本发明涉及在高炉中使用的处理过的铁烧结矿或生混合物（green mix）。更特别地，所述铁烧结矿或生混合物用化学处理剂涂覆。
发明背景
在典型的金属生产过程中，包括铁或钢生产过程，将金属矿石块进料到高炉中以加热所述矿石且由此将存在于所述矿石中的金属氧化物还原成金属。将所述金属矿石分层且用冶金焦炭加热，所述冶金焦炭还充当还原剂，由于其通过与空气的可控燃烧转化成一氧化碳。当焦炭燃烧时，所述金属氧化成熔融金属。矿石中的杂质（通常为二氧化硅和不合乎需要的金属氧化物）形成液体矿渣层，其可以在将熔融金属倾注之前除去。还可以加入粘结剂或助熔剂（例如石灰和钙）以助于矿渣形成。
所述金属矿石块可以作为“生混合物”进料到高炉中。在铁生产中，生混合物为用来描述用于生产铁烧结矿的含铁材料的技术术语。生混合物一般包含未加工的铁矿石粉末、铁烧结矿、铁粉、铁屑及回收铁粉和铁屑的组合。所述生混合物中还可以包含其他材料，例如焦炭、助熔剂和粘结剂。助熔剂可以包括白云石且粘结剂可以包括石灰。所述铁烧结矿本质上为包含未加工的矿石粉末、块和冶金废料的生混合物，将其加热熔融成在未加工的铁矿石的化学性质上几乎没有变化的多孔物质。所得产物或“烧结矿”通常为金属的不规则岩球，其经常被称为具有直径在约3-12mm范围内的“烧结球”。所述烧结矿可以进一步加工成丸料或煤球形式的较大块。烧结矿通过减少矿石粉末或屑的量来提高高炉的效率。矿石屑和粉末可以阻碍CO气体在整个高炉中的分布，增加燃料消耗，降低生产能力且降低金属产物的品质。
明显地，为了保持减少屑的优势，所述烧结矿在其输送或加载到高炉中时应当不易碎。另外，所述烧结矿通常为高炉中最大的承重层，因此其应当具有机械强度以经受重量而避免破碎回到粉末状态。在铁生产中，避免铁矿石的低温还原，因为这会提高屑形成且降低生铁的品质。因此，高品质烧结矿为不易碎的且在低于550℃的温度下抵抗还原。测量烧结矿品质的一项重要度量为还原粉化指数(“RDI”)。具有低RDI的烧结矿通常具有好的机械强度且在高于550℃的温度下还原。
发明概述
意料不到地发现用聚合铝（polyaluminum）处理剂处理铁烧结矿或生混合物产生在高于550℃温度下还原且具有良好的机械强度的铁烧结矿。因此，公开了用于处理铁烧结矿或生混合物的方法。在一个实施方案中，所述方法可以包括用聚合铝处理剂涂覆铁烧结矿以形成处理过的铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。
在另一种方法实施方案中，公开了由处理过的生混合物制备铁烧结矿的方法。所述方法包括用聚合铝处理剂涂覆生混合物以形成处理过的生混合物。可以将所述处理过的生混合物加热以形成铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。在另一种方法中，所述生混合物可以包含选自铁矿石、铁粉、铁屑、回收铁粉、回收铁屑及其组合中的至少一种材料。
在另一个实施方案中，公开了用聚合铝处理剂处理的铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。所述处理过的铁烧结矿可以具有与未处理过的铁烧结矿相比改进的还原粉化指数(RDI)。所述铁烧结矿中的铁可以在高于550℃下化学还原。
在另一个实施方案中，公开了冶炼铁的方法。所述方法可以包括使用用聚合铝处理剂处理的铁烧结矿。在另一个实施方案中，所述冶炼方法还可以包括使用用聚合铝处理剂处理的生混合物。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。
附图简述
图1显示了在不同投配量的PACH下铁烧结矿的RDI。
例示实施方案详述
意料不到地发现用聚合铝处理剂涂覆铁烧结矿产生在高于550℃温度下还原且具有良好的机械强度的铁烧结矿。因此，公开了用于处理铁烧结矿或生混合物的方法。在一个实施方案中，所述方法可以包括用聚合铝处理剂涂覆铁烧结矿以形成处理过的铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。合适的聚合铝盐包括，但不限于具有一个或多个羟基基团的碱性盐。例示碱性盐为具有式Al2Cl(OH)5 (无水的)或Al2Cl(OH)5·2H2O(含水的)的聚合氯化羟铝。合适的聚合铝盐还可以包含复盐或复合盐，其中存在超过一种类型的阴离子。例示复合盐包括水合氯化硫酸铝(AlSO4Cl6·7H2O)和碱性复合盐，聚合氯化硫酸羟铝(Al13OH28Cl9SO4)。
在另一个实施方案中，所述聚合铝盐可以具有式：
AlnX(3n-2(j+k)-m)(Yj+Y’k)(OH)m
其中n可以在1-20范围内；m可以在0-15范围内；j可以在0-5范围内；k可以在0-5范围内；X可以为单价离子例如NO3-或卤素离子例如F-、Cl-、Br-、I-；Y，如果存在，可以为SO42-；且Y’，如果存在，可以为SiO32-。
合适的聚合铝盐包括但不限于聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸硅酸铝(PASS)、聚合氯化硅酸铝(PASC)、聚合硝酸铝(PAN)、聚合溴化铝(PAB)、聚合氟化铝(PAF)和聚合碘化铝(PAI)。
在另一种方法实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。
在另一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。在又一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式Al2Cl(OH)5·2H2O的聚合氯化羟铝(PACH)二水合物。
所述聚合铝处理剂可以为包含如上所述的聚合铝盐的水溶液。所述水溶液中聚合铝盐的浓度可以在聚合铝盐的约10重量%-约90重量%范围内，基于聚合铝处理剂的总重量。余量可以包含水。在一个实施方案中，所述聚合铝处理剂可以包含50重量%的聚合铝盐和50重量%的水。在又一个实施方案中，所述水溶液中聚合铝盐的浓度可以在约0.01-约500克/升(g/l)范围内。
在一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。在另一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约10克-约100克/公吨(g/ton)范围内。在又一个实施方案中，所述浓度可以在约50克-约90克/公吨(g/ton)范围内。
所述聚合铝处理剂在制备铁烧结矿中特别有用，但还可以在由其它类型的金属矿石制备金属烧结矿中有用。使用所述聚合铝处理剂生产的铁烧结矿具有与未使用聚合铝处理剂生产的铁烧结矿相比改进的还原粉化指数(RDI)。使用所述聚合铝处理剂生产的铁烧结矿可以在高于约550℃的温度下化学还原和/或具有小于约30的RDI。
在另一种方法实施方案中，公开了由处理过的生混合物制备铁烧结矿的方法。所述方法包括用聚合铝处理剂涂覆生混合物以形成处理过的生混合物。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种如上所述的无水的和/或含水的聚合铝盐。随后可以将所述处理过的生混合物加热以形成铁烧结矿。在一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述生混合物的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。在另一种方法中，所述生混合物可以包含至少一种选自铁矿石、铁粉、铁屑、回收铁粉、回收铁屑及其组合的材料。
通过用聚合铝处理剂涂覆其处理的生混合物可以在本领域普通技术人员预期的任何铁烧结过程中使用，且不限于本文公开的具体烧结方法。所述处理过的生混合物可以生产如上所述的改进的铁烧结矿。在一个实施方案中，所述聚合铝处理剂可以为水溶液，其由装备有管、一个或多个喷嘴和泵的连续搅拌储存罐供应。所述生混合物可以在紧挨喷嘴通过的传送带上，从而当所述生混合物经过喷嘴时，其涂覆有从喷嘴喷出的聚合铝处理剂。
所述涂覆的生混合物可以随后注入烧结机器中。所述烧结机器可以包含燃烧区和保温区。可以将所述涂覆的生混合物进料到点燃区且在约1150-约1250℃的温度范围内加热，且随后输送到均热区且在约800℃-约1100℃的温度范围内热浸泡，由此生产铁烧结矿。
在另一个实施方案中，所述聚合铝处理剂可以加到用于生产生混合物的混合过程中。所述聚合铝处理剂可以在如上所述的溶液中，或其可以以干燥或粉末形式加到所述生混合物中。所述聚合铝处理剂可以以类似于在混合阶段加入的其它添加剂的方式或以本领域普通技术人员预期的任何方式加到混合过程中。
在又一个实施方案中，铁烧结矿可以通过用聚合铝处理剂简单喷雾业已制备的铁烧结矿来处理。所述聚合铝处理剂可以喷雾到如上所述的铁烧结矿上。使用这种方法处理的铁烧结矿适用于不具有进一步加工的冶炼铁。
在另一个实施方案中，公开了用聚合铝处理剂处理的铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种如上所述的无水的和/或含水的聚合铝盐。
在另一个实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。在又一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。
在另一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。在另一个实施方案中，所述聚合铝处理剂对所述铁烧结矿的浓度可以在约10-约100克/公吨(g/ton)范围内。在又一个实施方案中，所述浓度可以在约50-约90克每公吨(g/ton)范围内。
所述处理过的铁烧结矿可以具有与未处理过的铁烧结矿相比改进的还原粉化指数(RDI)。所述铁烧结矿中的铁可以在高于约550℃下化学还原和/或具有小于约30的RDI。
在另一个实施方案中，公开了冶炼铁的方法。在一个实施方案中，当将铁烧结矿进料到冶炼器中时，可以用聚合铝处理剂处理所用的铁烧结矿。可以使用如上所述的方法处理所述铁烧结矿。例如，如果使用传送机将所述铁烧结矿进料到冶炼器中，当所述烧结矿经过位于紧挨传送机的喷嘴时，所述铁烧结矿可以喷雾且涂覆有所述聚合铝处理剂。任选地，可以将所述铁烧结矿在冶炼器进料传送机的上游喷涂，例如当所述烧结矿离开烧结过程时或当将所述烧结矿输送以储存或运输时。在又一个实施方案中，所用的铁烧结矿可以由铁矿石或生混合物制备，所述铁矿石或生混合物在如上所述的烧结之前用聚合铝处理剂处理。
所述聚合铝处理剂可以包含至少一种如上所述的无水的和/或含水的聚合铝盐。在另一个实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。在又一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。
在另一种方法中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。在另一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约10-约100克/公吨(g/ton)范围内。在又一个实施方案中，所述浓度可以在约50-约90克/公吨(g/ton)范围内。
在另一个实施方案中，所述冶炼方法还可以包括使用用聚合铝处理剂处理的生混合物。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种如上所述的无水的和/或含水的聚合铝盐。在另一个实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。在又一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。
实施例
进行烧结实验以试验所述聚合铝处理剂对铁烧结矿的还原粉化指数(“RDI”)的功效。首先，将固定量的铁烧结矿球(“烧结矿”)放在二氧化铝舟皿中并称重。所述烧结矿通过用具有式Al2Cl(OH)5∙2H2O的聚合氯化羟铝(PACH)二水合物的溶液将其喷雾来涂覆。所述溶液为包含50重量%PACH的水溶液。将具有涂覆过的烧结矿的二氧化铝舟皿再次称重并计算PACH的投配量(g/ton)。将具有喷雾过的烧结矿的二氧化铝舟皿转移到高压釜或管式炉中。将所述管式炉用氩-氢气体混合物吹扫10分钟。随后将所述氩-氢气体流速保持在约1-2L/min。随后将所述涂覆过的烧结矿以600℃/2小时的升温速率加热，且随后保持在600℃下30分钟。随后将处理过的烧结矿从炉中移出并允许冷却到室温。
在烧结矿冷却到室温后，将所述烧结矿再次称重以获得第一重量(m1)。随后用机械震荡器震荡所述烧结矿15分钟且随后放在6.33mm筛网上。测量烧结矿的重量以获得第二重量(m2)。随后根据下式计算在6.33mm的RDI：
其中为经过6.33mm筛网的烧结矿的重量且m1为烧结矿的第一重量。用不同投配量的PACH溶液下重复该实验。结果如图1所示。
在本发明的一方面，公开了使用包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐的聚合铝处理剂制备处理过的铁烧结矿的方法。所述方法可以包括：A) 用聚合铝处理剂处理生混合物以形成处理过的生混合物且加热所述处理过的生混合物以形成所述处理过的铁烧结矿，或B) 用聚合铝处理剂处理铁烧结矿以形成所述处理过的铁烧结矿。
在另一个实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。在另一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。
在又一个实施方案中，所述聚合铝处理剂与所述生混合物或铁烧结矿的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。
在另一种方法中，所述方法可以包括：A) 用聚合铝处理剂处理生混合物以形成处理过的生混合物且加热所述处理过的生混合物以形成所述处理过的铁烧结矿。或者，所述方法可以包括B) 用聚合铝处理剂处理铁烧结矿以形成所述处理过的铁烧结矿。任选地，所述方法可以包括A)和B)两者。
在另一个实施方案中，所述生混合物可以包含至少一种选自铁矿石、铁粉、铁屑、回收铁粉、回收铁屑及其组合的组分。
在另一个实施方案中，公开了用聚合铝处理剂处理的铁烧结矿。所述聚合铝处理剂可以包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐。所述聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。在另一个实施方案中，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m可以在1-7范围内且n可以在1-12范围内。
在另一个实施方案中，可以使用一种方法处理所述铁烧结矿，其中所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度可以在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。
所述处理过的铁烧结矿可以具有与未处理过的铁烧结矿相比改进的还原粉化指数(RDI)。或者，所述处理过的铁烧结矿中的铁可以在高于550℃下化学还原。在又一个实施方案中，所述处理过的铁烧结矿可以具有与未处理过的铁烧结矿相比改进的RDI且所述处理过的铁烧结矿中的铁可以在高于550℃下化学还原。
在本发明的另一方面，公开了使用处理过的铁烧结矿冶炼铁的方法。所述处理过的铁烧结矿可以用包含至少一种无水的和/或含水的聚合铝盐的聚合铝处理剂处理。在一个实施方案中，所述聚合铝处理剂可以具有式：
其中n可以在1-20范围内；m可以在0-15范围内；j可以在0-5范围内；k可以在0-5范围内；X可以为单价离子例如NO3-或卤素离子例如F-、Cl-、Br-、I-；Y，如果存在，可以为SO42-，且Y’，如果存在，可以为SiO32-。
在又一个实施方案中，至少一种聚合铝盐可以选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化羟铝(PACH)、聚合氯化硫酸铝(PACS)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硝酸铝(PAN)及其组合。或者，所述聚合铝盐可以为具有式AlnCl(3n-m)(OH)m的无水的和/或含水的聚合氯化羟铝(PACH)，其中m在1-7范围内且n在1-12范围内。在另一种方法中，所述聚合铝处理剂与所述铁烧结矿的浓度在约1克-约200克/公吨(g/ton)范围内。
在又一种方法中，所述方法还可以包括使用用所述聚合铝处理剂处理的生混合物以制备所述处理过的铁烧结矿。在另一种方法中，所述方法还可以包括形成铁烧结矿且接着用所述聚合铝处理剂处理所述铁烧结矿以形成所述处理过的铁烧结矿。或者，所述方法可以包括使用用聚合铝处理剂处理的生混合物和铁烧结矿两者。
该书面说明书使用包括最佳模式的实施例来公开本发明，且还使本领域技术人员可以实施本发明，包括制备和使用任何设备或系统且进行任何结合方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果其具有不与权利要求的书面语言不同的结构要素，或如果其包括与权利要求的书面语言无实质区别的等价结构要素，这些其他实施例旨在权利要求的范围内。