免烘干粘合剂在钢厂除尘灰中的应用（888）.doc

免烘干粘合剂在钢厂除尘灰中的应用河南建杰实业有限公司-张华萍1 引言1.1 钢铁工业发展的现状钢铁产业是我国国民经济的重要基础产业，改革开放以来取得了长足的发展。1996年以来，钢产量已经连续13年居世界第一，2008年产量高达5.02亿吨，约占全球总量的37.8%，与排名第二至第九位的八国总产量相当。虽然产量较高，但其中也存在许多问题。随着我国钢铁行业的高速发展，钢铁产量逐年增长，对铁矿石的需求量也迅猛增长。而我国优质的铁矿资源比较匮乏，复杂难开发的铁矿石资源利用率低以及我国的铁矿石生产企业产能不足，导致国内的铁矿石市场呈现严重供不应求状态，于是大家把眼光转向国外的铁矿石市场。然而近年来，进口铁矿石价格飙升，直接导致我国铁矿石进口成本大幅增加，进而造成国内铁矿石价格、能源价格，甚至居民消费品价格的联动性上涨，这不仅对我国钢铁产业造成严重影响，对国民经济的健康持续发展也构成了巨大威胁。因此，寻求一种新的铁矿替代资源有十分重要的意义。钢铁行业是一个高产出、高耗能的企业，同时也是一个高污染的三高企业。随着环境立法要求越来越严格，对钢铁企业环境适应性要求也不断提高。同时钢铁企业在冶炼生产过程中，会有大量的粉尘、烟尘、尘泥等废弃物产生，这些物质有害杂质少、矿物质含量高（如Fe、Mn、C等），具有很高的回收利用价值。无论是从合理利用资源出发，还是从保护环境消除粉尘污染出发，充分利用钢铁企业中的各种粉尘已是现代钢铁企业生产中不可缺少的一个组成部分。因此一些降低能源消耗、减少废弃物排放以及废弃物回收再利用的技术方法在钢铁企业得到大力推广。近几年一些钢铁厂的除尘灰回收利用技术已得到成功应用。1.2钢铁行业除尘灰的特点和分类钢铁企业生产规模大、生产流程工序多、结构复杂，生产过程伴随排放大量废弃物。废弃物的主要是除尘器的细粉尘和各种生产过程中产生的尘泥（如：高炉粉尘、转炉除尘灰、转炉尘泥等），同时也带走大量的含铁资源，具有很高的回收利用价值。1.2.1钢铁企业所产生的废弃物的分类这些废弃物从来源上可以分两种。一是炼铁废弃物，包含炼铁炉渣、高炉粉尘等。高炉炼铁中产生的煤气（称高炉瓦斯）携带出部分原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒。对其进行净化处理，经干法除尘出去的为瓦斯灰，经湿法除去的细粒为瓦斯泥，两者统称为高炉粉尘。高炉粉尘中的主要成分与进入高炉的物料性质有关，主要有铁矿粉、焦粉和煤粉，并含有少量的S、AL、Ca、Mg等元素，也有一些企业高炉粉尘含有Pb、Zn、As等有害元素。如瓦斯泥总铁含量在38%左右，经过二次磁选后，全铁含量可达到59%，甚至更高。二是炼钢废弃物，包含：转炉除尘灰、转炉尘泥、电炉尘泥、钢渣和氧化铁皮等。炼铁工艺过程中，添加到炉内的原料有2%转变成粉尘。转炉尘的发生量月为20kg/吨钢，电炉尘的发生量为10-20kg/吨钢。炼铁粉尘中主要含有FeO（Fe2O3 ）、CaO、MgO、K2O、Na2O ，总铁含量约在50%左右。随着转钢铁生产的发展，生产工艺日趋完善，相应的除尘技术不断发展完善。废弃物中粉尘净化回收主要有两种方式，一种是湿法除尘(OG法)，另一种是干法除尘(LT法)。从环保和经济的角度出发，干法除尘应用越来越广泛。所以根据除尘灰方式的不同，可分为尘泥（或污泥）和除尘灰。1.2.2钢厂除尘灰的来源和特点钢厂除尘灰是钢铁企业干法除尘的废弃物之一，在炼铁高炉、炼钢转炉过程中产生，应用较多的一般是转炉除尘灰。转炉除尘灰一般是指转炉在吹炼过程中产生的烟气经干法除尘后得到的细小粉尘，具有含铁量高，粒度细，比表面积大的特点，同时含有大量的CaO等碱性氧化物，其中铁以Fe3O4和Fe2O3存在，粉尘表面带正电，具有吸附负离子的能力。特别是在钢铁工业大力提倡干法除尘的大背景下，新兴的LT干法除尘越来越受重视，转炉除尘灰的产量也将会越来越大。转炉除尘灰中含铁含量较高，TFe50，是一种优质的含铁资源，若不对其加以利用，不仅造成资源的浪费，而且其堆放要占用大量的土地，同时也可能对环境造成污染。从冶金的角度来说，转炉除尘灰粒度细、含铁高、含CaO高是其显著的特征。因此对减排收集到的除尘灰一定要千方百计的回收利用，变废为宝。不仅可以合理利用资源同时又能减少环境的污染。废弃物的回收利用过程中要求实现无尘处理，经常采用的方式有粘结成形、造球、压块、制砖等工艺方法。针对于转炉除尘灰目前最常用的工艺就是造球，既生产冷压球团。将处理后的转炉除尘灰配上合适的粘合剂，加上合适的水搅拌均匀，在对辊压球机上制备成球团。 2 冷压球团粘合剂的介绍2.1国内外粘合剂的发展现状粘合剂的用途极为广泛，发达国家粘合剂工业已经进入了非常发达的阶段。据报道世界粘合剂的销售年均增长5%，增长最快的地区是发展中国家，预计我国今后粘合剂将保持在11%以上，目前我国的粘合剂产业已经形成门类较齐全的体系，但与发达国家相比还是存在以下的差距和问题，表现如下：1 产量小，产品质量差，品种系列不全。2 对引进的技术和设备消化和改进提高不够。3 产品原料、添加剂和成品质量差。4 应用研究缺乏，技术含量较低。2.1.1钢铁除尘灰粘合剂粘合剂在除尘灰加工领域的一个重要用途就是矿粉成型，特别是粉料的冷固成型。它的好坏直接关系到冷压球团的性能及质量的好坏。常用粘合剂有膨润土、糖浆、腐殖酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、水泥等。2.1.2常用粘合剂分类有关粘合剂的分类，不同的角度有不同分类方法。按主要成的物质类别可以分为有机粘合剂、无机粘合剂和复合粘合剂。如表1所示。表1类别实例无机粘合剂膨润土、水泥、水玻璃、石膏硼酸盐有机粘合剂预糊化淀粉、糊精、煤焦油、腐殖酸钠、CMC、CMS复合粘合剂膨润土+糊精、环保粘合剂N对于矿粉粘合剂的研究，有着很长的历史。早在球团工艺刚刚兴起的时候，人们就开始探索，但是至今未能找到一种很理想的矿粉粘合剂。目前，无机粘结剂存在一些无法战胜的问题，如加量大、成球率低、干强度差、灰分大、引入的有害杂质多等缺点。迫使大家寻求新的粘结剂。人类对天然高分子物质的利用有着悠久的前史。早在20世纪初，大家在天然高分子的改性以及高分子化合物的组成上已取得了很大的效果。淀粉以外，大家先后开发了煤焦油、沥青、纸浆废液、丙烯酸铵、佩利多、纤维素等有机粘结剂。有机粘结剂一个固有的长处，即它们在球团焙烧进程中被灼烧掉了，并且有些能使球团矿的机械强度有显着改进，有些还能使球团冶金功能变好。1995年俄罗斯研究了羧甲基纤维素钠，研究结果表明：加入1.5羧甲基纤维素钠的球团能保证达到加入1.5左右膨润土的球团的干球强度标准。可是，无论是天然的高分子还是人工组成的化合物，对其内部构造研讨还较浅薄。工业上需求更多的高分子化合物的理论知识来指导生产，所以这一方面的研讨亟待深入研发。传统的无机粘合剂如膨润土、水玻璃、硼酸盐等，可以作为有效的粘合剂，有助于球团的成型，但会使除尘灰中的有害元素增加，铁的品味降低，球团的冶金性能变差，甚至造成环境的二次污染。有机粘合剂如淀粉、纤维素、腐殖酸钠、煤焦油、丙烯酰胺等在球团焙烧过程中被挥发或燃烧分解，对球团的铁品味有利，但是价格高，抗温性能差，球团在高温炉中易爆，危害高炉安全，影响冶炼效率，无法满足正常使用要求。所以复合粘合剂的研发就能满以上两点的不足。目前，大家都能明白复合粘合剂的优势，但是合适的性价比高的粘合剂还很少，所以合适的原料、恰当的配在研发复合粘合剂时至关重要。3 粘合剂在除尘灰球团生产中的应用除尘灰目前在钢铁行业循环利用常用方法是：返回原料场进行重新造块，如冷压球团法。首先将粉尘配加还原剂（煤粉）、黏结剂等进行造球，造好的具有一定强度的生球经烘干机烘干后生球的水分降低至3%以下，然后将烘干的生球通过振动布料机均匀布置在转底炉内，转底炉内温度控制在1100-1300，球团在炉内发生直接还原反应。而烘干工艺还需要提供热能的锅炉设备，其通过煤炭、天然气或电等转换能量。但随着国家节能环保政策越来越严，燃煤锅炉已被淘汰，锅炉设备一般以天然气为燃料或电力设备来提供能量，但易使企业成本过高，且需日常维护锅炉设备，工艺繁杂，设备投资大。为节省企业能耗、控制生产成本，满足新老客户免烘干的需求，河南建杰实业有限公司凭着十多年的粘合剂研发经验，研制出了适合各种钢铁除尘灰成型的免烘干粘合剂。克服了传统粘合剂的缺点，具有免烘干、抗氧化钙、强度高、适用性强、性价比高等特点。3.1免烘干粘合剂的适用性钢铁企业在炼铁高炉、炼钢转炉生产中，每冶炼一吨钢大约有1220 kg的烟气除尘灰产生，这类除尘灰具有粒度细、含铁量高、含氧化钙高、有害杂质少等主要特征。高炉除尘灰含铁量一般在20-30%之间，含氧化钙3-5%。转炉除尘灰含铁量50%以上，粒度细（大概在5000目左右），比表面积大，同时含有大量的CaO（10%左右）等碱性氧化物。下面是一些钢铁厂除尘灰中成分含量分析表，如表2。表2 钢铁厂除尘灰中成分含量分析名称TFeCaOSiO2MgOCAl2O3高炉灰24.23.52.04.233.31.9转炉灰60.710.54.42.51.61.7从除尘灰的成分上看都含有生石灰（CaO），生石灰遇水发生反应生成氢氧化钙。该反应一方面放出大量热，同时体积会发生膨胀（1.5到2.5倍）。所以在造球前必须经加水浸润、充分消解，否则成品冷压球极易粉化，影响造球强度，甚至无法成球。对含活性较高CaO、MgO的一次粗灰在成球前用水消解，加水量为矿粉质量的1820 %，隔绝空气密闭6小时以上，彻底情况需要24小时。除尘灰中的活性氧化钙若事先不进行消解，严重影响后期的球团的成型率和冷强度，甚至出现粉化现象。但是一些厂家觉得提前消解会增加生产成本和延长生产时间等。因此对除尘灰不消解，冷压球团的出现分化和强度不足的情况，也可以加入河南建杰实业有限公司研制的免烘干粘合剂，既可以抗氧化钙，防止吸水膨胀崩解，又能达到免烘干的效果。3.2免烘干粘合剂产品介绍免烘干粘合剂是以淀粉为主料，加入膨润土、增粘剂、增强剂、改性剂、抗高温等原料，通过一系列工艺生产而成的复合粘合剂。不仅粘性高、冷压强度高、固化速度快，而且有害杂质少、成分稳定，有一定抗高温防爆性能。因为它独有的特性，在球团生产中效果非常好，既可取得高的生球强度，也不会降低球团矿的品位，经济实用。3.2.1抗氧化钙和免烘干机理除尘灰中氧化钙吸水膨胀1.52.5倍，是解决崩解问题的关键，只有阻止了这种膨胀才能解决崩解问题。河南建杰实业有限公司的工程师通过对各种原料成分分析，从根本上解决问题，研制出了免烘干又抗氧化钙的粘合剂。免烘干粘合剂是一种复合粘合剂，其中的主要成分是AY和BY能形成酸性环境与氧化钙的碱性环境相互抵消，而溶解的SO与CaO形成一层膜，又对CaO的水化过程进行阻隔，使得固化收缩作用成为主要作用，而直接绕开了氧化钙消解膨胀的环节，从氧化钙直接固化成碳酸钙与其他成分的综合晶格。加快了固化速度，提高了固化强度。既防止了球团崩解、粉化现象，又免除烘干过程。3.2.2.适用范围适用于高炉除尘灰、转炉灰、尘泥等制球后需要免烘干场合，也可用在含有未消解或不完全消解氧化钙的除尘灰中使用，可有效抵消氧化钙遇水消解膨胀，造成制品龟裂崩解粉化的现象。该粘合剂也可用于其他含氧化钙场合（如建材等需要消解的材料中），也可在不含氧化钙物料中作为正常粘合剂使用。3.2.3应用特点1 成球率高达98%；初始强度好，2米自由落体不碎；干燥后单个球体抗压强度1小时后达500N左右，20小时后900N以上，无龟裂、崩解、粉化现象。2 不增加灰分，不降低热值，不降低品位；粘结力强，成型效果好，外观均匀美观。3 各项指标均符合钢厂要求。4 绿色环保：主要原料长绒棉，加酸、碱等化学试剂，经一系列复杂的化学反应而成，另掺有部分无机粘合剂。均为绿色环保材料。不影响产品品质，对人体安全无害，对环境友好。3.2.4使用方法和加量1 粘合剂均匀加入物料中，物料与粘合剂的比例要根据物料成分、粒度、比表面积来决定，一般加量为3-5%。2 将物料润湿，视物料湿度情况喷洒适量水。3 搅拌均匀后，手握成团，即可压球。3.2.5注意事项1 该产品加水量比其他粘合剂加水量略少（以手抓成团搓揉可散为准），加水搅拌时间不可太长，以防提前固化。2 产品压成有稍低湿强度，1小时后可以有一定承压能力，20小时基本达到最终强度。3 产品用在含未消解氧化钙45%以下的除尘灰制球中，有效