
和焦粉，快速加熱到煙煤塑性溫度430-50(TC，并保持一段時間，采用機械的方法將處于膠
質狀態煤料壓制成型塊，然后在850-95(TC的高溫爐中炭化或熱燜以提高型焦的強度。冷壓
型焦是在煉焦配煤中配入適量的焦粉，以水玻璃、膨潤土、腐植酸鹽、中溫焦油、瀝青或淀
粉等為粘結劑，在常溫下機械擠壓成型，然后將型塊在100(TC以上的高溫下炭化成型焦。焦
粉制鐵焦是在煉焦配煤中加入部分焦粉和高爐除塵灰，煉鋼污泥、鐵精粉、富礦粉等含鐵原
料，在900-100(TC的煉焦爐內干餾后得到的一種含鐵的塊狀焦炭。以上三種方法雖然能利用
部分焦粉，但仍對配煤提出了要求，不能任意比例的配入焦粉，焦粉的用量受到了限制，而
且需要高溫處理才能達到冶煉的強度要求，焦粉再次回爐造成二次耗能、二次污染。如果能夠采用一種新的技術，在冷壓成型的條件下團塊能承受皮帶輸送過程中的機械碰撞、跌落， 在低溫固結的條件下團塊能承受爐內的熱沖擊、機械擠壓、摩擦及熱荷重。要具備這些性能 ，粘結劑是關鍵，目前市場上很難找到能同時滿足冷態和熱態機械強度要求的粘結劑。
目前國內外開發的用于成型的粘結劑分為無機粘結劑和有機粘結劑，無機粘結劑有硅酸 鹽水泥、高鋁水泥、硅酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、氯化鎂、氯化鈣、硅藻土、膨潤土等，有 機粘結劑有蠟、糖漿、瀝青、中溫焦油、高粘重油、各種膠、淀粉、纖維素-酶等。應用無 機粘結劑存在用量大，給產品帶來大量雜質元素的缺點(Na、 Si、 Al、 Cl都為雜質元素甚至 為有害元素)，且大部分粘結劑由于熔點低或在高溫下結構被破壞，而不具備高溫強度。而 應用有機粘結劑，盡管在常溫下團塊有較高的機械強度，但由于在高溫過程中粘結作用失效 ，使得團塊不具備冶煉所需的高溫強度。
因此本發明解決的關鍵問題是開發成型性好、雜質含量少、不產生二次污染的低成本高 效粘結劑，使之在冷壓成型、低溫固結的條件下，能在較大比例范圍內利用焦粉制備鐵焦， 獲得滿足運轉、冶煉所要求的冷態和熱態強度，并提供該粘結劑的制備方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是開發一種成型性好、雜質含量少、不產生二次污染的低成 本高效粘結劑及其制備方法，使用該粘結劑能大比例的利用焦粉制備鐵焦，制得的鐵焦在冷 壓成型的條件下具有滿足運轉、跌落的冷態強度，在低溫固結的條件下具有滿足冶煉要求的 熱態強度。
本發明的技術解決方案如下
一種用于冷壓鐵焦的低溫固結粘結劑是將有機高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按質量 比例O. 5-1. 5:5-7:11-13添加得混合溶液，再加入占混合溶液O. 05-0. 6wt。/。的穩定劑；攪拌均 勻，反應釜溫度170-19(TC， 1.2-1.4Mpa壓力下，反應l. 5-3小時，冷卻分離沉降不溶物得到
所述的有機高分子聚合物為SHN或羧甲基纖維素鈉；所述的硅溶膠或硅膠中Si02的質量 百分數為30-60%。
所述的穩定劑為NaOH、 K0H或NH40H。 本發明的特征及帶來的有益效果 1)粘結劑的特點① Si02微細粒子與有機高分子聚合物中的活性基團接枝反應生成凝膠粘液，凝膠的兩個 組成部分都具有粘結作用，其協同作用大幅增加了溶液的粘結性能；
② 高分子聚合物溶于水后有助于增大Si02微細粒子的溶解度，通過抑制凝膠聚結降低了 Si02微細粒子的粒度，并提高Si02水溶膠體的穩定性，而Si02微細粒子負載有機高分子聚合 物，有利于提高高分子聚合物的分散性。
2) 粘結劑應用到鐵焦生產中具備的功能
① 通過凝膠粘液中的硅醇羥基、吸附水、高分子活性基團可大幅度提高鐵焦生產原料的 潤濕性，凝膠良好的吸附、粘結性能和網狀結構使鐵焦濕塊能滿足濕強度的要求；
② 可形成具有表面積大(50-400m2)及均勻細孔的凝膠，高度分散在物料中，通過干燥 可形成固態凝膠，牢固地附著在固體表面并形成堅固的膜。粘結劑具有的低溫固結性能使鐵 焦干塊能滿足干強度的要求。
③ 鐵焦進入高爐后，在高溫下形成硅氧烷網絡結構產生較強的結合強度，使鐵焦具有熱 穩定性，能耐高溫。進一步升溫，Si02微細粒子在鐵焦自熱還原過程中參與形成粘結相，以 及快速還原形成的金屬鐵連晶使鐵焦具有還原強度。
3) 粘結劑應用到鐵焦生產中具有的特征
① 具有粘結、固結、耐高溫、抗氧化、化學性質穩定等特性；
② 具有使用方便，成本低，用量小的特點；
③ 粘結劑由于高分子聚合物在高溫下分解，不會給鐵焦帶來有害雜質，雖帶入了少量的 Si02，但帶入量不多，僅相當于球團造塊膨潤土給球團礦帶入的Si02量，甚至更低，對鐵焦 質量的影響不大。
4) 用粘結劑制備的鐵焦產品性能
應用粘結劑可制備得到濕塊落下強度大于3次/ (0. 5m 個)、干塊抗壓強度大于2000N/ 個、熱強度130(TC不潰散、兩米高落下不碎的鐵焦。
圖l為本發明的生產工藝流程圖。
具體實施方式
下面實例是對本發明的進一步說明，而不是限制發明的范圍。 具體操作方法
實施例l:生產粘結劑的原料配比SHN:硅溶膠水為1:5:12，加入O. 2。/。Na0H為穩定劑， 硅溶膠質量百分數為40. 0%。反應條件為反應釜反應溫度18(TC，蒸汽壓1.3Mpa，反應時間 為2. 5小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結劑。
實施例2:生產粘結劑的原料配比SHN:硅膠水為1:5:12，加入O. 3。/。K0H為穩定劑，硅膠 質量百分數為50.5%。反應條件為反應釜反應溫度185'C，蒸汽壓1.2Mpa，反應時間為3小 時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結劑。
實施例3:生產粘結劑的原料配比羧甲基纖維素鈉硅溶膠:水為l. 2:6:12，加入 0.2。/。NaOH為穩定劑，硅溶膠質量百分數為40%。反應條件為反應釜反應溫度19(TC ，蒸汽壓 1.2Mpa，反應時間為2.5小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結劑。
實施例4:生產粘結劑的原料配比羧甲基纖維素鈉硅膠:水為O. 6:5. 5:12，加入 0.2。/。KOH為穩定劑，硅膠質量百分數為50. 5%。反應條件為反應釜反應溫度19(TC，蒸汽壓 1.3Mpa，反應時間為3小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結劑。
采用上述實例制備得到的粘結劑制備得到的鐵焦性能如下濕塊落下強度3-6. 5次/ ( 0. 5m.個)、干塊抗壓強度2000-3500N/個、熱強度1300。C不潰散、兩米高落下不碎。應用 該粘結劑可制備得到滿足冷態、熱態強度要求的鐵焦。
權利要求
1.一種用于冷壓鐵焦的低溫固結粘結劑，其特征在于，所述的粘結劑是將有機高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按質量比例0.5-1.5∶5-7∶11-13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05-0.6wt％的穩定劑；攪拌均勻，反應釜溫度170-190℃，1.2-1.4Mpa壓力下，反應1.5-3小時，冷卻分離沉降不溶物得到。
2.根據權利要求l所述的粘結劑，其特征在于，所述的有機高分子聚 合物為SHN或羧甲基纖維素鈉；所述的硅溶膠或硅膠中Si02的質量百分數為30-60呢。
3.根據權利要求l所述的粘結劑，其特征在于，所述的穩定劑為NaOH 、K0H或NH40H。
4.權利要求l所述的粘結劑的制備方法，其特征在于，所述的制備方法如下將有機高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按質量比例O. 5-1. 5:5-7:11-13添加得混合溶 液，再加入占混合溶液0.05-0.6wt。/。的穩定劑；攪拌均勻，反應釜溫度170-19(TC， 1.2-1.4Mpa壓力下，反應1.5-3小時，冷卻分離沉降不溶物即為粘結劑。
5.根據權利要求4所述的粘結劑的制備方法，其特征在于，所述的有 機高分子聚合物為SHN或羧甲基纖維素鈉；所述的硅溶膠或硅膠中Si02的質量百分數為 30-60%。
6.根據權利要求4所述的粘結劑的制備方法，其特征在于，所述的穩 定劑為NaOH、 K0H或NH40H。
全文摘要
本發明涉及一種用于冷壓鐵焦的低溫固結新型粘結劑及其制備方法。開發了一種成型性好、雜質含量低、不產生二次污染的低成本高效粘結劑。使用該粘結劑能大比例的利用焦粉制備鐵焦，并使鐵焦在冷壓成型的條件下具有滿足運轉、跌落的冷態強度，在低溫固結的條件下具有滿足冶煉要求的熱態強度。粘結劑的制備是將有機高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按照0.5-1.5∶5-7∶11-13的比例混合，再加入占混合溶液0.05-0.6wt％的穩定劑；在1.2-1.4Mpa、170-190℃的反應釜中反應1.5-3h后得到，粘結劑中的組分由于接枝、橋連成網狀結構而使得溶液具有高粘度，并在0.05-0.6wt％穩定劑的作用下具有高分散性。
文檔編號C22B1/244GK101619387SQ20091030555
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月12日 優先權日2009年8月12日
發明者濤 姜, 張元波, 張振慧, 騫 李, 李光輝, 楊永斌, 敏 甘, 白國華, 范曉慧, 袁禮順, 斌 許, 郭宇峰, 陳許玲, 黃柱成 申請人:中南大學