冶金球团粘合剂的应用

一种提高无消解除尘灰强度的粘合剂

（河南建杰实业有限公司周雪霞）

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适应性要求也不断提高。同时钢铁冶炼生产过程产生的粉尘、烟尘、尘泥具优势很高的利用价值。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。在钢铁冶炼过程产生的除尘灰中含有很高的铁含量（如：转炉除尘灰中含铁含量较高，TFe＞50％），极具回收价值。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。

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，TFe＞50％，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

粘结剂的用途极为广泛，发达国家粘合剂工业已经进入了非常发达的阶段。据报道世界粘结剂的销售年均增长5%，，增长最快的地区是发展中国家，预计我国

今后粘结剂将保持在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。

（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。

2.2矿粉球团粘合剂应用

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。

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，即是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。

我们知道没有消解的氧化钙会令变性淀粉失效，其实，试验表明，大多数粘合剂在氧化钙的吸水膨胀以致崩解面前均无能为力，包括那些可以耐受氧化钙的个别粘合剂；

河南建杰实业有限公司针对此难题，成立专门的研发团队，研发出了适用于含未消解氧化钙的除尘灰粘合剂；

3.2 KF00对抗氧化钙吸水膨胀崩解的机理

氧化钙吸水膨胀1.5~2.5倍，是问题的关键；只有阻止了这种膨胀才能解决崩解问题。

水泥中含有游离氧化钙是有害的，但是形成硅酸钙（3CaO•SiO2或写为C3S，C2S）或铝酸钙（C3A）以及铁铝酸四钙（C4AF）则成为水泥强度的提供者；在此基础上，河南建杰进行了艰苦的研发，形成了KF00粘合剂；

KF00粘合剂中的成分之一SO可以水合固化，该成分在另外一种成分的AY 存在下，一方面改变PH值增溶，一方面AY解离出来的A金属离子在溶液中水解，离子运动加剧再次促进溶解，同时，AY酸根离子迅速地与氧化钙反应，使得氧化物直接中和，形成能够进行进一步硬化的中间体CaY2（事实上是跟别的成分交织在一起），该中间体较之氧化钙体积迅速缩小，与本身氧化钙吸水体积增大正好相反；加上SO的迅速溶解及A金属离子快速脱离系统，加速平衡右移，有效地抵消了氧化钙消解膨胀的效果，该中间体在二氧化碳的存在下，仍然可以生成碳酸钙固化，且其晶格与水合固化的SO，SY，CaY2，FeY3等交织在一起形成巨大的晶格网络：

CaO+2H+Y-→CaY2+H2O

CaY2+CO2+H2O→CaCO3+2HY

上述形成的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。

事实上，当加入足够量的KF02（加入5%），用含未消解氧化钙很高（高达45%）的除尘灰制出的球，放置一年仍没有任何崩解迹象，抗压强度达到并保有100kg以上。

3.3 KF00粘合剂产品说明

3.3.1适用范围

用以在含有未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。