生物降氮铁矿抑尘剂及其制备方法与流程

本发明涉及抑尘剂领域。更具体地说，本发明涉及一种生物降氮抑尘剂及其制备方法。

背景技术：

我国是全球最大的钢铁生产大国，而且都是铁矿石到高炉冶炼的长流程工艺，消耗多达十几亿吨的铁矿石。如此巨量铁矿石在运输、堆放、装卸过程中，容易产生大量粉尘，污染环境、恶化工作场地及周边的空气质量。势必需要对铁矿，特别是精矿粉进行防尘抑尘操作。

现有技术中精铁矿粉抑尘剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成，聚合物中的交联度分子形成网状结构，分子间具有各种离子集团，由于电荷密度大，与离子之间产生较强的亲合力，并通过凝并，黏结等作用能迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，干燥后能在粉尘表面固化成膜，因而具有很强的抑尘、防尘的作用，但是多功能高分子聚合物一般都为化学材料，且降解速度慢，如果运用在铁矿中，甚至在铁矿烧结过程中产生大量污染的废气，对环境不友好，另一方面现有的抑尘剂功能比较单一，不能辅助产生其他有益效果，在铁矿烧结过程中，氮氧化物的排放是导致环境污染的重要原因之一，因此需要一种多功能的抑尘剂，既能保证较快的成膜速度，且原料环保能够生物降解，又能有效抑制铁矿烧结过程中的氮氧化物排放，起到环保的效果。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决现有抑尘剂不易降解，成膜速度慢，不能有效抑制铁矿烧结过程中氮氧化物排放的问题，提供了一种生物降氮铁矿抑尘剂及其制备方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括：以重量份计的生物质材料160-200份、琼脂20-30份、麦芽糊精10份、水600-1000份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑60-80份、稻谷皮20-40份、秸秆10-20份、柚子皮5-8份、菠萝皮5-8份、玉米浆0.1-0.5份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇1-2份、水20-30份，混合发酵制成。

优选的是，具体的重量份数为生物质材料为186份、琼脂22份、麦芽糖糊精10份、水800份。

本发明还提供了一种生物降氮铁矿抑尘剂的制备方法，具体步骤为：

s1、生物质材料的制备，具体方法为，将上述重量份计的木屑、稻谷皮、秸秆、柚子皮、菠萝皮、玉米浆、木醋杆菌，酵母菌、乙醇、水混合均匀，在28-35℃，ph为5-7的条件下，发酵24-40h得到生物质材料；

s2、取上述重量份计的琼脂20-30份和麦芽糊精10份，以200-600r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间为30-50min，搅拌均匀后，加入上述重量份四分之三的生物质材料、加入上述重量份三分之一的水，搅拌放置3-5h，得到半发酵组分a；

s3、将剩余的四分之一重量份的生物质材料和剩余的三分之二重量份的水混合搅拌均匀，得生物质材料稀释液，将s2中得到的半发酵组分a加入至生物质材料稀释液中，的生物降氮铁矿抑尘剂。

优选的是，在s3之后还包括s4，s4具体为：向所述生物降氮铁矿抑尘剂中还添加有重量份计的碳酸钙20-30份。

优选的是，s1中生物质材料的制备采用一种发酵装置，包括：

壳体，其竖直设置，所述壳体包括一体成型的圆筒状第一部分和倒圆锥状第二部分，所述第一部分的顶面设有进料口，所述第二部分的锥形侧壁上设有出料口；

分隔板，其水平固接于所述第一部分的内壁，以将所述壳体分隔为上粉碎室和下发酵室，所述分隔板上设有第一通孔作为所述发酵室的进料处；

粉碎组件，其设置在所述上粉碎室内，所述粉碎组件包括：

球壳，所述球壳为刚性材料制成，所述球壳靠近其顶部处设有与进料口连通的第二通孔、靠近其底部设有第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔通过导料管连通；

菌剂导管，其水平设置且与所述导料管的侧壁相连同，所述菌剂导管穿过所述粉碎室的侧壁与一挂设在所述壳体外壁的菌剂罐底部连通；

转杆，其竖直设置在所述球壳内，所述转杆穿过设置在所述球壳顶部的第四通孔与设置在所述粉碎室内的第一电机同轴相连，所述转杆上从上之下依次同轴设有圆形刀片、10目的圆形筛网、螺片；

其中，所述筛网的面积略小于所述筛网所在高度的球壳的水平截面积，所述筛网不与所述球壳接触，所述筛网上还设有与所述转杆同轴的竖直圆柱状筛网筒，所述筛网筒为5目的网状结构，所述筛网筒的直径略大于所述圆形刀片，所述筛网筒上方靠近所述球壳，但不与所述球壳接触，且所述第二通孔位于所述筛网筒和所述转杆之间，所述筛网筒与所述球壳间设有多个活动的刚性小球；发酵组件，包括：

第二电机，其位于所述发酵室外底部中心处，所述第二电机的输出轴穿过设置在所述发酵室底部中心的第五通孔伸入发酵室内；

搅拌杆，其竖直设置在所述发酵室内，所述搅拌杆的一端与所述第二电机的输出轴同轴连接，所述搅拌杆的另一端与所述分隔板转动连接，所述搅拌杆上沿轴向间隔均匀的固接有多个搅拌叶，所述搅拌杆的同一周向上均匀设置有朝向不同的三个搅拌叶，所述搅拌叶为菱形板体，所述搅拌叶板面竖直，所述搅拌叶的自由端在连接端上部；

通气管，其竖直设置且下端封闭的管体，所述通气管通过设置在所述搅拌杆上端面与所述搅拌杆同轴向圆柱形的深槽被包设在所述搅拌杆内，所述深槽与所述通气管等大，所述通气管的长度略小于所述搅拌杆，所述通气管管壁与所述搅拌杆外壁之间贯通设有多个通气孔，所述通气孔位于所述搅拌叶与所述搅拌杆连接处的下部，所述通气管上端穿过所述分隔板与一水平且沿所述分隔板上板面设置的导气管的一端连通，所述导气管另一端穿出所述壳体与一热风机连通，所述发酵室侧壁靠近所述分隔板处还开设有排气口，所述排气口处设置有气体过滤网，使所述发酵室与外界连通。

优选的是，所述发酵室底部靠近侧壁的边沿与一透明的l形管连通，所述l形管与所述发酵室形成连通器结构，所述l形管的高度与所述发酵室的高度相等，所述l形管的未封闭口处设置有活性炭过滤器。

优选的是，所述粉碎组件中的刚性小球外壁上设有多个凸起。

生物降氮铁矿抑尘剂的使用方法，将所述铁矿抑尘剂与25％wt酒精溶液按照质量份数比1:3的比例进行稀释，将稀释后的铁矿抑尘剂喷洒到铁矿堆的表面，按照每平方米喷洒150ml的比例，采用抑尘剂喷洒车进行喷洒抑尘。

本发明至少包括以下有益效果：。

1、采用木屑、稻谷皮、秸秆、柚子皮、菠萝皮、玉米浆等生物质作为原料经过微生物发酵得到粘性适宜，聚合度高的木质纤维素和生物纤维素生物质材料，采用生物质材料辅以琼脂等制得了成膜速度块，生物降解率高的环保抑尘剂。

2、通过喷洒本发明的抑尘剂一方面能够有效抑尘，另一方面在铁矿后续的烧结过程中，生物质材料燃烧产生的co、h2、co2、ch4等能够有效还原铁矿烧结产生的氮氧化合物，降低氮氧化合物的排放量，起到保护环境的效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述发酵装置的正面结构示意图；

图2为本发明所述发酵装置发酵室的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

<实施例1>

一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括以重量份计的生物质材料160份、琼脂20份、麦芽糊精10份、水600份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑60份、稻谷皮20份、秸秆10份、柚子皮5份、菠萝皮5份、玉米浆0.1份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇1份、水20份，混合发酵制成。

<实施例2>

一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括以重量份计的生物质材料186份、琼脂22份、麦芽糊精10份、水800份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑66份、稻谷皮32份、秸秆16份、柚子皮6份、菠萝皮6份、玉米浆0.4份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇1.5份、水26份，混合发酵制成。

<实施例3>

一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括以重量份计的生物质材料200份、琼脂30份、麦芽糊精10份、水1000份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑80份、稻谷皮40份、秸秆20份、柚子皮8份、菠萝皮8份、玉米浆0.5份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇2份、水30份，混合发酵制成。

<实施例4>

一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括以重量份计的生物质材料200份、琼脂30份、麦芽糊精10份、水1000份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑80份、稻谷皮40份、秸秆20份、柚子皮8份、菠萝皮8份、玉米浆0.5份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇2份、水30份，混合发酵制成；

本实施例所述生物降氮铁矿抑尘剂的制备方法，具体步骤为：

s1、生物质材料的制备，具体方法为，将上述重量份计的木屑、稻谷皮、秸秆、柚子皮、菠萝皮、玉米浆、木醋杆菌，酵母菌、乙醇、水混合均匀，在28℃，ph为5-7的条件下，发酵24h得到生物质材料；

s2、取上述重量份计的琼脂和麦芽糊精10份，以200r/min的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间为30min，搅拌均匀后，加入上述重量份四分之三的生物质材料、加入上述重量份三分之一的水，搅拌放置3h，得到半发酵组分a；

s3、将剩余的四分之一重量份的生物质材料和剩余的三分之二重量份的水混合搅拌均匀，得生物质材料稀释液，将s2中得到的半发酵组分a加入至生物质材料稀释液中，的生物降氮铁矿抑尘剂。

<实施例5>

一种生物降氮铁矿抑尘剂，包括以重量份计的生物质材料200份、琼脂30份、麦芽糊精10份、水1000份；

其中，所述生物质材料由：按重量份计的木屑80份、稻谷皮40份、秸秆20份、柚子皮8份、菠萝皮8份、玉米浆0.5份、木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇2份、水30份，混合发酵制成；

本实施例所述生物降氮铁矿抑尘剂的制备方法与实施例4相同，在s3之后还包括s4，s4具体为：向所述生物降氮铁矿抑尘剂中还添加有重量份计的碳酸钙20-30份。

<实施例6>

本实施例所述生物降氮铁矿抑尘剂的配方和制备方法与实施例4相同，本实施例在制备过程中，s1中生物质材料的制备采用一种发酵装置，如图1～图2所示，包括：

壳体1，其竖直设置，所述壳体1包括一体成型的圆筒状第一部分和倒圆锥状第二部分，所述第一部分的顶面设有进料口，所述第二部分的锥形侧壁上设有出料口14；

分隔板，其水平固接于所述第一部分的内壁，以将所述壳体1分隔为上粉碎室和下发酵室，所述分隔板上设有第一通孔作为所述发酵室的进料处；

粉碎组件，其设置在所述上粉碎室内，所述粉碎组件包括：

球壳2，所述球壳2为刚性材料制成，所述球壳2靠近其顶部处设有与进料口连通的第二通孔、靠近其底部设有第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔通过导料管10连通；

菌剂导管19，其水平设置且与所述导料管10的侧壁相连同，所述菌剂导管19穿过所述粉碎室的侧壁与一挂设在所述壳体1外壁的菌剂罐11底部连通；

转杆3，其竖直设置在所述球壳2内，所述转杆3穿过设置在所述球壳2顶部的第四通孔与设置在所述粉碎室内的第一电机9同轴相连，所述转杆3上从上之下依次同轴设有圆形刀片6、10目的圆形筛网4、螺片7，所述螺片7与现有技术中绞龙叶片相似，以适应所述球体内的形状，用来输送和搅拌发酵用的生物质原料；

其中，所述筛网4的面积略小于所述筛网4所在高度的球壳2的水平截面积，所述筛网4不与所述球壳2接触，所述筛网上还设有与所述转杆3同轴的竖直圆柱状筛网筒5，所述筛网筒5为5目的网状结构，所述筛网筒5的直径略大于所述圆形刀片6，所述筛网筒5上方靠近所述球壳2，但不与所述球壳2接触，且所述第二通孔位于所述筛网筒5和所述转杆3之间，所述筛网筒5与所述球壳2间设有多个活动的刚性小球8；

发酵组件，包括：

第二电机15，其位于所述发酵室外底部中心处，所述第二电机15的输出轴穿过设置在所述发酵室底部中心的第五通孔伸入发酵室内；

搅拌杆，其竖直设置在所述发酵室内，所述搅拌杆的一端与所述第二电机15的输出轴同轴连接，所述搅拌杆的另一端与所述分隔板转动连接，所述搅拌杆上沿轴向间隔均匀的固接有多个搅拌叶12，所述搅拌杆的同一周向上均匀设置有朝向不同的三个搅拌叶12，所述搅拌叶12为菱形板体，所述搅拌叶12板面竖直，所述搅拌叶12的自由端在连接端上部；

通气管13，其竖直设置且下端封闭的管体，所述通气管13通过设置在所述搅拌杆上端面与所述搅拌杆同轴向圆柱形的深槽被包设在所述搅拌杆内，所述深槽与所述通气管13等大，所述通气管13的长度略小于所述搅拌杆，所述通气管13管壁与所述搅拌杆外壁之间贯通设有多个通气孔，所述通气孔位于所述搅拌叶12与所述搅拌杆连接处的下部，所述通气管13上端穿过所述分隔板与一水平且沿所述分隔板上板面设置的导气管的一端连通，所述导气管另一端穿出所述壳体1与一热风机18连通，所述发酵室侧壁靠近所述分隔板处还开设有排气口17，所述排气口17处设置有气体过滤网，使所述发酵室与外界连通。

在另外一种技术方案中，发酵室底部靠近侧壁的边沿与一透明的l形管16连通，所述l形管16与所述发酵室形成连通器结构，所述l形管的高度与所述发酵室的高度相等，所述l形管的未封闭口处设置有活性炭过滤器，采用此技术方案，能够及时监测发酵进程，节约发酵时间，提高整体发酵效率，使得到的抑尘剂的降氮能力和抑尘效果达到最大化。

在另一技术方案中，所述粉碎组件中的刚性小球8外壁上设有多个凸起，采用此技术方案，通过在刚性小球上设置多个凸起，可以使得发酵原料研磨更充分，能够有效降低发酵时间。

具体使用方法为，将上述生物质材料木屑80份、稻谷皮40份、秸秆20份、柚子皮8份、菠萝皮8份、玉米浆0.5份以及20份的水从进料口加入，同时打开第一电机9，使得原料充分粉碎均匀，待导料管10中有物料输送时将木醋杆菌0.05份，酵母菌0.08份、乙醇2份、水10份配成菌剂放入菌剂罐中进行菌剂的加入工作，待所述物料都进入发酵室后，打开热风机进行鼓风，然后打开第二电机15进行缓慢的搅拌，使得菌剂和生物质材料进行充分的混合和发酵，可从发酵室侧壁的l形管16观察到具体的发酵进程，大约3-5个小时左右发现有一半的原料已经进了发酵且生物质材料的粘性也足够时，得到发酵好的适用于做抑尘剂的生物质材料。

使用相同的原料制备生物降氮铁矿抑尘剂，本实施例通过使用上述发酵装置，将原本的24h发酵时间缩短至5个小时内，大大提高了生物降氮铁矿抑尘剂的制备效率，并且使用上述发酵装置得到的生物质材料粒径更均匀，使得生物降氮铁矿抑尘剂在喷洒过程中能均匀覆盖在矿粉表面，既不堵塞喷洒抑尘剂的机器，也使得抑尘剂的使用效果更佳，其次，在所述发酵装置上还设有透明的l形管，能够准确的判断发酵的程度，严格控制发酵的时间，保证得到的生物质材料中生物纤维素和木质纤维素的平衡，能够使得到的抑尘剂既具有良好的抑尘效果也对于铁矿烧结的氮氧化合物的排放控制量能够有效进行控制。

使用方法：

按照实施例6的方法进行制备得到生物降氮铁矿抑尘剂，将所述生物降氮铁矿抑尘剂与25％wt酒精溶液按照质量份数比1:3的比例进行稀释；

具体的喷洒方式为：

喷洒矿堆：

将稀释后的生物降氮铁矿抑尘剂喷洒到铁矿堆的表面，按照每平方米喷洒150ml的比例，采用抑尘剂喷洒车进行喷洒抑尘。

喷洒后1个小时左右，可以明显观察到铁矿堆表面形成一层薄膜，将铁矿堆翻搅，发现铁矿堆表面以下8-10cm左右，铁矿粉均板结成块状，无粉末，且空气中无漂浮的铁矿粉，此外，若铁矿堆需要长期堆积，则仅需每一个月按照第一次喷洒的方式进行喷洒，喷洒一次即可。

喷洒过生物降氮铁矿抑尘剂的铁矿表面形成的薄膜能有效阻挡空气中的氧气对铁矿粉的侵蚀，使铁矿粉流失减少，当铁矿堆很高时，可以先向铁矿堆喷洒自来水，按照每平方米300ml的比例进行喷洒，再喷洒实施例6所制备的抑尘剂的稀释液，得到的铁矿堆表面以下14-16cm处为泥浆状，0-14cm左右处为板结块状，达到良好的抑尘效果。

喷洒铁矿粉料：

将稀释后的生物降氮铁矿抑尘剂与铁矿粉进行翻拌，按照每1kg铁矿粉喷洒100ml铁矿抑尘剂稀释液，不停搅拌30min，得到铁矿板结块状物。

降氮的效果：

由于本发明抑尘的原理是因为本发明的生物降氮铁矿抑尘剂为新型多功能高分子聚合物，聚合物中的交联度分子形成网状结构，分子间具有各种离子集团，由于电荷密度大，与离子之间产生较强的亲合力，并通过凝并，黏结等作用能迅速捕捉并将带电子的铁矿粉末牢牢吸附，干燥后能在铁矿粉表面固化成膜，因而具有很强的抑尘、防尘的作用，对于煤炭堆的抑尘而言，由于煤炭粉尘之间的极性没有铁矿粉大，因此本发明抑尘剂对于铁矿粉的抑尘效果远远大于煤炭等其他粉尘。

喷洒本发明所述的生物降氮铁矿抑尘剂后，可以明显发现铁矿在烧结后产生的气体中，氮氧化合物的含量明显降低。

<对比例>

市场上售卖的一种高分子材料抑尘剂，其包括以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液20份、丙烯酸酯10份、丙烯酸羟基酯6份、乳化剂3份、水100份。

<抑尘剂保成膜性和生物降解性测试>

成膜性，是衡量喷洒抑尘剂溶液或其它液体之后矿体表面固结成膜能力的性能指标：喷洒抑尘剂溶液或其它液体之后，如果粉体表面能够固结成膜形成块体，有效避免二次扬尘，则表示该溶液或者液体的成膜性为优，如果粉体表面有部分结块的则表示该溶液或者液体成膜性为良，如果粉体表面仍为松散的则表示该溶液或者液体成膜性为差。

取矿场内1kg铁矿10目及以下共7份，烘干，取实施例1-6和对比例的抑尘剂分别进行成膜性测试，即取抑尘剂各150ml，用水稀释3倍后喷洒在所述矿堆表面，得到时间和性能依赖表，见表1。

表1

实施例1-6相对于对比例均能较快的成膜，且实施例4-6的抑尘剂能够在1个小时内达到较高的成膜水平，而实施例1-3虽然也能成膜但是由于未能将原料进行有效的处理，因此达不到特别优异的水平，但也能基本达到现有技术的程度。

生物降解实验

1、试验方法：gb/t21856-2008化学品快速降解性二氧化碳产生实验。

2、实验材料：样品：实施例4、实施例6、对比例的抑尘剂。接种物：取相同地方的不通地表0-10cm处土壤，土样经混匀、除杂后，用去离子水浸泡取上清液。

3、实验结果：计算30天生物降解率为：

表2

<抑尘剂使用后的铁矿烧结指标及nox减排量>

(1)首先去相同重量的铁矿，分为四组，实施例4、实施例6、对比例和空白，分别喷洒相同质量的抑尘剂，空白组喷洒等质量的水，按照每1kg矿料150ml抑尘剂稀释3倍后均匀喷洒。

(2)等待2h后，将所述矿料进行常规制粒后进行布料、点火、烧结。

表3

由于实施例较多，因此仅选用优异的实施例4和实施例6作为代表进行表述，测试烧结指标和nox减排量如表3所示，在喷洒本发明所述抑尘剂后铁矿烧结过程中的的nox排放量明显减少，原因可能是本发明所述的生物降氮抑尘剂是采用生物质作为主要原料，而生物质能够作为优质高效的燃料，生物质燃烧后主要成分是co、h2、co2、ch4等，这些成分能够有效对铁矿烧结过程中产生的nox进行还原；

本发明主要采用生物质材料作为原料，而生物质材料由具有高聚合度的生物纤维素和木质纤维素的混合物通过微生物发酵制得，一方面通过微生物发酵使得各组分之间粘度上升，另一方面未发酵完全的生物质材料可以在铁矿烧结中还原nox，起到控制氮排放的作用，使得环境得到有效的保护。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里出与描述的图例。