一種含鎂復(fù)合添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含鎂復(fù)合添加劑，其在制作冶金用的球團礦時作為添加材料，屬 于球團礦的復(fù)合粘結(jié)劑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)球團粘結(jié)劑是冶金行業(yè)加工球團礦的關(guān)鍵的輔助性材料，它的性能優(yōu)劣直接 影響著球團的質(zhì)量好壞。一直以來國內(nèi)外燒結(jié)廠球團生產(chǎn)均以膨潤土為主要的粘結(jié)劑造 球，膨潤土是傳統(tǒng)球團礦添加劑中的一種常用粘結(jié)劑，其可以提高生球的落下強度和抗壓 強度，此外，還能提高生球干燥時的爆裂溫度。對于高堿度燒結(jié)礦，加入膨潤土?xí)a(chǎn)生很好 的效果。但是，膨潤土的主要成分是SiO 2* Al 203，每加入1 %的膨潤土，球團礦的含鐵品位 會下降0. 6%左右，從而會產(chǎn)生還原膨脹率高、軟化強度低、高溫冶金性能差、降低品位等現(xiàn) 象，嚴(yán)重時會影響高爐煉鐵的能耗和產(chǎn)量，因此目前正逐步被復(fù)合粘結(jié)劑所取代。目前國內(nèi) 比較有代表性的球團復(fù)合粘結(jié)劑為主要選用高分子聚合物為粘結(jié)劑，用于鐵礦粉造球。但 是該粘結(jié)劑也存在著生產(chǎn)成本高、粘結(jié)力較差、強度低，球團礦品位低、生球粉化率高等缺 陷，有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明要解決的問題
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服采用膨潤土作為球團礦粘結(jié)劑的主要成分 時，所存在的球團礦成品球的物理性能及冶金性能較差等缺陷，提供一種新的含鎂復(fù)合添 加劑，該粘結(jié)劑以有機改性膨潤土作為其主要成分，同時含有來源廣泛的含鎂礦物粉以及 碳酸鈉，具有生產(chǎn)成本低、粘結(jié)性能強，可有效提高生球強度和爆裂溫度，同時降低粘結(jié)劑 (含鎂復(fù)合添加劑）的用量，進而顯著提高成品球的鐵品位和質(zhì)量。
[0005] 用于解決問題的方案
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] -種含鎂復(fù)合添加劑，其特征在于：所述含鎂復(fù)合添加劑是由改性膨潤土、含鎂礦 物粉和碳酸鈉組成的，其中改性膨潤土含量的重量百分比為35~63%，含鎂礦物粉含量的 的重量百分比為35~63%，碳酸鈉含量的重量百分比為0. 5~2. 7%。
[0008] 為了達到更好的技術(shù)效果，優(yōu)選的，各組分的重量百分比是：改性膨潤土 40~60 份，含鎂礦物粉36~56份，碳酸鈉0. 5~2份。
[0009] 最優(yōu)選的，各組分的重量百分比是：改性膨潤土 56%，含鎂礦物粉42%，碳酸鈉
[0010] 上述方案中，含鎂礦物粉為選自鎂石粉、輕燒白云石、橄欖石、硼泥、硫鎂礬粉、菱 鎂石粉中的一種或多種。
[0011] 進而，所述改性膨潤土為使用選自腐植酸、木質(zhì)酸、木質(zhì)素的天然有機質(zhì)材料對膨 潤土、優(yōu)選有機膨潤土進行改性而成。所述改性膨潤土是通過腐植酸、木質(zhì)酸和木質(zhì)素中的 一種或多種與膨潤土、優(yōu)選有機膨潤土以1 :1~5的重量配比混合而成的。
[0012] 本發(fā)明中所述的膨潤土是來源廣泛的天然白色或淡黃色黏土巖，具有較強的陽離 子交換能力，被廣泛應(yīng)用于食品、化工、環(huán)保、冶金等領(lǐng)域。對其進行改性的腐植酸、木質(zhì)酸、 木質(zhì)素中的任一種也均是來源廣泛的天然高分子材料，價格便宜、容易購買。腐植酸是一種 天然有機高分子化合物，是腐殖質(zhì)的主要組成部分。腐植質(zhì)為土壤、泥炭、煤、許多高地溪 流、腐植營養(yǎng)湖、海水中的主要有機成分，由有機生物死亡后經(jīng)生物降解產(chǎn)生。腐植酸的化 學(xué)結(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的含有羧基、酚羥基等官能團的混合物。木質(zhì)素是一種廣泛存在于植物 體中的無定形的、分子結(jié)構(gòu)中含有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元的芳香性高聚物，是一 種復(fù)雜酚類聚合物。
[0013] 本發(fā)明人通過研宄發(fā)現(xiàn)，對生球爆裂溫度產(chǎn)生直接的影響的是粘結(jié)劑的性質(zhì)和球 團粒徑以及球團氣孔率。因此本發(fā)明人從選擇粘結(jié)劑和控制添加劑的粒徑著手來提高生球 強度和爆裂溫度，進而顯著提高成品球的鐵品位和質(zhì)量。
[0014] 本發(fā)明人經(jīng)大量實踐發(fā)現(xiàn)，用選自腐植酸、木質(zhì)酸、木質(zhì)素的天然有機材料改性后 的膨潤土對生球爆裂溫度的提高是明顯的，推測其原因有以下幾個方面：首先，有機質(zhì)改性 的膨潤土表面被具有多個羥基、羧基有機高分子材料覆蓋，有機質(zhì)中包括羥基、羧基在內(nèi)的 有機基團與膨潤土表面的Si-O和Α1-(0 · 0H)化學(xué)鍵發(fā)生作用形成親水性基團，所形成的 改性膨潤土能使生球中的水分蒸發(fā)速度相比未改性的膨潤土而言明顯降低，使水分緩慢地 釋放到球團礦的表面，從而使生球內(nèi)的蒸氣壓降低；其次，加入有機質(zhì)改性的膨潤土后，因 為改性膨潤土的水溶液在室溫下具有很高的粘度，干燥后具有一定的粘結(jié)強度，并且干球 的氣孔率提高，這是提高爆裂溫度的主要原因之一；再次，加入有機質(zhì)改性膨潤土還能明顯 提高干球的抗壓強度，這也歸功于改性膨潤土的高粘結(jié)強度。
[0015] 此外，本發(fā)明人進一步研宄還發(fā)現(xiàn)，膨潤土中加入了聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚 醚、聚硅氧烷環(huán)氧烷烴共聚物等具有親水性鏈段的混合料（形成有機膨潤土），使得在所造 生球內(nèi)形成大量孔隙，水分更易排出。并且，聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚、聚硅氧烷環(huán)氧 烷烴共聚物的加入可以對膨潤土進行有機插層，利用膨潤土可以進行陽離子交換的性質(zhì)， 以一頭親油性、一頭親水性的所述共聚物與之進行交換，就可以得到所述共聚物插入膨潤 土結(jié)構(gòu)層之間的有機插層膨潤土。聚合物長碳鏈可以呈平臥的單層、雙層、甚至傾斜立式等 方式排列在膨潤土結(jié)構(gòu)層間，并覆蓋于膨潤土內(nèi)外表面。進而使膨潤土的層間距增大（可 擴大至1. 7~3. Onm)，并引起它的表面性能的改變，形成親水有機膨潤土。其制備方法一般 如下，將膨潤土與所述共聚物直接混合，用加熱混合器混合均勻，再加以擠壓，制成含一定 水分的有機膨潤土。然后進行干燥、研磨成粉狀產(chǎn)品，進而與含鎂礦物和碳酸鈉混合。
[0016] 為了便于改性處理，可以通過下列步驟來獲得符合本發(fā)明要求的改性膨潤土：
[0017] (1)原料準(zhǔn)備：先采用太陽自然烘干，使膨潤土水分從40%降到25%以下，然后進 行粗破碎，粉碎至30-50目，去除雜石和沙粒，其目的在于減少下一步活化時原料的用量， 以節(jié)約成本和除色更徹底，提尚廣品的品質(zhì)，可獲得尚純膨潤土精礦。
[0018] 任選地，將上述膨潤土與聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或聚硅氧烷環(huán)氧烷烴共聚 物以1. 5~4 :1的重量配比直接混合，用加熱混合器混合均勻，再加以擠壓，制成有機膨潤 土。
[0019] (2)混合：將準(zhǔn)備好的腐植酸、木質(zhì)酸和木質(zhì)素中的一種或多種與膨潤土或有機 膨潤土以1 :1~5的重量配比混合，任選地加入水使水土比為0. 8~1:1，加熱攪拌一定時 間，活化溫度50~70°C，反應(yīng)時間視操作條件而定，一般為1~3h，活化時需要不斷攪拌。 在活化過程中，膨潤土的Si-O和Α1-(0 · OH)化學(xué)鍵在水介質(zhì)中會發(fā)生斷裂，造成端面破 鍵產(chǎn)生電負性，而膨潤土八面體片中的Al3+和0!Γ的離出而產(chǎn)生的端面電荷，在酸性介質(zhì)中 OF (或AlO3O離解占優(yōu)勢，端面為正電荷，pH值9. 1左右為等電點。
[0020] (3)離心和篩濾：用臥式離心機、固液分離機將活化后的改性膨潤土漿液中的大 部分水分濾除。
[0021] (4)干燥：要求干燥后產(chǎn)品的水分小于8%。烘干機的熱源來自燃燒裝置，烘干機 可以采用順流式加熱方式將物料提升、揚撒下來，反復(fù)進行熱交換進行烘干。
[0022] (5)磨粉：使用振動磨等將干燥后的改性膨潤土根據(jù)用途磨細至需要粒徑。
[0023] 特別的，在第（1)步驟原料準(zhǔn)備所述膨潤土在改性之前還可以進行下面的洗滌、 分散、離心的步驟：同時選擇合適的分散劑高沸點芳烴溶劑，可在分選到提純膨潤土的同時 達鈉化改型的目的，提高粘度，經(jīng)活化后的膨潤土稱為活性白土，顏色為灰白或白色，鐵含 量比原來降低30 %，吸藍量40g/100g，白度80以上。在洗滌處理中，用純堿（Na2CO3)配成 10 %的洗滌液來代替?zhèn)鹘y(tǒng)上的自來水，大大加快膨潤土的洗滌過程，并減少自來水資源的 使用，洗滌后的膨潤土再經(jīng)分散，離心操作。經(jīng)過該步驟后的膨潤土在之后的改性處理中更 容易被有機物浸潤。
[0024] 所述的含鎂礦物粉的粒級可以是500-1000目，優(yōu)選為500目。本發(fā)明通過實驗發(fā) 現(xiàn)，將含鎂礦物粉由100目微化至500目，其膨脹率將增大3-5倍，從而呈幾何級數(shù)的提高 表面積和包裹性能，其吸水性和包裹能力大幅提升，進而可以在短時間迅速吸收水分并膨 大體積，有效的進行包裹，從整體上提高球團的粘結(jié)性能。
[0025] 為了達到更好的技術(shù)效果，上述含鎂礦物粉中優(yōu)選混合使用鎂石粉和白云石粉。 優(yōu)選的，所加入的鎂石粉和白云石粉的用量比為1~5:1，優(yōu)選為1:1。白云石是碳酸鹽礦 物，分別有鐵白云石和錳白云石，系碳酸鈣與碳酸鎂的天然復(fù)鹽。白云石屬于堿性耐火材 料，具有優(yōu)異的吸熱和導(dǎo)熱性能，能夠?qū)⒗w維素醚摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量迅速的傳遞到周圍環(huán) 境，從而有效的避免纖維素醚的溫度過快上升而導(dǎo)致的團聚。
[0026] 本發(fā)明所用到的原料均可從國內(nèi)外化工市場獲得，其規(guī)格符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即可。
[0027] 本發(fā)明中所述聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或聚硅氧烷環(huán)氧烷烴共聚物可以使 用分子量（本文所稱分子量均為重均分子量）幾千~10萬的市售聚合物產(chǎn)品，優(yōu)選2千~ 1萬的產(chǎn)品。本發(fā)明人經(jīng)研宄后發(fā)現(xiàn)，所述聚合物含親水性鏈段，其能降低球團的表面張力。 進而，所述聚合物對膨潤土進行有機插層，使膨潤土的層間距擴大至1. 7~3. Onm，將球團 內(nèi)毛細管道充分打開，水分迅速排出，保證了球團不爆球。該聚合物的使用提高球團礦的粘 結(jié)性能、抗爆裂性能以及冶金性能。
[0028] 本發(fā)明一個優(yōu)選方案的含鎂復(fù)合添加劑中主要的化學(xué)成分含量控制在MgO為 15~20%，SiO 2S 45~60%，有機質(zhì)含量為O~20%，水分〈10%。
[0029] 本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種含鎂復(fù)合添加劑的制備方法，其特 征在于包括：（1)將改性膨潤土、含鎂礦物粉和碳酸鈉配料，使改性膨潤土的重量百分比為 35~63%，含鎂礦物粉的重量百分比為35~63%，碳酸鈉的重量百分比為0. 5~2. 7%， (2)將上述組分混合在一起后，加入水，攪拌均勻，老化1~2天，干燥，用高壓氣流粉碎機粉 碎成500~1000目的顆粒。
[0030] 步驟⑵中的粉碎時間優(yōu)選為30~60分鐘。所述粉碎機可以是超微粉碎機、微 粉磨等粉碎設(shè)備，這些設(shè)備均可從商業(yè)途徑購買得到。
[0031] 所述改性膨潤土通過以下步驟獲得：使用選自腐植酸、木質(zhì)酸、木質(zhì)素中的一種或 多種與膨潤土、優(yōu)選有機膨潤土以1 :1~5的重量配比混合，加熱攪拌，干燥并磨粉。
[0032] 所述有機膨潤土通過以下步驟獲得：將膨潤土與聚氧化丙烯-氧化乙烯共聚醚或 聚硅氧烷環(huán)氧烷烴共聚物以1. 5~4 :1的重量配比直接混合，用加熱混合器混合均