一種鐵礦球團(tuán)用腐植酸改性膨潤土的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵礦球團(tuán)用腐植酸改性膨潤土的制備方法及其在制備精鐵礦球團(tuán)工藝中的應(yīng)用；屬于冶金工程材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]膨潤土的主要礦物成分為蒙脫石。蒙脫石晶體是由兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片構(gòu)成的2:1型層狀硅酸鹽。在蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)層中會出現(xiàn)同晶置換現(xiàn)象，SP硅氧四面體中的部分Si4+被Al 3+代替，鋁氧八面體中部分Al3+被Mg'Fe2+等替代，這種結(jié)構(gòu)不變而發(fā)生不等價陽離子的同晶置換，使得蒙脫石結(jié)構(gòu)帶負(fù)電。為使得電荷達(dá)到平衡，蒙脫石片層之間將吸附周圍帶正電的離子，通常為Na+和Ca'當(dāng)蒙脫石結(jié)合了水后，Na+和Ca2+的水合作用導(dǎo)致膨潤土晶層間距變大，蒙脫石發(fā)生膨脹，并且這些吸附上去的離子變成水化物，成為可交換的陽離子。相對于Na+、Ca2+帶有更多的正電荷，離子半徑大，勢能大，能更加緊密將蒙脫石晶層連接起來，水化作用減弱，膨脹性能降低，導(dǎo)致鈣基膨潤土的粘結(jié)性能相對較差。
[0003]目前膨潤土生產(chǎn)廠家通常先將天然鈣基膨潤土人工鈉化改性，以生產(chǎn)出鈉基膨潤土產(chǎn)品。常見的鈣基膨潤土鈉化改性方法有陳化法、擠壓法和懸浮液法。陳化法是在原礦或加工后的干粉中，加入鈉鹽配成溶液后攪拌混勻、堆放7?10天，并需經(jīng)常翻動攪拌，或者碾壓。此方法時間長，并且鈉化效果較差。而擠壓法則是在加入改性劑的同時，施加一定的壓力使得蒙脫石顆粒分開，加速Na+和Ca 2+的交換。此方法鈉化效果較好，也較為常用。但是擠壓過程會產(chǎn)生機械損耗。懸浮液法是在配漿的同時向水中加入鈣基膨潤土和純堿，經(jīng)浸泡打漿后脫水、干燥，磨粉制得鈉基膨潤土。
[0004]當(dāng)以膨潤土作球團(tuán)粘結(jié)劑時，不可避免地向球團(tuán)中帶入了 S1、Al等雜質(zhì)元素，降低了球團(tuán)礦的鐵品位。不少球團(tuán)廠嘗試通過向膨潤土中添加少量有機物來部分代替膨潤土以降低膨潤土的消耗，但實際球團(tuán)生產(chǎn)過程中，存在粘結(jié)劑分散不均勻而影響成球效果，且干燥、預(yù)熱和焙燒階段也存在一定問題，無法適應(yīng)我國現(xiàn)有的以鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯為主的球團(tuán)生產(chǎn)工藝。一部分膨潤土生產(chǎn)廠家對膨潤土進(jìn)行有機濕法改性:濕法改性是將鈉基膨潤土進(jìn)行濕法分散、鈉化改性，然后用長碳鏈有機陽離子取代蒙脫石層間的金屬離子，在攪拌或者振蕩條件下充分反應(yīng)，形成疏水的有機膨潤土，再經(jīng)過脫水、干燥、研磨成粉狀產(chǎn)品。這種方法有很大的缺點:濕法改性液固比很大(一般5:1?10:1)，而且礦漿成膠體狀不易過濾，脫水困難，直接烘干能量消耗極大；操作流程復(fù)雜，需要加熱攪拌等反應(yīng)過程，不適合大批量生產(chǎn)；而且多采用鈉基膨潤土作為原料，對于缺乏天然鈉基膨潤土資源的中國，要求先將天然鈣基膨潤土人工鈉化改性，這進(jìn)一步使膨潤土生產(chǎn)的工藝流程加長，成本和能耗顯著增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有的改性膨潤土的制備工藝存在操作流程復(fù)雜，能耗高，對鈣基膨潤土改性效果差的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種流程短、操作方便、生產(chǎn)成本低的腐植酸改性鈣基膨潤土的制備方法，通過該方法制備的腐植酸改性鈣基膨潤土相對天然鈣基膨潤土粘結(jié)性能得到明顯改善。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是在于提供所述的腐植酸改性膨潤土在制備鐵精礦球團(tuán)中的應(yīng)用，腐植酸改性鈣基膨潤土能夠有效提高鐵精礦生球、預(yù)熱球團(tuán)和焙燒球團(tuán)的強度。
[0007]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種鐵礦球團(tuán)用腐植酸改性膨潤土的制備方法，該方法是將天然鈣基膨潤土破碎、研磨后，通過噴灑方式向研磨后的天然鈣基膨潤土中添加腐植酸鈉和有機季銨鹽混合溶液，混合均勻，再壓團(tuán)成型；所得團(tuán)塊依次經(jīng)過陳化、干燥、破碎和研磨，即得腐植酸改性膨潤土 ；其中，腐植酸鈉、有機季銨鹽與鈣基膨潤土三者的干基質(zhì)量比為5?30:1?5:100。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案中首次以腐植酸鈉和有機季銨鹽對天然鈣基膨潤土進(jìn)行共改性，兩者在對天然鈣基膨潤土改性過程中產(chǎn)生協(xié)同增效作用。在壓團(tuán)和陳化過程中Na+和季銨陽離子行可以進(jìn)入鈣基蒙脫石晶層中取代部分Ca2+，有機季銨鹽能順利插入蒙脫石的片層中，將蒙脫片層間距撐大，有利于促進(jìn)鈉化改性的進(jìn)一步順利進(jìn)行；特別是有機季銨鹽與腐植酸的官能團(tuán)之間進(jìn)行化學(xué)鍵合，在蒙脫石片層和外部都形成了有機相連接，有利于鈣基膨潤土的有機化改性。相對現(xiàn)有的對天然鈣基膨潤土的濕法改性方法，工藝步驟簡化，且在常溫下即能實現(xiàn)，改性效率明顯提高，降低了改性膨潤土的生產(chǎn)成本。
[0009]本發(fā)明的鐵礦球團(tuán)用腐植酸改性膨潤土的制備方法還包括以下優(yōu)選方案:
[0010]優(yōu)選的方案中，天然鈣基膨潤土破碎、磨細(xì)至粒度滿足-1.0mm粒級質(zhì)量百分比含量不低于90%。天然鈣基膨潤土通過破碎、細(xì)磨至適宜的粒度，一方面有利于后續(xù)的壓團(tuán)成球，另一方面有利于其內(nèi)部的鈉化改性和有機改性。
[0011]優(yōu)選的方案中，壓團(tuán)成型過程中控制天然鈣基膨潤土與腐植酸鈉溶液混合物中的水分含量為20?50wt%。適當(dāng)?shù)乃趾繒光}基蒙脫石發(fā)生膨脹，鈣基蒙脫石晶層間距變大，有利于離子交換，對其進(jìn)行改性。
[0012]優(yōu)選的方案中，壓團(tuán)成型通過沖壓成型機或擠壓成型機擠壓成型實現(xiàn)，成型壓力為10?25MPa。在適當(dāng)?shù)膲毫ψ饔孟掠欣诟髟现g相互作用，促進(jìn)粘結(jié)成型以及離子交換。
[0013]優(yōu)選的方案中，陳化過程是在室溫條件下陳化3?10天。
[0014]優(yōu)選的方案中，有機季銨鹽為二甲基雙十八烷基氯化銨、三甲基十八烷基氯化銨和三甲基十六烷基溴化銨中的至少一種。優(yōu)選的有機季銨鹽至少含有一個分子量相對較大的長鏈烷基及季銨陽離子基團(tuán)，季銨陽離子可以與腐植酸鈉酸根離子鍵合，而長鏈烷基可以對天然鈣基膨潤土內(nèi)部有機改性。
[0015]優(yōu)選的方案中，干燥溫度不高于80°C。
[0016]優(yōu)選的方案中，腐植酸改性膨潤土粒度滿足-0.074mm粒級質(zhì)量百分比含量不低于 99%o
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案中涉及的腐植酸鈉溶液為市售腐植酸鈉溶于水所得。
[0018]本發(fā)明還提供了所述的腐植酸改性膨潤土的應(yīng)用，該應(yīng)用是將腐植酸改性膨潤土作為粘結(jié)劑應(yīng)用于鐵精礦球團(tuán)的制備工藝。
[0019]優(yōu)選的應(yīng)用方法中，腐植酸改性膨潤土干基質(zhì)量占鐵精礦干基質(zhì)量的0.3?1.0%o
[0020]優(yōu)選的應(yīng)用方法中，鐵精礦粒度滿足-0.074mm粒級質(zhì)量百分比含量不低于80%，且比表面積不低于1200cm2/g。
[0021]相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益效果在于:相對傳統(tǒng)鈣基膨潤土濕法改性，本發(fā)明的技術(shù)方案對膨潤土的鈉化改性和有機改性在一個操作過程中同時進(jìn)行，使工藝流程縮短、簡化操作，降低生產(chǎn)成本；而且能極大的降低干燥脫水過程的能耗，節(jié)能顯著；特別是將腐植酸改性膨潤土產(chǎn)品應(yīng)用到鐵精礦球團(tuán)中，其使用量僅為0.3?1.0%，明顯低于鈣基膨潤土的用量(大于2.5% )，且獲得的生球落下強度不低于4次/0.5m，爆裂溫度大于600°C，預(yù)熱球抗壓強度可達(dá)450N/個以上，焙燒球抗壓強度可達(dá)2500N/個以上，成品球團(tuán)礦的全鐵品位TFe可以提尚1%以上。
【具體實施方式】
[0022]以下實施例旨在進(jìn)一步說明本
【發(fā)明內(nèi)容】
，而不是限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0023]在以下各例中，使用的鐵精礦粒度為-0.074mm粒級所占質(zhì)量百分含量為88%、比表面積為1450cm2/g ;球團(tuán)預(yù)熱、焙燒