转炉除尘灰球团粘合剂的应用

1、转炉除尘灰粘合剂的研究应用摘要：本文原料除尘灰以钢铁行业的除尘灰为主，主要来源是钢铁生产过程中产生的粉尘，由于其含铁含量高（TFe50%）可以作为二次资源加以回收利用。针对常用粘合剂压制的球团强度低和易粉化的问题，本文采用消解和无消解配加专用粘合剂进行解决。为以后钢铁行业除尘灰制球的规模生产提供了合适的粘合剂。关键词：除尘灰，粘合剂；1、引言1.1 钢铁工业发展的现状钢铁产业是我国国民经济的重要基础产业，改革开放以来取得了长足的发展。1996年以来，钢产量已经连续13年居世界第一，2008年产量高达5.02亿吨，约占全球总量的37.8%,与排名第二至第九位的八国总产量相当。虽然产量较高，但其中

2、也存在许多问题。随着我国钢铁行业的高速发展，钢铁产量逐年增长，对铁矿石的需求量也迅猛增长。而我国优质的铁矿资源比较匮乏，复杂难开发的铁矿石资源利用率低以及我国的铁矿石生产企业产能不足，导致国内的铁矿石市场呈现严重供不应求状态。于是大家把眼光转向国外的铁矿石市场。然而近年来，进口铁矿石价格飙升，直接导致我国铁矿石进口成本大幅增加，进而造成国内铁矿石价格、能源价格，甚至居民消费品价格的联动性上涨，这不仅对我国钢铁产业造成严重影响，对国民经济的健康持续发展也构成了巨大威胁。因此，寻求一种新的铁矿替代资源有十分重要的意义。钢铁行业是一个高产出、高耗能的企业，同时也是一个高污染的三高企业。随着环境立法要

3、求越来越严格，对钢铁企业环境适应性要求也不断提高。同时钢铁冶炼生产过程产生的粉尘、烟尘、尘泥具优势很高的利用价值。无论是从合理利用资源出发，还是从保护环境消除粉尘污染出发，充分利用钢铁企业中的各种粉尘已是现代钢铁企业生产中不可缺少的一个组成部分。在钢铁冶炼过程产生的除尘灰中含有很高的铁含量（如：转炉除尘灰中含铁含量较高，TFe>50%）,极具回收价值。因此一些降低能源消耗，减少废弃物排放以及废弃物回收再利用的技术方法在钢铁企业得到大力推广。近几年一些钢铁厂的除尘灰回收利用技术已得到成功应用。1.2 钢铁行业除尘灰的特点和分类钢铁企业生产规模大、生产流程工序多、结构复杂，生产过程伴随排放大

4、量废弃物。废弃物的主要是除尘器的细粉尘和各种生产过程中产生的尘泥（如：高炉粉尘、转炉除尘灰、转炉尘泥等），同时也带走大量的含铁资源，具有很高的回收利用价值。1.2.1 钢铁企业所产生的废弃物的分类这些废弃物从来源上可以分两种。一是炼铁废弃物，包含炼铁炉渣、高炉粉尘等。高炉炼铁中产生的煤气（称高炉瓦斯）携带出部分原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒。对其进行净化处理，经干法除尘出去的为瓦斯灰，经湿法除去的细粒为瓦斯泥，两者统称为高炉粉尘。高炉粉尘中的主要成分与进入高炉的物料性质有关，主要有铁矿粉、焦粉和煤粉，并含有少量的S、AL、Ca、Mg等元素，也有一些企业高炉粉尘含有Pb、Zn、As等有害元

5、素。如瓦斯泥总铁含量在38%左右，经过二次磁选后，全铁含量可达到59%,甚至更高。二是炼钢废弃物，包含：转炉除尘灰、转炉尘泥、电炉尘泥、钢渣和氧化铁皮等。炼铁工艺过程中，添加到炉内的原料有2%转变成粉尘。转炉尘的发生量月为20kg/吨钢，电炉尘的发生量为10-20kg/吨钢。炼铁粉尘中主要含有FeO（Fe2O3）、CaO、MgO、K2O、Na2O，总铁含量约在50%左右。随着转钢铁生产的发展，生产工艺日趋完善，相应的除尘技术不断发展完善。废弃物中粉尘净化回收主要有两种方式，一种是湿法除尘（OG法），另一种是干法除尘（LT法）。从环保和经济的角度出发，干法除尘应用越来越广泛。所以根据除尘灰方式的

6、不同，可分为尘泥（或污泥）和除尘灰。1.2.2 转炉除尘灰的来源和特点转炉除尘灰一般是指转炉在吹炼过程中产生的烟气经干法除尘后得到的细小粉尘，具有含铁量高，粒度细，比表面积大的特点，同时含有大量的CaO等碱性氧化物，其中铁以Fe3O4和Fe2O3存在，粉尘表面带正电，具有吸附负离子的能力。特别是在钢铁工业大力提倡干法除尘的大背景下，新兴的LT干法除尘越来越受重视，转炉除尘灰的产量也将会越来越大。转炉除尘灰中含铁含量较高，TFe>50%,是一种优质的含铁资源，若不对其加以利用，不仅造成资源的浪费，而且其堆放要占用大量的土地，同时也可能对环境造成污染。从冶金的角度来说，转炉除尘灰粒度细、含铁

7、高、含CaO高是其显著的特征。因此对减排收集到的除尘灰一定要千方百计的回收利用，变废为宝。不仅可以合理利用资源同时又能减少环境的污染。废弃物的回收利用过程中要求实现无尘处理，经常采用的方式有粘结成形、造球、压块、制砖等工艺方法。针对于转炉除尘灰目前最常用的工艺就是造球，既生产冷压球团。将处理后的转炉除尘灰配上合适的粘合剂，加上合适的水搅拌均匀，在对辗压球机上制备成球团。2、冷压球团粘合剂的介绍2.1 国内外粘合剂的发展现状粘结剂的用途极为广泛，发达国家粘合剂工业已经进入了非常发达的阶段。据报道世界粘结剂的销售年均增长5%,增长最快的地区是发展中国家，预计我国今后粘结剂将保持在11%以上，目前我

8、国的粘合剂产业已经形成门类较齐全的体系，但与发达国家相比还是存在以下的差距和问题。(1)产量小，产品质量差，品种系列不全。(2)对引进的技术和设备消化和改进提高不够。(3)产品原料、添加剂和成品质量差。(4)应用研究缺乏，技术含量较低。2.1.1 钢铁除尘灰粘合剂粘合剂在除尘灰加工领域的一个重要用途就是矿粉成型，特别是粉料的冷固成型。它的好坏直接关系到冷压球团的性能及质量的好坏。常用粘合剂有膨润土、糖浆、腐殖酸钠、竣甲基纤维素钠、竣甲基淀粉钠、水泥等。2.1.2 常用粘合剂分类有关粘合剂的分类，不同的角度有不同分类方法。按主要成的物质类别可以分为有机粘合剂、无机粘合剂和复合粘合剂。如表1所示。

9、表1类别实例无机粘合剂膨润土、水泥、水玻璃、石膏硼酸盐有机粘合剂预糊化淀粉、糊精、煤焦油、腐殖酸钠、CMC、CMS复合粘合剂膨润土+糊精;环保粘合剂.N对于矿粉粘合剂的研究，有着很长的历史。早在球团工艺刚刚兴起的时候,人们就开始探索，但是至今未能找到一种很理想的矿粉粘合剂。目前，无机粘结剂存在一些无法战胜的问题，如加量大、成球率低、干强度差、灰分大、引入的有害杂质多等缺点。迫使大家寻求新的粘结剂。人类对天然高分子物质的利用有着悠久的前史。早在20世纪初，大家在天然高分子的改性以及高分子化合物的组成上已取得了很大的效果。淀粉以外，大家先后开发了煤焦油、沥青、纸浆废液、丙烯酸俊、佩利多、纤维素等有

10、机粘结剂。有机粘结剂一个固有的长处，即它们在球团焙烧进程中被灼烧掉了，并且有些能使球团矿的机械强度有显着改进，有些还能使球团冶金功能变好。1995年俄罗斯研究了竣甲基纤维素钠，研究结果表明：加入1.5%竣甲基纤维素钠的球团能保证达到加入1.5%左右膨润土的球团的干球强度标准。可是，无论是天然的高分子还是人工组成的化合物，对其内部构造研讨还较浅薄。工业上需求更多的高分子化合物的理论知识来指导生产，所以这一方面的研讨亟待深入研发。传统的无机粘合剂如膨润土、水玻璃、硼酸盐等，可以作为有效的粘合剂，有助于球团的成型，但会使除尘灰中的有害元素增加，铁的品味降低，球团的冶金性能变差，甚至造成环境的二次污染

11、。有机粘合剂如淀粉、纤维素、腐殖酸钠、煤焦油、丙烯酰胺等在球团焙烧过程中被挥发或燃烧分解，对球团的铁品味有利，但是价格高，抗温性能差，球团在高温炉中易爆，危害高炉安全，影响冶炼效率，无法满足正常使用要求。所以复合粘合剂的研发就能满以上两点的不足。目前，大家都能明白复合粘合剂的优势，但是合适的性价比高的粘合剂还很少，所以合适的原料、恰当的配在研发复合粘合剂时至关重要。3、粘合剂在除尘灰球团生产中的应用除尘灰目前在钢铁行业循环利用常用方法是：返回原料场进行重新造块，如冷压球团法。首先将粉尘配加还原剂（煤粉）、黏结剂等进行造球，造好的具有一定强度的生球经烘干机烘干后生球的水分降低至3%以下，然后将烘

12、干的生球通过振动布料机均匀布置在转底炉内，转底炉内温度控制在1100-1300C,球团在炉内发生直接还原反应。目前，根据原料成分、设备情况不同，河南建杰实业有限公司经过长期的实验研制出了适合各种钢铁除尘灰成型的粘合剂。克服了传统粘合剂的缺点，具有适用性强，性价比高等特点。3.1 粘合剂的种类和使用情况根据除尘灰原料的性质不同可分为两种：矿粉粘合剂KF01和矿粉粘合剂KF02。3.2 矿粉粘合剂KF01矿粉粘合剂KF01:该产品以预糊化淀粉为主料，加入膨润土、增粘剂、增强剂、改性剂、抗高温等原料，通过一系列工艺生产而成的复合粘合剂。具有较强的粘性、活性和吸附性，又有一定抗高温防爆性能。因为它独有

13、的特性，在球团生产中效果非常好，既可取得高的生球强度，也不会降低球团矿的品位，经济实用。3.2.1 矿粉粘合剂KF01的适用性钢铁企业所产生的除尘灰具有粒度细、含铁量高、含氧化钙高是其主要特征。高炉除尘灰含铁量一般在20-30%之间，含氧化钙3-5%o转炉除尘灰含铁量50%以上，粒度细(大概在5000目左右)，比表面积大，同时含有大量的CaO(10%左右)等碱性氧化物。下面是一些钢铁厂除尘灰中成分含量分析表，如表2。表2名称TFeCaOSiO2MgOCAl2O3局炉灰24.23.52.04.233.31.9转炉灰60.710.54.42.51.61.7从除尘灰的成分上看都含有生石灰(CaO),

14、生石灰遇水发生反应生成氢氧化钙。该反应一方面放出大量热，同时体积会发生膨胀(1.5到2.5倍)。所以在造球前必须经加水浸润、充分消解，否则成品冷压球极易粉化，影响造球强度，甚至无法成球。对含活性较高CaO、MgO的一次粗灰在成球前用水消解，加水量为矿粉质量的1820%,隔绝空气密闭6小时以上。彻底情况需要24小时。因此矿粉粘合剂KF01在含有氧化钙的除尘灰中应用时，首先要对原料进行彻底消解。然后按照正常的工艺上机成型。同时该产品作为普适产品，还可以应用于返矿(钢渣)、除尘灰(所含灰钙已经消解或不含灰钙卜含铁污泥、氧化铁皮、OG泥、铁砂、铁矿粉等各类炼钢回收料中。3.2.2 矿粉粘合剂KF01的

15、应用特点(1)成球率高达96%;初始强度好，2米自由落体不碎；干燥后单个球体抗压强度200N。(2)不增加灰分，不降低热值，不降低品位；粘结力强，成型效果好，外观均匀美观。(3)各项指标均符合钢厂要求。(4)绿色环保：主要原料长绒棉，加酸、碱等化学试剂，经一系列复杂的化学反应而成，另掺有部分无机粘合剂。均为绿色环保材料。不影响产品品质，对人体安全无害，对环境友好3.2.3使用方法和加量(1)粘合剂均匀加入物料中，物料与粘合剂的比例要根据物料成分、粒度、比表面积来决定，一般加量为2-3%。(2)将物料润湿，视物料湿度情况喷洒适量水。(3)搅拌均匀后，手握成团，即可压球。3.3矿粉粘合剂KF02除

16、尘灰中的活性氧化钙若事先不进行消解，严重影响后期的球团的成型率和冷强度，甚至出现分现象。但是一些厂家觉得提前消解会增加生产成本和延长生产时间等。因此对除尘灰不消解的情况下，冷压球团的出现分化和强度不足的情况，河南建杰实业有限公司研制出了一款新型粘合剂KF02。3.3.1 矿粉粘合剂KF02抗氧化钙吸水膨胀崩解的机理除尘灰中氧化钙吸水膨胀1.52.5倍，是问题的关键；只有阻止了这种膨胀才能解决崩解问题；河南建杰实业有限公司的工程师，通过对各种原料成分分析，从根本上解决问题，研制出了环保粘合剂KF02。KF02工作原理：KF02是一种复合粘合剂，其中的主要成分是AY和BY。BY本身可以水合固化，该

17、成分在另外一种成分的AY存在下，一方面改变PH值增溶，一方面AY解离出来的A金属离子在溶液中水解，离子运动加剧再次促进溶解，同时，AY酸根离子迅速地与氧化钙反应，使得氧化物直接中和，形成能够进行进一步硬化的中间体CaY2（事实上是跟别的成分交织在一起），该中间体较之氧化钙体积迅速缩小，与本身氧化钙吸水体积增大正好相反；加上BY的迅速溶解及A金属离子快速脱离系统，加速平衡右移，有效地抵消了氧化钙消解膨胀的效果，该中间体在二氧化碳的存在下，仍然可以生成碳酸钙固化，且其品格与水合固化的BY,SY,CaY2,FeY3等交织在一起形成巨大的晶格网络：CaO+2H+Y-CaY2+H2OCaY2+CO2+H

18、2OCaCO3+2HY上述形成的酸性环境与氧化钙的碱性环境相互抵消，而溶解的SO与CaO形成一层膜，又对CaO的水化过程进行阻隔，使得固化收缩作用成为主要作用，而直接绕开了氧化钙消解膨胀的环节，从氧化钙直接固化成碳酸钙与其他成分的综合品格。3.3.2 适用范围用以在含有未消解氧化钙的除尘灰中使用，可有效抵消氧化钙遇水消解膨胀，造成制品龟裂崩解粉化的现象。该粘合剂也可用于其他含氧化钙场合（如建材等需要消解的材料中），也可在不含氧化钙物料中作为正常粘合剂使用。3.3.3 应用特点用在含未消解氧化钙45%以下的除尘灰制球中，有效抵消氧化钙遇水消解膨胀，抗压强度达到100kg以上（随除尘灰组成有一定变化，最低有效加量下，最低干强度不低于50kg）产品有可以长时间（数月）对抗消解膨胀，不产生强度降低及崩解现象；事实上，当加入足够量的KF02,用含未消解氧化钙很高（高达45%）的除尘灰制出的球，放置一年仍没有任何崩解迹象，抗压强度达到并保有100kg以上。3.3.4 使用方法和加量添加量5-10%）,用喂料机或直接加在除尘灰中，混匀后加水搅拌均匀即可压球。3.3.5 注意事项该产品加水量比其他粘合剂加水量略少（以手抓成团搓揉可散为