一種鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料制成：鋁土礦選礦尾礦70-85%、促進劑10-20%、聚合氯化鐵3-5%、Na2CO32-5%；該粘結劑制備方法包括以下步驟：將各原料混合均勻后再采用球磨機械活化處理即得。本發(fā)明以難處理二次資源的高效利用為目標，開發(fā)出的鋁土礦選礦尾礦基改性粘結劑可作為鐵礦球團工業(yè)中傳統(tǒng)粘結劑（膨潤土）的替代品，同時可以大幅度降低選礦尾礦對土地的占用以及對環(huán)境的危害，不僅解決了大量堆存的選礦尾礦的資源化問題，還降低了球團生產成本，具有顯著的經濟和社會效益。
【專利說明】一種鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于礦物加工【技術領域】，具體涉及一種鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑 及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 我國鋁土礦資源豐富，但優(yōu)質鋁土礦資源短缺，主要以高鋁、高硅的難溶一水硬鋁 石型鋁土礦為主，鋁硅比低，難以滿足較為經濟的常規(guī)拜耳法生產氧化鋁工藝的要求。為了 合理利用中低品位鋁土礦資源，我國科研工作者開始采用選礦方法對低品質鋁土礦進行選 礦預處理，取得了良好的鋁硅分離效果，為拜耳法工藝提供了優(yōu)質的原料，形成了選礦拜耳 法生產氧化鋁的新工藝，并已得到工業(yè)化實施。但是，采用選礦拜耳法工藝生產氧化鋁的過 程中產生了大量廢棄物--錯土礦選礦尾礦，產出量占原礦25%左右。以60萬噸氧化鋁產 量計，消耗鋁土礦150萬噸，將產生33萬噸尾礦。鋁土礦選礦尾礦的堆存導致大面積土地 的浪費，并對環(huán)境造成了污染。此外，鋁土礦選礦尾礦的鋁硅比在1.5左右，顆粒平均粒徑 約8. 5um，-74um粒級大于90%，-10um微細粒級含量大于50%，是一種極細的具有開發(fā)利用 價值的二次資源。因此，尾礦處理成為選礦拜耳法生產氧化鋁可持續(xù)發(fā)展的難點，尾礦的再 利用已是鋁工業(yè)發(fā)展和資源循環(huán)利用的關鍵。
[0003] 近年來，人們針對鋁土礦選礦尾礦對土地占用、環(huán)境危害等問題更加重視，特別是 在鋁土礦選礦尾礦的堆存方面開展了大量的研究。例如，中南大學、中國鋁業(yè)公司等單位 就鋁土礦選礦尾礦的堆存申請了相關發(fā)明專利，如"一種鋁土礦選礦洗礦尾礦堆存的方法" (ZL200610156329. 2)、"一種鋁土礦選礦尾礦的堆存方法"（CN200910236342. 2)以及"一種 絮凝劑處理鋁土礦選礦尾礦的方法"（CN200910312319. 7)等。這些方法可以有效的解決選 礦尾礦不易沉降等問題，有利于尾礦的高效堆存。但是尾礦的堆存依然占用大量土地，而且 未能使選礦尾礦得到資源化利用。
[0004] 針對鋁土礦選礦尾礦的資源化利用問題，中南大學、中國鋁業(yè)有限公司、北京科 技大學等先后進行了大量研究，并申請了一系列相關專利。曹慧君等在"一種鋁土礦選礦 尾礦綜合利用方法"（CN200710118669.0)中，采用強磁選-微生物-光化學聯(lián)合法分離 鐵質礦物，殘渣用于生產耐火材料。楊華明、盧清華等采用鋁土礦選礦尾礦制備填料或顏 料，如"一種改性尾礦粉體的制備及該粉體用作聚合物填料的方法"（CN200710034335. 5)、 "一種鋁土礦選礦尾礦制備塑料填料的方法"（CN200910237586. 2)和"一種利用鋁土 礦選礦尾礦制備白色防腐顏填料的方法"（ZL201010183153. 6)等，這些方法雖然可以 促進選礦尾礦的利用，但是使用量小，不能有效的降低尾礦的堆存量。此外，一些研究 者申請了采用選礦尾礦制備耐火材料或耐火磚的專利，如"一種鋁土礦浮選尾礦制備粘 土耐火磚的方法"（CN200810115447. 8)、"一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材 料的方法"（ZL201210461103. 9)以及"黃金尾礦及鋁礦尾礦制作耐火透氣磚的方法" (CN201310696568. 7)等。張文生等采用煅燒后的選礦尾礦和粉煤灰制備復合硅酸鹽水泥的 高活性混合材（ZL201010178839. 6)，婁東民等采用鋁土礦選礦尾礦制備復合仿瓷木材（ZL 200910236344. 1)，韓敏等采用鋁土礦浮選尾礦制備人造石（ZL201110237163. 8)。然而，制 備耐火材料工藝對選礦尾礦的化學成分要求較高，通常要對原料進行預處理才能滿足生產 要求，同時耐火材料生產能耗較高，不能有效地發(fā)揮尾礦的附加價值。同時，以鋁土礦尾礦 為原料生產水泥或陶瓷材料，必須考慮到尾礦的放射性問題，在工業(yè)應用前需要進一步處 理。東北大學王耀武等（CN200910013204. 8)以鋁土礦浮選尾礦為原料，制備高鋁含量的一 次鋁硅合金，在生產過程中不產生二次污染。但是，選礦尾礦中通常含有10%以上的鐵元 素，因此使用前必須脫除尾礦中的鐵，生產成本高，難以實現(xiàn)工業(yè)化?？傊?，上述專利雖然為 鋁土礦選礦尾礦的有效利用提供了技術支持，但是現(xiàn)有方法或者技術尚不能大規(guī)模的利用 尾礦，使得尾礦的資源化問題長期未得到有效解決。
[0005] 鐵礦球團具有TFe品位高、冶金性能良好以及改善高爐料柱透氣性等優(yōu)點，被認 為是實現(xiàn)高爐爐料結構優(yōu)化所必需的優(yōu)質爐料。近年來國內各大鋼鐵企業(yè)都在大力發(fā)展 鐵礦球團的生產。粘結劑是生產鐵礦球團的關鍵性輔助原料，其性能優(yōu)劣直接關系著球 團礦的質量好壞。目前，國內外絕大多數(shù)球團廠都采用膨潤土作粘結劑，其用量一般為 2%?3%，高者達5%。2010年，我國球團礦產量約1. 3億噸，需要消耗粘結劑在260萬噸/ 年以上（以膨潤土用量2%計)，可見球團工業(yè)對粘結劑的需求量巨大。針對鐵礦選礦尾礦 的特點，國內部分學者開展了鐵礦選礦尾礦制備球團粘結劑的相關研究，如申請了 "一種 氧化球團用赤泥復合粘結劑"（CN201210277680. 2)、"一種球團用粘結劑及其生產方法" (CN201310404554. 3)、"一種鐵礦球團用粘結劑及其制備方法"（CN101215632A)、"一種鐵礦 球團用鈉基膨潤土基粘結劑及其制備方法"（CN100562589C)等專利。然而，上述方法僅限 于含鐵尾礦，現(xiàn)今尚無有關利用鋁土礦選礦尾礦制備鐵礦球團粘結劑方面的報道。
[0006] 膨潤土的主要成分是蒙脫石，是一種高嶺土類天然礦物。而鋁土礦選礦尾礦主要 以高嶺土類層狀硅酸鹽礦物形式存在，礦物表面活性官能團多，且具有較強的吸附性、復水 性能、膨脹性能、可塑性能和離子交換性能。此外，鋁土礦選礦尾礦顆粒細小，比表面積大， 具有良好的膠體特性，這一性質與膨潤土的化學性質基本相似。因此，利用大量閑置的鋁土 礦選礦尾礦制備球團粘結劑，替代目前傳統(tǒng)的無機膨潤土粘結劑，具有巨大的優(yōu)勢和廣闊 的市場應用前景。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種價格低廉、粘結性強的以鋁土礦選礦尾礦為主要原料 制備的鐵礦球團粘結劑；本發(fā)明的另一個目的是提供該粘結劑的制備方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料制成：鋁土礦選礦尾礦70-85%、促進 齊[J 10-20%、聚合氯化鐵3-5%、Na2C032-5% ;其中所述促進劑為羧甲基纖維素鈉或腐植酸。
[0009] 所述鋁土礦選礦尾礦鋁硅比< 1. 5,顆粒粒度-0. 074mm目>95%，吸水性強，吸水后 具有膠體特性，10%質量濃度的鋁土礦選礦尾礦礦漿電位> -200 mV。
[0010] 所述的促進劑(羧甲基纖維素鈉或腐植酸)pH為8-10,平均分子量> 5000道爾頓， 3wt%的促進劑溶液粘度> 1000 mPa. s，其粒度為彡0. 074 mm。
[0011] 所述聚合氯化鐵為固態(tài)產品，粒度< 0.074 _，使用時需預先與鋁土礦選礦尾礦 混合均勻。
[0012] 上述鐵礦球團粘結劑的制備方法，包括以下步驟：將各原料混合均勻后再采用球 磨機械活化處理即得；其中球磨機轉速500r/min-800r/min，球料比30%-50%，活化時間10 min-30 min，球磨水分(質量百分比）10%_15%。
[0013] 較好的，上述方法中，先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混合均勻后再加入促進 劑和Na 2C03混勻，接著加入水進行球磨機械活化處理。
[0014] 采用上述技術方案的鐵礦球團粘結劑制備鐵礦球團時，以球團粘結劑的結構與性 能關系、表面官能團的組裝理論為基礎，鐵礦球團粘結劑的添加量為鐵精礦質量的〇. 5%? 1. 5%。與配加2%的膨潤土的鐵礦球團相比，二者的生球強度基本相當，預熱球抗壓和耐磨 強度明顯改善。同時，本發(fā)明產品具有良好的鐵礦粉原料適應性，分別以磁鐵精礦、赤鐵精 礦為造球原料，以本發(fā)明產品為粘結劑制備球團，二者的成球性能良好并且接近，球團質量 均可滿足生產要求。采用本發(fā)明制備的生球團、預熱球以及焙燒球質量不僅可以滿足現(xiàn)有 氧化球團生產工藝的要求，也可以滿足冷固結球團的生產要求。
[0015] 本發(fā)明以難處理二次資源的高效利用為目標，所用的主要原料鋁土礦選礦尾礦屬 于典型的二次資源，開發(fā)出的鋁土礦選礦尾礦基改性粘結劑可作為鐵礦球團工業(yè)中傳統(tǒng)粘 結劑(膨潤土）的替代品，同時可以大幅度降低選礦尾礦對土地的占用以及對環(huán)境的危害， 不僅解決了大量堆存的選礦尾礦的資源化問題，還降低了球團生產成本，具有顯著的經濟 和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明制備方法工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0017] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0018] 對照例1 將-0. 074 mm粒級> 80% (質量百分數(shù)）的磁鐵精礦和膨潤土 (用量為磁鐵精礦質量的 2. 0%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為75%，生球落下強度為4. 8次/0. 5m，生球抗壓 強度為10. 5 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球的抗壓強度為150 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1250°C、焙燒時間10 min條件下，預 熱球抗壓強度為500 N/個，AC轉鼓為3. 43% ;焙燒球團抗壓強度為3200 N/個。
[0019] 對照例2 將-0. 074 mm粒級> 80% (質量百分數(shù)）的赤鐵精礦和膨潤土 (用量為赤鐵精礦質量的 2. 0%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為65%，生球落下強度為3. 6次/0. 5m，生球抗壓 強度為11. 〇 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球的抗壓強度為180 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1280°C、焙燒時間10 min條件下，預 熱球抗壓強度為450 N/個，AC轉鼓為3. 85% ;焙燒球團抗壓強度為2900 N/個。
[0020] 實施例1 一種以鋁土礦選礦尾礦為主要原料制備的鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料 制成： 鋁土礦選礦尾礦80%，其鋁硅比為1. 2,10%質量濃度的礦漿電位為-225 mV，粒度 ^ 0. 074 mm ; 羧甲基纖維素鈉15%，pH為10,平均分子量為10000道爾頓，3%質量濃度的溶液粘度為 1800 mPa. s，其粒度彡 0· 074 mm ; 聚合氯化鐵3%，粒度< 0. 074 mm ; Na2C03 2% 〇
[0021] 上述粘結劑的制備方法包括以下步驟：先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混合均 勻后再加入羧甲基纖維素鈉和Na 2C03混勻，接著加入水進行球磨機械活化處理即可；其中 高能球磨轉速為600 r/min，球料比為30%，活化時間為30 min，球磨水分為15%。
[0022] 將-0. 074 mm粒級> 80% (質量百分數(shù)）的磁鐵精礦和實施例1粘結劑(用量為磁 鐵精礦質量百分數(shù)〇. 75%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為85%，生球落下強度為4. 5 次/0.5m，生球抗壓強度為11. 2 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球 的抗壓強度為280 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1250°C、焙燒時間 10 min條件下，預熱球抗壓強度為512 N/個，AC轉鼓為3. 20% ;焙燒球團抗壓強度為3310 N/個。
[0023] 實施例2 一種以鋁土礦選礦尾礦為主要原料制備的鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料 制成： 鋁土礦選礦尾礦75%，其鋁硅比為1.0,10%質量濃度的礦漿電位為-245 mV，粒度 < 0. 074 mm ; 羧甲基纖維素鈉15%，pH為10,平均分子量為10000道爾頓，3%質量濃度的溶液粘度為 1800 mPa. s，其粒度彡 0· 074 mm ; 聚合氯化鐵5%，粒度< 0. 074 mm ; Na2C03 5%。
[0024] 上述粘結劑的制備方法包括以下步驟：先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混合均 勻后再加入羧甲基纖維素鈉和Na 2C03混勻，接著加入水進行球磨機械活化處理即可；其中 高能球磨轉速為800 r/min，球料比為30%，活化時間為30 min，球磨水分為15%。
[0025] 將-0. 074 mm粒級> 80% (質量百分數(shù)）的赤鐵精礦和實施例2粘結劑(用量為赤 鐵精礦質量百分數(shù)1. 〇%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為83%，生球落下強度為3. 9 次/0.5m，生球抗壓強度為12. 6 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球 的抗壓強度為310 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1280°C、焙燒時間 10 min條件下，預熱球抗壓強度為490 N/個，AC轉鼓為3. 30% ;焙燒球團抗壓強度為2840 N/個。
[0026] 實施例3 一種以鋁土礦選礦尾礦為主要原料制備的鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料 制成： 鋁土礦選礦尾礦80%，其鋁硅比為1. 2,10%質量濃度的礦漿電位為-225 mV，粒度 < 0. 074 mm ; 腐植酸15%，pH為9. 5,平均分子量為15000道爾頓，3%質量濃度的溶液粘度為2100 mPa. s，其粒度< 0. 074 mm ; 聚合氯化鐵3%，粒度< 0. 074 mm ; Na2C03 2%。
[0027] 上述粘結劑的制備方法包括以下步驟：先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混合均 勻后再加入腐植酸和Na 2C03混勻，接著加入水進行球磨機械活化處理即可；其中高能球磨 轉速為800r/min，球料比為50%，活化時間為30min，球磨水分為10%。
[0028] 將-0. 074 mm粒級> 80% (質量百分數(shù)）的磁鐵精礦和實施例3粘結劑(用量為磁 鐵精礦質量百分數(shù)〇. 75%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為75%，生球落下強度為4. 0 次/0.5m，生球抗壓強度為11.8 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球 的抗壓強度為265 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1250°C、焙燒時間 10 min條件下，預熱球抗壓強度為524 N/個，AC轉鼓為3. 35% ;焙燒球團抗壓強度為3432 N/個。
[0029] 實施例4 一種以鋁土礦選礦尾礦為主要原料制備的鐵礦球團粘結劑，由以下重量百分比的原料 制成： 鋁土礦選礦尾礦75%，其鋁硅比為1.0,10%質量濃度的礦漿電位為-245 mV，粒度 < 0. 074 mm ; 腐植酸15%，pH為9. 5,平均分子量為15000道爾頓，3%質量濃度的溶液粘度為2100 mPa. s，其粒度 < 0· 074 mm ； 聚合氯化鐵5%，粒度< 0. 074 mm ; Na2C03 5%。
[0030] 上述粘結劑的制備方法包括以下步驟：先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混合均 勻后再加入腐植酸和Na 2C03混勻，接著加入水進行球磨機械活化處理即可；其中高能球磨 轉速為800r/min，球料比為50%，活化時間為30min，球磨水分為10%。
[0031] 將-0. 074 _粒級> 80% (質量百分數(shù)）的赤鐵精礦和實施例4粘結劑(用量為赤 鐵精礦質量百分數(shù)1. 〇%)進行配料，混合，造球。生球的成球率為76%，生球落下強度為3. 6 次/0.5m，生球抗壓強度為12. 2 N/個；在干燥溫度105 °C、干燥時間120 min條件下，干球 的抗壓強度為294 N/個；在預熱溫度950 °C、預熱時間10 min、焙燒溫度1280°C、焙燒時間 10 min條件下，預熱球抗壓強度為476 N/個，AC轉鼓為3. 13% ;焙燒球團抗壓強度為2920 N/個。
[0032] 通過上述實施例和對照例的數(shù)據(jù)可知，添加本發(fā)明粘結劑的鐵礦球團和與配加2% 的膨潤土的鐵礦球團相比，二者的生球強度基本相當，預熱球抗壓和耐磨強度明顯改善。同 時，本發(fā)明粘結劑具有良好的鐵礦粉原料適應性，分別以磁鐵精礦、赤鐵精礦為造球原料， 二者的成球性能良好并且接近，球團質量均可滿足生產要求。采用本發(fā)明制備的生球團、預 熱球以及焙燒球質量不僅可以滿足現(xiàn)有氧化球團生產工藝的要求，也可以滿足冷固結球團 的生產要求。
【權利要求】
1. 一種鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑，其特征在于，由以下重量百分比的原料制 成：鋁土礦選礦尾礦70-85%、促進劑10-20%、聚合氯化鐵3-5%、Na 2C032-5% ;其中所述促進劑 為羧甲基纖維素鈉或腐植酸。
2. 如權利要求1所述的鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑，其特征在于，所述鋁土礦 選礦尾礦鋁硅比< 1. 5,顆粒粒度-0. 074mm目>95%，10%質量濃度的鋁土礦選礦尾礦礦漿電 位> -200 mV。
3. 如權利要求1所述的鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑，其特征在于，所述的促進 劑pH為8-10,平均分子量> 5000道爾頓，3wt%的促進劑溶液粘度> 1000 mPa. s，其粒度為 ^ 0.074 mm。
4. 如權利要求1所述的鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑，其特征在于，所述聚合氯 化鐵為固態(tài)產品，粒度<〇· 074 mm。
5. 如權利要求1-4任一所述的鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑的制備方法，其特征 在于，包括以下步驟：將各原料混合均勻后再采用球磨機械活化處理即得；其中球磨機轉 速 500 r/min-800 r/min，球料比 30%-50%，活化時間 10 min-30 min，球磨水分 10%-15%。
6. 如權利要求5所述的鋁土礦選礦尾礦基鐵礦球團粘結劑的制備方法，其特征在于， 先將聚合氯化鐵與鋁土礦選礦尾礦混勻后再與其他原料混合。
7. 權利要求1-4任一所述的鋁土礦選礦尾礦基粘結劑用于制備鐵礦球團，其特征在 于：所述的鐵礦球團粘結劑添加量為鐵精礦質量的〇. 5%?1. 5%。
【文檔編號】C22B1/242GK104099468SQ201410308253
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權日:2014年7月1日
【發(fā)明者】黃艷芳, 韓桂洪 申請人:鄭州大學