金属矿粘结剂制造技术

在水存在条件下用于团聚矿石的粘结剂组合物，含约１０％到９０％的水溶性纤维素衍生物和约５％到９０％的三磷酸钠或焦磷酸四钠。团聚矿石的工艺，包括将含水溶液性纤维素衍生物的粘结剂组合物、水和矿石混合，将混合物团聚成湿球，干燥湿球，并且在至少约１２０４℃加热得到的干球。一种在水存在条件下用于团聚精矿的粘结剂含羧甲基纤维素的碱金属盐和三磷酸钠。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及团聚精矿，特别是铁矿并含有水溶性纤维素衍生物的粘结剂，使用该粘结剂团聚精矿的工艺和该工艺团聚的产品。用来炼钢的原铁或生铁的制备通常是通过熔结含氧化铁和残余二氧化硅(例如石英)的铁精矿、助熔剂(例如石灰石或白云石)以及焦炭的混合物来进行的。添加助熔剂以便清除杂质，即中和二氧化硅。这种中和工艺造成的炉渣在高炉中与铁水分离。目前的要求是通过减少炉渣体积来提高高炉的效率。与之相应的要求是通过降低在生产生铁时所需助熔剂的用量，即通过降低进入高炉的二氧化硅的用量来降低钢的成本。用来炼钢的铁精矿是从开采包括“基质岩”的矿石来获得的，“基质岩”即包括二氧化硅和氧化铁的岩石。为了降低航运和搬运成本，通常将氧化铁在矿山处或附近从基质岩中分离出来，例如，通过磁选和/或泡沫浮选。许多矿石，特别是在北美发现的铁燧石矿，在进行这样的分离工艺前需要超细粉碎。由于这种粉碎，精矿是一种细粉，不易搬运、航运或装入高炉。因此，要将精矿团聚成多孔的颗粒或小丸，一般其平均直径大约3/8英寸，团聚是通过在一个园筒或园盘中将精矿粉同粘结剂和水一起旋转成球，随后在硬化炉中将球于约1316℃(2400°F)焙烧。得到的颗粒或小丸是硬的，易于搬运、航运以及装入高炉。直至目前，膨润土是较佳的团聚精矿颗粒的粘结剂，它提供湿度和控制长大，用膨润土制成的球具有良好的干湿强度。但是用膨润土的一个问题是它含有大量的二氧化硅，在高炉中必须添加额外量的助熔剂来中和。因此要致力于寻找能取代膨润土的产品，该产品具有膨润土的有益特性而不提供二氧化硅。所谓的“有机粘结剂”，象羧甲基纤维素已被考虑作膨润土的取代品，因为它不含二氧化硅则不需使用额外的助熔剂，烧结时它可燃失，并且它提高含精矿小丸的表面积与质量之比。使用有机粘结剂制成的小丸，由于它们的表面积大而使得它们的还原更加有效。在高炉中用还原性气体，如一氧化碳将氧化铁还原成金属态的速率直接与它们的表面积与质量之比成正比，换言之与小孔体积成正比。烧结期间，膨润土烧成的玻璃状的陶瓷材料封闭了小孔，而采用有机粘结剂，由于它们的燃失而增加了小丸中的孔体积。欧洲专利申请0203855描述了一种团聚颗粒材料，如精矿的方法，包括将颗粒材料与一定结合量的水溶性矿用粘结聚合物和粘土混合。该聚合物包括羧甲基纤维素、瓜耳胶、羟乙基纤维素、聚环氧乙烷和聚丙烯酸。美国专利4288245和4597797建议可以改进羧甲基纤维素的碱金属盐的粘结特性，靠掺杂至少2%的碱金属和一种PK值高于3而分子量低于500的弱酸形成的盐，例如乙酸、苯甲酸、乳酸、丙酸、酒石酸、琥珀酸、柠檬酸、亚硝酸、硼酸和碳酸的盐。这种粘结剂之一是市售的名为Peridur 的物质，它被认为含有羧甲基纤维素的钠盐、碳酸钠和生成羧甲基纤维素盐的副产品，包括氯化钠和甘醇酸钠。然而这种公知的水溶性纤维素衍生物，虽然可作为有效粘结剂，却没有对团聚的矿石材料给予足够的干湿强度，以达到经济适用的水平。按照本专利技术，使用水溶性纤维素衍生物在水存在的情况下团聚金属矿石材料的工艺，该工艺的干燥强度的性能通过一种组合物被大大提高，该组合物含有水溶性纤维素衍生物，其特征是其中还含有约5%到90%的三磷酸钠或焦磷酸四钠，这种纤维素衍生物的量为约10%到90%，上述的百分比是以本专利技术粘结剂组合物的总干重为基准的。按照本专利技术，团聚一种矿石的工艺包括将含有水溶性纤维素衍生物的一种粘结剂组合物、水和精矿混合，将混合物团聚成湿球，将湿球干燥，然后在温度至少为约1204℃加热得到的干燥，在本工艺特征是粘结剂组合物就是按照本专利技术的粘结剂组合物，其用量是混合物总干重的约0.0022%。三磷酸钠是一种粉状或粒状盐，分子式为Na5P3O10，通过蒸发饱和的正磷酸盐溶液，然后于500℃焙烧来制备。它可以其属名从宾夕法尼亚州，Philadelphia，FMC公司购置。市场购置的产品一般含有少量杂质，如焦磷酸二钠和焦磷酸四钠。焦磷酸四钠是一种粉状或粒状盐，分子式为Na4P2O7。可从宾夕法尼亚州，Philadelphia，FMC公司购置。本专利技术粘结剂组合物的用量和在该工艺中所用的精矿和水的量有关，通常取决于使用的专门团聚方法，被团聚的矿石材料的性质和被制备的球团所要求的性质。因此本领域普通技术人员可以容易地决定粘结剂组合物的专门团聚程度和用量，上面最小值的限定最适于个别情况。进行团球所用粘结剂组合物的量为混合物总干重的约0.0022%到0.44%，较佳为约0.033%到0.066%，用足够水来进行合适的水化作用，其量为混合物总干重的约5%到15%，较佳为约8.5%到10%。另外，象膨润土的粘土也可任意用在团球过程中。这种粘土的总量取决于使用者的目的，一般少于0.22%，它基于混合物的总干重。因为二氧化硅，这种粘土的主要成分，有害于高炉操作，因此优选使用基本上无粘土的粘结剂。水溶性纤维素衍生物限定在约10%到90%范围内，优选使用范围为约30%到70%，多磷酸盐限定在约5%到90%的范围内，较佳使用范围为约30%到70%，均以粘结剂组合物总干重为基准。形成干燥小丸或颗粒的任何常规方法都能用来制备本专利技术的球团。例如将精矿团聚成颗粒或小丸可通过在园筒或园盘中旋转精矿粉和粘结剂与水，随后干燥和焙烧。制造小丸也可通过压团、球化烧结或喷雾干燥的方式。粘结剂组合物成分的加入可按常规进行。例如，粘结剂成分可以是固态与精矿混合或当溶在水中时混合。而且可在球化处理前或球化处理期间将它们同时地、连续或交替地加到精矿中。在优选的方法中，粘结剂组合物被加到湿润的来自上述分离工艺过程的精矿中，它几乎约10%(重量)的水在团聚园筒或园盘的上端一个适当位置通过例如旋转盘过滤器来除掉，以便将粘结剂成分和精矿在形成小球前能很好地混合及适当地水化。任何水溶性纤维素衍生物都可用在本专利技术的组合物中。优选的是羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素的碱金属盐和碱土金属盐以及羧甲基羟乙基纤维素的碱金属盐和碱土金属盐。较佳的是羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素的碱金属盐，最佳的是羧甲基纤维素钠。任何基本上是水溶性的羧甲基纤维素金属盐都可以用在本专利技术的较佳实施例中，这些金属盐，尤其是羧甲基纤维素钠的常规制备是由碱纤维素和各自的一氯代乙酸的金属盐来实现的。纤维素通常从木浆或棉绒纤维衍生得到，也可以从其它来源衍生，例如甜菜浆、蔗渣、稻壳、麸、微生物衍生的纤维以及废纤维(例如碎纸)。本专利技术所用的羧甲基纤维素钠具有的取代程度(纤维素分子的每个重复的萄糖酐链单元上羧甲基醚原子团的平均数)为约0.4到1.5，较佳的是约0.6到0.9，最佳的是约0.7。通常纤维素的聚合平均度为约300到4000。具有该范围上限的聚合度的聚合物是可取的。然而，获得最好的结果是用这样的羧甲基纤维素钠，在每分钟20转时于1%水溶液内它具有的Brookfield粘度为低于约4000厘泊。这些参数以及羧甲基羟乙基纤维素钠的同样参数是众所周知的，例如可从G·I·Stelzer和E·D·klug的标准实验得到，见“水溶性树胶和树脂手册”，第四章“羧甲基纤维素”(R·L·Davidson出版社1980年)。羧甲基纤维素可从特拉华州，Wilmington，Aqualon公司购置。羧甲基羟乙基纤维素也是众所周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含水溶性纤维素衍生物的粘结剂组合物，其特征在于其中还含约５％到９０％的三磷酸钠或焦磷酸四钠，该纤维素衍生物的碱金属盐的量为约９０％到１０％，上述的百分数是以粘结剂组合物总干重为基准的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯爱德华班尼艾，丹尼斯爱德华拉索塔，丹尼斯李斯特伦克，
申请(专利权)人：阿奎龙公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]