轉(zhuǎn)爐除塵灰球團(tuán)粘合劑的應(yīng)用

1、轉(zhuǎn)爐除塵灰粘合劑的研究應(yīng)用摘要：本文原料除塵灰以鋼鐵行業(yè)的除塵灰為主，主要來源是鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，由于其含鐵含量高（TFe50%）可以作為二次資源加以回收利用。針對常用粘合劑壓制的球團(tuán)強度低和易粉化的問題，本文采用消解和無消解配加專用粘合劑進(jìn)行解決。為以后鋼鐵行業(yè)除塵灰制球的規(guī)模生產(chǎn)提供了合適的粘合劑。關(guān)鍵詞：除塵灰，粘合劑；1、引言1.1 鋼鐵工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀鋼鐵產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，改革開放以來取得了長足的發(fā)展。1996年以來，鋼產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)13年居世界第一，2008年產(chǎn)量高達(dá)5.02億噸，約占全球總量的37.8%,與排名第二至第九位的八國總產(chǎn)量相當(dāng)。雖然產(chǎn)量較高，但其中

2、也存在許多問題。隨著我國鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量逐年增長，對鐵礦石的需求量也迅猛增長。而我國優(yōu)質(zhì)的鐵礦資源比較匱乏，復(fù)雜難開發(fā)的鐵礦石資源利用率低以及我國的鐵礦石生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能不足，導(dǎo)致國內(nèi)的鐵礦石市場呈現(xiàn)嚴(yán)重供不應(yīng)求狀態(tài)。于是大家把眼光轉(zhuǎn)向國外的鐵礦石市場。然而近年來，進(jìn)口鐵礦石價格飆升，直接導(dǎo)致我國鐵礦石進(jìn)口成本大幅增加，進(jìn)而造成國內(nèi)鐵礦石價格、能源價格，甚至居民消費品價格的聯(lián)動性上漲，這不僅對我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重影響，對國民經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展也構(gòu)成了巨大威脅。因此，尋求一種新的鐵礦替代資源有十分重要的意義。鋼鐵行業(yè)是一個高產(chǎn)出、高耗能的企業(yè)，同時也是一個高污染的三高企業(yè)。隨著環(huán)境立法要

3、求越來越嚴(yán)格，對鋼鐵企業(yè)環(huán)境適應(yīng)性要求也不斷提高。同時鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵、煙塵、塵泥具優(yōu)勢很高的利用價值。無論是從合理利用資源出發(fā)，還是從保護(hù)環(huán)境消除粉塵污染出發(fā)，充分利用鋼鐵企業(yè)中的各種粉塵已是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個組成部分。在鋼鐵冶煉過程產(chǎn)生的除塵灰中含有很高的鐵含量（如：轉(zhuǎn)爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe>50%）,極具回收價值。因此一些降低能源消耗，減少廢棄物排放以及廢棄物回收再利用的技術(shù)方法在鋼鐵企業(yè)得到大力推廣。近幾年一些鋼鐵廠的除塵灰回收利用技術(shù)已得到成功應(yīng)用。1.2 鋼鐵行業(yè)除塵灰的特點和分類鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)過程伴隨排放大

4、量廢棄物。廢棄物的主要是除塵器的細(xì)粉塵和各種生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的塵泥（如：高爐粉塵、轉(zhuǎn)爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐塵泥等），同時也帶走大量的含鐵資源，具有很高的回收利用價值。1.2.1 鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的廢棄物的分類這些廢棄物從來源上可以分兩種。一是煉鐵廢棄物，包含煉鐵爐渣、高爐粉塵等。高爐煉鐵中產(chǎn)生的煤氣（稱高爐瓦斯）攜帶出部分原料粉塵及高溫區(qū)激烈反應(yīng)而產(chǎn)生的微粒。對其進(jìn)行凈化處理，經(jīng)干法除塵出去的為瓦斯灰，經(jīng)濕法除去的細(xì)粒為瓦斯泥，兩者統(tǒng)稱為高爐粉塵。高爐粉塵中的主要成分與進(jìn)入高爐的物料性質(zhì)有關(guān)，主要有鐵礦粉、焦粉和煤粉，并含有少量的S、AL、Ca、Mg等元素，也有一些企業(yè)高爐粉塵含有Pb、Zn、As等有害元

5、素。如瓦斯泥總鐵含量在38%左右，經(jīng)過二次磁選后，全鐵含量可達(dá)到59%,甚至更高。二是煉鋼廢棄物，包含：轉(zhuǎn)爐除塵灰、轉(zhuǎn)爐塵泥、電爐塵泥、鋼渣和氧化鐵皮等。煉鐵工藝過程中，添加到爐內(nèi)的原料有2%轉(zhuǎn)變成粉塵。轉(zhuǎn)爐塵的發(fā)生量月為20kg/噸鋼，電爐塵的發(fā)生量為10-20kg/噸鋼。煉鐵粉塵中主要含有FeO（Fe2O3）、CaO、MgO、K2O、Na2O，總鐵含量約在50%左右。隨著轉(zhuǎn)鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝日趨完善，相應(yīng)的除塵技術(shù)不斷發(fā)展完善。廢棄物中粉塵凈化回收主要有兩種方式，一種是濕法除塵（OG法），另一種是干法除塵（LT法）。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，干法除塵應(yīng)用越來越廣泛。所以根據(jù)除塵灰方式的

6、不同，可分為塵泥（或污泥）和除塵灰。1.2.2 轉(zhuǎn)爐除塵灰的來源和特點轉(zhuǎn)爐除塵灰一般是指轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)干法除塵后得到的細(xì)小粉塵，具有含鐵量高，粒度細(xì)，比表面積大的特點，同時含有大量的CaO等堿性氧化物，其中鐵以Fe3O4和Fe2O3存在，粉塵表面帶正電，具有吸附負(fù)離子的能力。特別是在鋼鐵工業(yè)大力提倡干法除塵的大背景下，新興的LT干法除塵越來越受重視，轉(zhuǎn)爐除塵灰的產(chǎn)量也將會越來越大。轉(zhuǎn)爐除塵灰中含鐵含量較高，TFe>50%,是一種優(yōu)質(zhì)的含鐵資源，若不對其加以利用，不僅造成資源的浪費，而且其堆放要占用大量的土地，同時也可能對環(huán)境造成污染。從冶金的角度來說，轉(zhuǎn)爐除塵灰粒度細(xì)、含鐵

7、高、含CaO高是其顯著的特征。因此對減排收集到的除塵灰一定要千方百計的回收利用，變廢為寶。不僅可以合理利用資源同時又能減少環(huán)境的污染。廢棄物的回收利用過程中要求實現(xiàn)無塵處理，經(jīng)常采用的方式有粘結(jié)成形、造球、壓塊、制磚等工藝方法。針對于轉(zhuǎn)爐除塵灰目前最常用的工藝就是造球，既生產(chǎn)冷壓球團(tuán)。將處理后的轉(zhuǎn)爐除塵灰配上合適的粘合劑，加上合適的水?dāng)嚢杈鶆?，在對輾壓球機上制備成球團(tuán)。2、冷壓球團(tuán)粘合劑的介紹2.1 國內(nèi)外粘合劑的發(fā)展現(xiàn)狀粘結(jié)劑的用途極為廣泛，發(fā)達(dá)國家粘合劑工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了非常發(fā)達(dá)的階段。據(jù)報道世界粘結(jié)劑的銷售年均增長5%,增長最快的地區(qū)是發(fā)展中國家，預(yù)計我國今后粘結(jié)劑將保持在11%以上，目前我

8、國的粘合劑產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門類較齊全的體系，但與發(fā)達(dá)國家相比還是存在以下的差距和問題。(1)產(chǎn)量小，產(chǎn)品質(zhì)量差，品種系列不全。(2)對引進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備消化和改進(jìn)提高不夠。(3)產(chǎn)品原料、添加劑和成品質(zhì)量差。(4)應(yīng)用研究缺乏，技術(shù)含量較低。2.1.1 鋼鐵除塵灰粘合劑粘合劑在除塵灰加工領(lǐng)域的一個重要用途就是礦粉成型，特別是粉料的冷固成型。它的好壞直接關(guān)系到冷壓球團(tuán)的性能及質(zhì)量的好壞。常用粘合劑有膨潤土、糖漿、腐殖酸鈉、竣甲基纖維素鈉、竣甲基淀粉鈉、水泥等。2.1.2 常用粘合劑分類有關(guān)粘合劑的分類，不同的角度有不同分類方法。按主要成的物質(zhì)類別可以分為有機粘合劑、無機粘合劑和復(fù)合粘合劑。如表1所示。

9、表1類別實例無機粘合劑膨潤土、水泥、水玻璃、石膏硼酸鹽有機粘合劑預(yù)糊化淀粉、糊精、煤焦油、腐殖酸鈉、CMC、CMS復(fù)合粘合劑膨潤土+糊精;環(huán)保粘合劑.N對于礦粉粘合劑的研究，有著很長的歷史。早在球團(tuán)工藝剛剛興起的時候,人們就開始探索，但是至今未能找到一種很理想的礦粉粘合劑。目前，無機粘結(jié)劑存在一些無法戰(zhàn)勝的問題，如加量大、成球率低、干強度差、灰分大、引入的有害雜質(zhì)多等缺點。迫使大家尋求新的粘結(jié)劑。人類對天然高分子物質(zhì)的利用有著悠久的前史。早在20世紀(jì)初，大家在天然高分子的改性以及高分子化合物的組成上已取得了很大的效果。淀粉以外，大家先后開發(fā)了煤焦油、瀝青、紙漿廢液、丙烯酸俊、佩利多、纖維素等有

10、機粘結(jié)劑。有機粘結(jié)劑一個固有的長處，即它們在球團(tuán)焙燒進(jìn)程中被灼燒掉了，并且有些能使球團(tuán)礦的機械強度有顯著改進(jìn)，有些還能使球團(tuán)冶金功能變好。1995年俄羅斯研究了竣甲基纖維素鈉，研究結(jié)果表明：加入1.5%竣甲基纖維素鈉的球團(tuán)能保證達(dá)到加入1.5%左右膨潤土的球團(tuán)的干球強度標(biāo)準(zhǔn)?？墒?，無論是天然的高分子還是人工組成的化合物，對其內(nèi)部構(gòu)造研討還較淺薄。工業(yè)上需求更多的高分子化合物的理論知識來指導(dǎo)生產(chǎn)，所以這一方面的研討亟待深入研發(fā)。傳統(tǒng)的無機粘合劑如膨潤土、水玻璃、硼酸鹽等，可以作為有效的粘合劑，有助于球團(tuán)的成型，但會使除塵灰中的有害元素增加，鐵的品味降低，球團(tuán)的冶金性能變差，甚至造成環(huán)境的二次污染

11、。有機粘合劑如淀粉、纖維素、腐殖酸鈉、煤焦油、丙烯酰胺等在球團(tuán)焙燒過程中被揮發(fā)或燃燒分解，對球團(tuán)的鐵品味有利，但是價格高，抗溫性能差，球團(tuán)在高溫爐中易爆，危害高爐安全，影響冶煉效率，無法滿足正常使用要求。所以復(fù)合粘合劑的研發(fā)就能滿以上兩點的不足。目前，大家都能明白復(fù)合粘合劑的優(yōu)勢，但是合適的性價比高的粘合劑還很少，所以合適的原料、恰當(dāng)?shù)呐湓谘邪l(fā)復(fù)合粘合劑時至關(guān)重要。3、粘合劑在除塵灰球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用除塵灰目前在鋼鐵行業(yè)循環(huán)利用常用方法是：返回原料場進(jìn)行重新造塊，如冷壓球團(tuán)法。首先將粉塵配加還原劑（煤粉）、黏結(jié)劑等進(jìn)行造球，造好的具有一定強度的生球經(jīng)烘干機烘干后生球的水分降低至3%以下，然后將烘

12、干的生球通過振動布料機均勻布置在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)溫度控制在1100-1300C,球團(tuán)在爐內(nèi)發(fā)生直接還原反應(yīng)。目前，根據(jù)原料成分、設(shè)備情況不同，河南建杰實業(yè)有限公司經(jīng)過長期的實驗研制出了適合各種鋼鐵除塵灰成型的粘合劑?？朔藗鹘y(tǒng)粘合劑的缺點，具有適用性強，性價比高等特點。3.1 粘合劑的種類和使用情況根據(jù)除塵灰原料的性質(zhì)不同可分為兩種：礦粉粘合劑KF01和礦粉粘合劑KF02。3.2 礦粉粘合劑KF01礦粉粘合劑KF01:該產(chǎn)品以預(yù)糊化淀粉為主料，加入膨潤土、增粘劑、增強劑、改性劑、抗高溫等原料，通過一系列工藝生產(chǎn)而成的復(fù)合粘合劑。具有較強的粘性、活性和吸附性，又有一定抗高溫防爆性能。因為它獨有

13、的特性，在球團(tuán)生產(chǎn)中效果非常好，既可取得高的生球強度，也不會降低球團(tuán)礦的品位，經(jīng)濟(jì)實用。3.2.1 礦粉粘合劑KF01的適用性鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的除塵灰具有粒度細(xì)、含鐵量高、含氧化鈣高是其主要特征。高爐除塵灰含鐵量一般在20-30%之間，含氧化鈣3-5%o轉(zhuǎn)爐除塵灰含鐵量50%以上，粒度細(xì)(大概在5000目左右)，比表面積大，同時含有大量的CaO(10%左右)等堿性氧化物。下面是一些鋼鐵廠除塵灰中成分含量分析表，如表2。表2名稱TFeCaOSiO2MgOCAl2O3局爐灰24.23.52.04.233.31.9轉(zhuǎn)爐灰60.710.54.42.51.61.7從除塵灰的成分上看都含有生石灰(CaO),

14、生石灰遇水發(fā)生反應(yīng)生成氫氧化鈣。該反應(yīng)一方面放出大量熱，同時體積會發(fā)生膨脹(1.5到2.5倍)。所以在造球前必須經(jīng)加水浸潤、充分消解，否則成品冷壓球極易粉化，影響造球強度，甚至無法成球。對含活性較高CaO、MgO的一次粗灰在成球前用水消解，加水量為礦粉質(zhì)量的1820%,隔絕空氣密閉6小時以上。徹底情況需要24小時。因此礦粉粘合劑KF01在含有氧化鈣的除塵灰中應(yīng)用時，首先要對原料進(jìn)行徹底消解。然后按照正常的工藝上機成型。同時該產(chǎn)品作為普適產(chǎn)品，還可以應(yīng)用于返礦(鋼渣)、除塵灰(所含灰鈣已經(jīng)消解或不含灰鈣卜含鐵污泥、氧化鐵皮、OG泥、鐵砂、鐵礦粉等各類煉鋼回收料中。3.2.2 礦粉粘合劑KF01的

15、應(yīng)用特點(1)成球率高達(dá)96%;初始強度好，2米自由落體不碎；干燥后單個球體抗壓強度200N。(2)不增加灰分，不降低熱值，不降低品位；粘結(jié)力強，成型效果好，外觀均勻美觀。(3)各項指標(biāo)均符合鋼廠要求。(4)綠色環(huán)保：主要原料長絨棉，加酸、堿等化學(xué)試劑，經(jīng)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而成，另摻有部分無機粘合劑。均為綠色環(huán)保材料。不影響產(chǎn)品品質(zhì)，對人體安全無害，對環(huán)境友好3.2.3使用方法和加量(1)粘合劑均勻加入物料中，物料與粘合劑的比例要根據(jù)物料成分、粒度、比表面積來決定，一般加量為2-3%。(2)將物料潤濕，視物料濕度情況噴灑適量水。(3)攪拌均勻后，手握成團(tuán)，即可壓球。3.3礦粉粘合劑KF02除

16、塵灰中的活性氧化鈣若事先不進(jìn)行消解，嚴(yán)重影響后期的球團(tuán)的成型率和冷強度，甚至出現(xiàn)分現(xiàn)象。但是一些廠家覺得提前消解會增加生產(chǎn)成本和延長生產(chǎn)時間等。因此對除塵灰不消解的情況下，冷壓球團(tuán)的出現(xiàn)分化和強度不足的情況，河南建杰實業(yè)有限公司研制出了一款新型粘合劑KF02。3.3.1 礦粉粘合劑KF02抗氧化鈣吸水膨脹崩解的機理除塵灰中氧化鈣吸水膨脹1.52.5倍，是問題的關(guān)鍵；只有阻止了這種膨脹才能解決崩解問題；河南建杰實業(yè)有限公司的工程師，通過對各種原料成分分析，從根本上解決問題，研制出了環(huán)保粘合劑KF02。KF02工作原理：KF02是一種復(fù)合粘合劑，其中的主要成分是AY和BY。BY本身可以水合固化，該

17、成分在另外一種成分的AY存在下，一方面改變PH值增溶，一方面AY解離出來的A金屬離子在溶液中水解，離子運動加劇再次促進(jìn)溶解，同時，AY酸根離子迅速地與氧化鈣反應(yīng)，使得氧化物直接中和，形成能夠進(jìn)行進(jìn)一步硬化的中間體CaY2（事實上是跟別的成分交織在一起），該中間體較之氧化鈣體積迅速縮小，與本身氧化鈣吸水體積增大正好相反；加上BY的迅速溶解及A金屬離子快速脫離系統(tǒng)，加速平衡右移，有效地抵消了氧化鈣消解膨脹的效果，該中間體在二氧化碳的存在下，仍然可以生成碳酸鈣固化，且其品格與水合固化的BY,SY,CaY2,FeY3等交織在一起形成巨大的晶格網(wǎng)絡(luò)：CaO+2H+Y-CaY2+H2OCaY2+CO2+H

18、2OCaCO3+2HY上述形成的酸性環(huán)境與氧化鈣的堿性環(huán)境相互抵消，而溶解的SO與CaO形成一層膜，又對CaO的水化過程進(jìn)行阻隔，使得固化收縮作用成為主要作用，而直接繞開了氧化鈣消解膨脹的環(huán)節(jié)，從氧化鈣直接固化成碳酸鈣與其他成分的綜合品格。3.3.2 適用范圍用以在含有未消解氧化鈣的除塵灰中使用，可有效抵消氧化鈣遇水消解膨脹，造成制品龜裂崩解粉化的現(xiàn)象。該粘合劑也可用于其他含氧化鈣場合（如建材等需要消解的材料中），也可在不含氧化鈣物料中作為正常粘合劑使用。3.3.3 應(yīng)用特點用在含未消解氧化鈣45%以下的除塵灰制球中，有效抵消氧化鈣遇水消解膨脹，抗壓強度達(dá)到100kg以上（隨除塵灰組成有一定變化，最低有效加量下，最低干強度不低于50kg）產(chǎn)品有可以長時間（數(shù)月）對抗消解膨脹，不產(chǎn)生強度降低及崩解現(xiàn)象；事實上，當(dāng)加入足夠量的KF02,用含未消解氧化鈣很高（高達(dá)45%）的除塵灰制出的球，放置一年仍沒有任何崩解跡象，抗壓強度達(dá)到并保有100kg以上。3.3.4 使用方法和加量添加量5-10%）,用喂料機或直接加在除塵灰中，混勻后加水?dāng)嚢杈鶆蚣纯蓧呵颉?.3.5 注意事項該產(chǎn)品加水量比其他粘合劑加水量略少（以手抓成團(tuán)搓揉可散為