铁矿粉团块生产方法和造块产品技术

本发明专利技术涉及一种用于生产耐搬运、耐运输且耐水的铁矿粉团块的方法。所述方法包括将铁矿粉与硅酸钠、纳米材料、催化剂、助熔剂和增塑剂混合；然后调节混合物的湿度；接着通过球团、压块或挤压对混合物造块；最后在室温下进行固化。所述方法无需能量输入进行热处理，可以生产具有高物理性能和高冶金性能的造块产品，以替代还原炉金属装料(包括烧结体)，并且不会排放二氧化碳(CO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁矿粉团块生产方法和造块产品
本专利技术涉及矿物冶金
，特别是涉及一种用于生产耐搬运、耐运输且耐水的铁矿粉团块的方法。该方法无需能量输入进行热处理，可以生产具有高物理性能和高冶金性能的造块产品，以替代还原炉金属装料(包括烧结体)，并且不会排放二氧化碳、二恶英、呋喃和硫氧化物等有害气体。
技术介绍
细粉颗粒回收需求推动了造块技术的发展，这不仅为该等颗粒提供了商业用途，而且最大程度地减少了由于细粉料或颗粒料生产带来的环境影响。造块方法最常见的应用是利用：●细粒矿石或精矿粉，从而避免对冶金炉填料的渗透性和气固反应条件造成破坏；●其他采矿-冶金方法的残渣或细粉副产品，从而以适当方式进行再利用或回收；以及●金属废物(铜、铁、钛)和其他材料(纸张、棉花、木材)，从而进行运输或回收。铁矿石造块作业旨在为待馈入还原炉的填料提供与该填料在高炉中的下行路径相适应的形状和力学强度，并且使气体通过填料进行渗透。在炼钢还原炉中用作填料的最常用铁矿石造块方法包括：烧结法、球团法和压块法。铁矿石烧结法通常将粒径范围在0.15mm～6.3mm之间的矿粉(被称为烧结料)转化为较大的团块(被称为烧结体)。烧结体的粒径范围在5mm～25mm之间，呈现出令人满意的物理、冶金和渗透性特征，有利于高炉的高效运行。烧结法基于主成分和助熔剂添加剂组成的混合物中各成分之间的初熔，促进颗粒物刚性联结和液相固化。除冷却外，铁矿石烧结分三个阶段进行：原料制备、点火和1300℃高温燃烧。烧结法通常规模庞大，需要对CAPEx进行大量投资。由于烧结体在搬运时粉化率较高，因此不适合远距离运输，特别是船运。这也正是烧结设备安装在客户高炉附近的原因之一。球团法是最新的造块方法，在某些铁矿石的磁铁矿精矿粉的使用需求下应运而生。铁矿石球团是通过使小于45μm的颗粒在圆盘或转鼓中造块形成8～16mm的球团而制成。待造块材料除了需要保持恒定湿度外，还必须有高比表面积(2,000cm2/g)。球团通常通过热处理硬化，然后用作高炉料或直接还原。硬化过程不仅资本成本高，而且能源消耗大。压块法包括在粘合剂的帮助下通过压缩手段对细粉颗粒造块，从而获得具有适当形状、尺寸和力学参数的压实产品。细粉颗粒和粘合剂的混合物经过压制，形成被称为压块的团块，该等压块必须具有足够强度，能够耐堆垛、进一步处理(固化、干燥或燃烧)、运输、搬运，而且可用于冶金反应器中。除了技术上的优势外，减小材料体积还使得细粉料的运输和储存更加经济。对环境问题的关注促使相关法律更为严苛，此外，对矿石加工中产生的残渣和细粉颗粒进行经济利用的需求也日益增加，而压块法能够为粉末料带来经济价值，这使得压块法成为粉末料造块的一种重要替代方法。当待造块材料因被压实而不再具有抗压缩性和抗冲击性时，在粘合剂的帮助下进行压块操作。通常采用较低压力值，以避免颗粒进一步破碎。然而，当不使用粘合剂制造压块时，该方法的成功与否取决于使颗粒尽可能靠近的研磨或塑性变形情况。在该等情况下，促使压实后的颗粒凝聚的力应当仅确保晶体间的距离尽可能小。通常使用水、石墨等润滑剂来减少操作中的摩擦。当造块物质为液态时，在压块过程中不必添加水。然后对细粉颗粒和粘合剂的混合物进行冷压或热压，得到压块。在压块过程中使用粘合剂意味着需要对压块进行固化处理。压块的固化过程包括颗粒和粘合剂之间发生的反应，该等反应将使团块具有所需的力学强度。该步骤可在室温、温室、干燥机(400℃)或烘箱中(1000℃以上)中进行。由于在传统固化工艺中，团块需要热输入以获得强度增益，所以与传统固化工艺相比，冷固结团块(即在室温下进行固化的团块)的工艺成本较低。现有技术提出了几种用于矿石的冷固结造块技术。这些技术主要使用水泥、砂浆、有机粘结剂和含碳残渣等粘合剂对矿石细粉颗粒进行造块。造块产品的物理强度是冶金反应器应用的主要质量要求之一，对生产率和工艺成本具有直接影响。纳米材料技术为粉矿造块带来了可能性。纳米材料起复合网的作用，为造块产品提供高力学强度等特性。例如，以ValeS.A.的名义申请的美国专利US8,999,032中说明了纳米碳管在提高铁矿、镍矿和锰矿造块力学强度中的应用。该专利技术还涉及一种制备造块矿的方法，该方法包括将纳米碳管分散在基体中形成混合物、球团、压块或挤压，以及在150～200℃温度下干燥团块。本专利申请所提出的专利技术与前述文献所揭示的专利技术的不同之处在于，本专利申请无需干燥步骤，而且采用不同的造块原料。前述文献没有使用催化剂和助熔剂。现有技术还包括与粉矿造块生产过程相关的其他出版物，如下所示。1848年，WilliamEasby在美国获得了第一个与粉煤压块相关的专利。该方法允许通过对任何类型的细粉煤施加压力来使其形成各种尺寸和形状的固体团块。该方法的步骤首先是将煤炭烘干，然后进行破碎和筛分。然后，将粉料与6％的熔融沥青混合，最后在辊压机上将混合物压制成固体团块。同样以ValeS.A.的名义申请的美国专利9,175,364公开了一种使用粒径小于0.150mm的矿粉与硅酸钠、木薯淀粉和微硅石的混合物造块的方法。造块过程在圆盘、球团转鼓或流化床炉中进行，并在该过程中加入水。最后在100～150℃温度下对团块进行干燥处理。本专利技术与前述文献所揭示的专利技术的不同之处在于，本专利申请无需干燥步骤，而且采用不同的造块原料。前述文献提出的专利技术有一个限制，即只能使用粒径小于0.150mm的粉矿，并且没有使用催化剂和助熔剂。以ValeS.A.和欧鲁普雷图联邦大学的名义提出的专利申请BR1020190095920涉及一种铁矿开采尾矿的再利用方法，该方法通过压实铁矿开采尾矿与铁矿粉和作为粘合剂的液体硅酸钠的混合物生产压块。压块在250～550℃温度下固化20～40分钟。本专利技术与前述文献所揭示的专利技术的不同之处在于，本专利申请无需干燥步骤，而且采用不同的造块原料。2002年以科学与工业研究理事会的名义提交的美国专利6,921,427涉及一种使用冶金用含铁矿物粘结剂对黑色或有色金属粉矿进行压块和冷固结球团的方法。该方法包括以下步骤：首先，将约80～95％的细料与3～10％的含铁矿物粘合剂混合，并可选地加入2～6％的水和0.05～0.20％的表面活化剂(三乙醇胺)，以形成均质干燥的混合物。然后，对混合物造块形成压实块，最后，通过暴露在大气中10至14小时进行3至20天的固化。在固化过程中，每隔12小时向暴露在大气中的团块喷洒一次水，以形成其耐寒性。该专利指出粘合剂通过在造块产品中的水化作用对形成耐寒性具有重要作用。粘合剂按重量计的化学成分包括：25～45％的FeO、40～60％的Cao+MgO以及12～18％的SiO2+Al-O。通过使用铁氧化物、金属和其他细粉矿物(如高炉、氧气顶吹转炉(BOF)和轧机中被油和煤、石灰、石灰石、白云石、纯橄榄岩、石英岩、煤和碳质材料污染的粉料和尘泥)的不同组合与含铁矿物粘合剂相混合，来进行了团状、块状和球状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产铁矿粉团块以替代还原炉金属装料的方法，其特征在于，包括以下步骤：/na)将纳米材料和催化剂与硅酸钠相混合，以制备粘合剂混合物；/nb)将所述步骤a)中1-5％的所述粘合剂混合物与70-100％的铁矿粉、0-30％的助熔剂粉和0-5％的增塑剂在强力混合机中混合；/nc)调节湿度，使得混合物中的重量含水量为0-30％；/nd)通过球团、压块或挤压进行造块；/ne)将团块保存在室温下2-10天进行固化；/n其中，采用以下剂量：/n纳米材料与硅酸钠的重量比为0.05～2％；以及/n催化剂与硅酸钠的重量比为0.05～5％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20191105 BR BR10201902319551.一种用于生产铁矿粉团块以替代还原炉金属装料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将纳米材料和催化剂与硅酸钠相混合，以制备粘合剂混合物；
b)将所述步骤a)中1-5％的所述粘合剂混合物与70-100％的铁矿粉、0-30％的助熔剂粉和0-5％的增塑剂在强力混合机中混合；
c)调节湿度，使得混合物中的重量含水量为0-30％；
d)通过球团、压块或挤压进行造块；
e)将团块保存在室温下2-10天进行固化；
其中，采用以下剂量：
纳米材料与硅酸钠的重量比为0.05～2％；以及
催化剂与硅酸钠的重量比为0.05～5％。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不使用化石燃料，无需能量输入进行热处理，不会排放二氧化碳、二恶英、呋喃和硫氧化物等有害气体。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中使用的纳米材料系由下列各物组成的群组中选出：纳米碳管、石墨片、官能化微硅酸盐、纳米硅管、卤素管、纳米碳纤维和石墨烯。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中使用的催化剂系由下列各物组成的群组中选出：焦磷酸钠、氢氧化镁、碳酸丙烯酯、碳酸甘油酯、氢氧化钙、氧化钙、三乙酸甘油酯、氯化铝、氢氧化铝、三醋素、二醋素和金属铝。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中使用的硅酸钠的SiO2/Na2O摩尔比为1.8～4.5，固体百分比为36～48％。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)中使用的铁矿粉的粒径小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·D·C·杜尔塔，V·G·德雷森迪，F·V·帕雷拉，
申请(专利权)人：淡水河谷公司，
类型：发明
国别省市：巴西;BR