用于精细矿物的聚集的粘结剂组合物和使用其的粒化方法
【专利说明】用于精细矿物的聚集的粘结剂组合物和使用其的粒化方法
[0001] 本申请是申请日为2012年7月3日、申请号为201280034064. 2、发明名称为"用 于精细矿物的聚集的粘结剂组合物和使用其的粒化方法"的发明专利申请的分案申请。 发明领域
[0002] 粒化是用于将主要为铁矿石的精细矿物部分转变成待进料至鼓风炉和直接还原 反应器的合适产物（丸粒）的标准聚集方法。本发明描述了包含胶体试剂和合成聚合物的 粘结剂组合物的用途。评估经干燥和烧制的生丸粒的抗压强度并且结果表明比单独使用的 复合物更佳的性能。本发明还提供使用粘结剂组合物的粒化方法。
[0003] 发明背景
[0004] 为了变得商业可用，通常在鼓风炉中还原加工之前精选和粒化低品位矿石。在米 矿工业中常见的是制备矿物聚集物或粒化精细研磨的矿石。考虑到铁精矿，至鼓风炉的进 料应形成允许气体以高速率均匀流过的可渗透的矿物床。
[0005] 包含精细颗粒的粉末化铁精矿不适合作为进料，因为细粉（即例如通过过筛测量 的粒度为〇. 01至〇. 3_的精细矿物颗粒）倾向于压实成不可渗透的床。此外，精细颗粒有 可能作为粉尘被高气体流速带入鼓风炉并且带入还原反应器的方向。因此必须将粉末化的 矿石聚集成较大颗粒，所述较大颗粒将改进炉进料的渗透性，增加还原速率和减少作为粉 尘从炉中吹出的原料的量。
[0006] 粒化是聚集技术，其中首先使粉末化的矿石形成"生"丸粒或球粒，随后将所述 "生"丸粒或球粒在第一单独步骤中干燥并且在第二单独步骤中硬化，所述两个步骤通常通 过加热进行。生丸粒通过组合潮湿矿石和粘结剂并且使用粒化盘或粒化鼓将其旋转成球粒 而制得。然后将丸粒随后干燥、预热，并且最终烧制至大于l〇〇〇°C，优选1200至1400°C，特 别是1350°C，从而通过烧结使其硬化。该温度低于氧化铁的熔点，并且丸粒通过水合精细矿 石的再结晶而硬化。精细矿石通过粘结剂体系分散在颗粒晶界之间。
[0007] 粒化方法需要将粘结剂添加至矿石从而适当地操作。合适的粘结剂类型和剂量的 选择对于生产高品质丸粒至关重要。粘结剂在铁矿石粒化中实现非常重要的功能。
[0008] 粘结剂使得潮湿矿石具有塑性，从而使以受控速率生长的晶种成核成良好形状的 丸粒。在干燥的过程中，粘结剂将颗粒在聚集物中保持在一起同时除去水并且连续将它们 粘结在一起直至丸粒燃烧至烧结。
[0009] 通过粘结剂实现这些功能同时不造成矿石污染或烧结问题的良好程度确定粘结 剂的适用性。
[0010] 丸粒强度取决于由粘结剂产生的结合的类型。结合类型可以分成毛细力、范德华 结合和粘附和内聚力。毛细力强但是不足以为制得的丸粒赋予足够的丸粒强度。范德华结 合极弱，并且对于为制得的丸粒赋予足够的丸粒强度来说是次要的。
[0011] 因此有必要使用施加粘附和内聚力从而为制得的丸粒赋予足够的丸粒强度的粘 结剂。粘附和内聚力在本说明书中也被称为黏聚力。当存在水分（水）时，在固体颗粒之 间产生粘附和黏聚力。除了水之外，粘结剂的存在是必要的，从而在高于1000°c的温度下烧 制丸粒之后也维持粘附和黏聚力。这样的粘结剂例如为粘土矿物或钙化合物，其粘结提供 形成丸粒所需强度的固体颗粒。
[0012] 粘土矿物是在铁矿石粒化中最频繁使用的粘结剂。粘土矿物的主要优点在于其良 好的润湿性，其大的粘附和黏聚力（所述大的粘附和黏聚力提供制成的丸粒的足够的机械 稳定性），及其热稳定性。粘土和其它基于硅酸盐矿物的粘结剂的主要缺点在于它们增加制 成的丸粒中的二氧化硅含量。这引起了对开发包含少量或不包含二氧化硅的粘结剂的持续 关注。
[0013] 钙化合物以及粘土矿物可以在铁矿石粒化中用作粘结剂。钙粘结剂的优点在于通 过黏聚力增加丸粒的机械稳定性并且存在积极的冶金效果。CaO(氧化钙）在被称为水合的 反应中与水反应从而产生熟石灰。
[0014] 该反应为放热的并且熟石灰的体积几乎为CaO体积的三倍。水合过程必须在与矿 石混合之前完成。否则，如果氧化钙在粒化过程中水合，由于体积膨胀将引起对丸粒结构的 破坏。
[0015] 有机粘结剂的优点在于它们是高效的，可以特别旨在用于粘结特定类型的颗粒， 具有高度可再生特性，并且不增加二氧化硅含量。研究表明，除了矿石细粉的分散增加之 外，由有机粘结剂造成的粉末颗粒之间的天然粘结的改进归因于其对精矿表面上的润湿性 的增加的效果。有机粘结剂为细粉的分散剂。当使用有机粘结剂时，细粉的分散程度的增 加通过填充固体颗粒之间的空隙从而造成丸粒强度的增加，所述固体颗粒形成具有更好精 整的丸粒而在颗粒表面和丸粒表面上无细粉粉尘。
[0016] 有机粘结剂在烧结过程中烧尽因此造成制成的丸粒的微孔性的增加。
[0017] US-4684549公开了通过添加粘结剂制备铁矿石丸粒的方法，所述粘结剂包含丙烯 酸钠和丙烯酰胺的有机聚合物或共聚物。
[0018] US-4728537公开了有机聚合物粘结剂，例如来自二烯丙基二甲基氯化铵和季铵化 二烷基氨基烷基（甲基）丙烯酸酯和季铵化二烷基氨基烷基（甲基）丙烯酰胺的阳离子聚 合物。
[0019] US-4767449涉及包括双组分粘结剂体系的聚集方法，第一组分为粘结聚合物且第 二组分为粘土。聚合物或共聚物为源自丙烯酰胺、丙烯酸钠、乙酸乙烯酯和聚（氧化乙烯） 的单体单元的衍生物。聚合物也可以是多糖，例如羧甲基纤维素、瓜尔胶和羟乙基纤维素。
[0020] US-5294250公开了不含自熔性粘土的粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含选自 合成或天然镁矿物和/或钙矿物（方解石、橄榄石、菱镁矿和白云石）的载体和一种由高粘 度天然多糖（瓜尔胶）组成的有机增强剂的掺合物。
[0021] US-5306327公开了用于粒化颗粒矿物的粘结剂。所述粘结剂包含（1)改性原淀粉 和（2)水可分散聚合物。所述聚合物包括木质素磺酸盐、丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物、 纤维素衍生物、天然树胶、瓜尔胶和果胶。
[0022] US-5698007公开了在两个步骤中聚集颗粒材料的方法：（1)用氢氧根离子的粘结 剂源预处理矿物，和（2)混合经预处理的材料与水溶性聚合物。氢氧根离子源可以为氢氧 化钠、氢氧化钙、氢氧化钡和氢氧化镁。水溶性聚合物包括瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、羧甲基瓜 尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、改性淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、预胶凝化 淀粉、藻酸盐、果胶、聚丙烯酰胺及其衍生物、聚丙烯酸酯及其共聚物、聚氧化乙烯、纤维素 衍生物、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基二 羟丙基纤维素、黄原胶、乳制品废物、木材相关产品和木质素。
[0023] US-2002/0035188公开了用于聚集颗粒材料的方法，包括两个步骤：(A)使颗粒材 料的表面为柠檬酸钠、丙烯酸酯分散剂、单羧酸或多羧酸的其它盐、磷酸盐、非离子型水溶 性聚合物、瓜尔胶、淀粉、非离子型聚丙烯酰胺/丙烯酸酯、非离子型纤维素、甲基/乙基纤 维素、碳酸钠、苛性钠、乙二胺四乙酸四钠、醚掩蔽剂、草酸盐或其混合物；(B)向颗粒材料 中添加粘结有效量的聚合物粘结剂，所述聚合物粘结剂例如为瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、羧甲 基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、改性淀粉、淀粉衍生物、羧甲基淀粉、预胶 凝化淀粉、藻酸盐、果胶、聚丙烯酰胺及其衍生物、聚丙烯酸酯及其共聚物、聚氧化乙烯、纤 维素衍生物及其盐、羧甲基纤维素