一种冶金球团用改性膨润土及其生产工艺
阅读说明：本技术 一种冶金球团用改性膨润土及其生产工艺 (Modified bentonite for metallurgical pellets and production process thereof ) 是由 孙云晶 王学林 刘春� 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于膨润土技术领域,具体涉及一种冶金球团用改性膨润土及其生产工艺。生产工艺包括如下步骤：1)将膨润土矿石去除固体杂质,进行混配；2)破碎；3)在破碎后的原矿石中加入碳酸钠和水,搅拌均匀；4)对步骤3)得到的混合料进行再一次破碎,破碎后物料的粒径为3-5mm；5)将步骤4)得到的物料实施场地堆放进行物料的闷放陈化；6)将步骤5)得到的物料晾晒至水分为20-24％；再由旋转窑干燥至物料水分为11-14％；7)根据干燥后的物料的指标决定是否再掺混或调整某种原料的量,同时加入高粘度有机聚合物和轻烧镁；8)将步骤7)得到的混合好的物料进行磨粉；9)将完成磨粉的物料进行包装、入库。(The invention belongs to the technical field of bentonite, and particularly relates to modified bentonite for metallurgical pellets and a production process thereof. The production process comprises the following steps: 1) removing solid impurities from the bentonite ore, and mixing; 2) crushing; 3) adding sodium carbonate and water into the crushed raw ore, and uniformly stirring; 4) crushing the mixture obtained in the step 3) again, wherein the particle size of the crushed material is 3-5 mm; 5) carrying out closed-releasing aging on the materials obtained in the step 4) by stacking in a field; 6) airing the material obtained in the step 5) until the water content is 20-24%; drying the mixture by a rotary kiln until the moisture of the material is 11-14%; 7) determining whether to blend or adjust the amount of a certain raw material according to the index of the dried material, and simultaneously adding a high-viscosity organic polymer and light-burned magnesium; 8) grinding the mixed material obtained in the step 7); 9) and packaging and warehousing the milled materials.)
技术领域
本发明属于膨润土技术领域，具体涉及一种冶金球团用改性膨润土及其生产工艺。
背景技术
球团粘结剂作为球团矿生产的重要辅料，对球团的质量及其制备过程有着重要影响。通过对膨润土各种性能的逐步认识，大力地研发膨润土产品于铁矿球团的生产使用，使之成为铁矿球团生产的主要粘结剂。
现阶段，钢铁企业在球团生产时使用的球团粘结剂主要是无机粘结剂和有机粘结剂。
无机粘结剂是由膨润土生产加工制备的，因其廉价易得、加工程序较为简单、资源充足、成球和抗爆裂性能好而广泛使用。缺点是造球时加入量大，球团铁品位降低，同时球团在高炉冶炼时铁渣量多，增加了冶炼成本，生产过程中的能源消耗和损耗大。造成了能源浪费。
有机粘结剂主要是使用高分子物质作为球团粘结剂，具有加入量少、杂质少、球团铁品位高等优点，但因为其添加及混合困难、成球性能差、生球热性能差、生产成本高等缺点而在球团矿生产中应用较少。
现有的无机粘结剂在生产加工过程如图1所示，各工艺为：
1.原矿破碎
产品所需的膨润土原矿，块、面混杂且含有石头(块)，因而需预先将原矿破碎成小块，以利于磨粉的进行，同时在破碎时将原矿中石头(块)拣出。
2.晾晒
为了能够将原矿顺利磨粉，同时保证产品的水分合格，需将原矿进行人工晾晒至适宜含水量程度。
3.混配
为了保证产品质量，需2-3种膨润土原矿进行混配生产，同时在混配过程中，加入相应质量的工业碳酸钠，使钙基膨润土转型为钠基膨润土，以便获得合格品质的膨润土产品。
4.磨粉
将已混配好的半成品原料磨粉，获得所需粒径的合格产品。
5.包装、入库
对合格的膨润土产品进行包装入库，并实施标识及预防。
本发明所述的实验选用马西沟矿区、马北山矿区、四节梁矿区、孟杖子矿区膨润土矿石作为原料，采用上述的加工方法进行加工，加工后的膨润土的性能如表1所示。
表1
原矿
马西沟
马北山
四节梁
孟杖子
加碱量(％)
4.0
4.0
4.0
4.0
吸蓝量(g/100g)
28.0
26.0
22.0
21.0
膨胀倍(ml/2g)
16
12
16
20
胶质价(ml/15g)
420
400
490
470
膨胀容(ml/g)
18
15
25
20
吸水率(2h，％)
420
400
450
490
在现有技术的生产工艺中，其关键环节为混配和磨粉。这一环节的控制与设计也成为了现有技术的缺点，其原因为：
1)混配所需的几种原料的性能是否互补及互补程度；
2)混配的程度不均匀；
3)工业碳酸钠的利用率高低不等。
发明内容
本发明针对球团矿生产使用的无机粘结剂和有机粘结剂的优缺点，本发明既解决了无机粘结剂加入量大的问题，同时提高了球团铁品位，又改善了球团性能，兼顾二者的各种优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种冶金球团用改性膨润土，生产工艺包括如下步骤：
1)将膨润土矿石去除固体杂质，按照比例进行混配；
2)将混配后的原矿石进行破碎；
3)在破碎后的原矿石中加入碳酸钠和水，搅拌均匀，使钙基膨润土转化为钠基膨润土；
4)对步骤3)得到的混合料进行再一次破碎，破碎后物料的粒径为3-5mm；
5)将步骤4)得到的物料实施场地堆放进行物料的闷放陈化；
6)将步骤5)得到的物料晾晒至水分为20-24％；再由旋转窑干燥至物料水分为11-14％；
7)根据干燥后的物料的指标决定是否再掺混或调整某种原料的量，同时加入高粘度有机聚合物和轻烧镁；
8)将步骤7)得到的混合好的物料进行磨粉，磨粉粒径为-80至-400目；
9)将完成磨粉的物料进行包装、入库。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤1)中，所述的原矿石的指标如下，吸蓝量≥24.0g/100g、膨胀倍≥13ml/2g、胶质价≥400ml/15g、膨胀容≥15ml/g、吸水率≥400％。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤2)中，破碎后的粒径为小于5cm。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤3)中，按质量比，按破碎后的原矿石干质量的4.0％加入工业碳酸钠，同时加水使物料水分在30-34％之间。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤5)中，闷放陈化的时间为15-30天。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤6)中，旋转窑燃烧室的出口温度需控制在750℃-800℃。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤7)中，所述的高粘度有机聚合物为CMC、聚丙烯酸钠、羧甲基淀粉中的一种或多种。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，步骤7)中，按质量比，干燥后物料：高粘度有机聚合物：轻烧镁＝97-99％：0-2％：1％。
优选地，上述的一种冶金球团用改性膨润土，采用腐殖酸替代高粘度有机聚合物。本发明的有益效果：
1、完成了膨润土的完全转型和改性，提高了工业碳酸钠的利用率；
2、本发明所述的膨润土原矿石经过9道工序的混配作业，使原矿物料的混配效果更佳；
3、原矿性能的互补性得以提升；
通过混配，调整产品的吸蓝量、膨胀倍、胶质价、膨胀容、吸水率指标符合要求。
4、产品的质量稳定性好；
本发明所述的膨润土能够达到以下要求：吸蓝量≥24.0g/100g、膨胀倍≥13ml/2g、胶质价≥400ml/15g、膨胀容≥15ml/g、吸水率≥400％。按照本发明所述的生产工艺，原矿石通过混配后，产品的指标满足上述要求，因为物料混配工序多，混配效果好，因而使得产品的稳定性得以保证。
5、产品的使用效果好，在实际生产中，本产品加入量在0.8-1.5％时就能达到无机粘结剂1.8-2.5％时的使用效果，可明显提高生球强度、改善生球热稳定性、降低粘结剂配比量、降低返料率和提高球团矿铁品位。
6、本发明中主要是使用搅拌机的搅拌作用，使物料与碱和水实现混均，对膨润土的转型起到的作用不是很明显或很快，如果使用升级后的转型设备(如碾轮式压条挤压设备)，能够加快膨润土的转型，基本上不用后续的挤压破碎和物料的闷放陈化过程。物料挤压后可直接晾晒干燥。
7、干燥后的物料混料
可使用设备进行混料，增加物料混合后的均匀度，避免装载机混料带来的物料不均问题。
附图说明
图1为现有改性膨润土的生产工艺流程图。
图2为本发明所述的改性膨润土的生产工艺流程图。
具体实施方式
本发明选用的膨润土矿石选自马西沟矿区、马北山矿区、四节梁矿区、孟杖子矿区。
实施例1
针对现有技术的缺点，本发明对现有技术的生产加工工艺进行了改进，改进后的生产加工工艺如图2所示。具体步骤如下：
1.原矿混配
将3种原矿(马西沟：马北山：孟杖子)按质量比40％：30％：30％的比例进行混配，混配时主要由装载机或混料装置进行掺混，掺混前，人工或筛分装置剔除原矿中的石头块及其他固形杂质。
2.破碎
使用齿式破碎机将原矿进行强力破碎，同时齿式破碎机上部设置具有一定宽度的筛条，用以再次去除石头块或较硬的原矿，破碎后物料粒径需小于5cm。主要作用是增加膨润土的比表面积，利于膨润土与工业碳酸钠的接触。
3.钠化转型
按破碎后的膨润土原矿石干质量的4.0％加入工业碳酸钠和适量水，在双轴搅拌机中进行搅拌混均，对钙基土实行初步转型。物料含水量需在30-34％。工业碳酸钠起转型剂作用，使膨润土由钙基土转型为钠基土，保持水量主要是利于物料中钠离子的迁移，加速膨润土的转型。
4.挤压破碎
对已搅拌均匀的混合料再次进行挤压破碎，加快膨润土的转型，挤压破碎后的物料粒径控制在3-5mm。
5.闷放陈化
场地堆放，完成膨润土的转型，陈化时间为15-30天。
6.晾晒、干燥
已彻底转型的物料先人工晾晒至水分20-24％，再由旋转窑干燥至物料水分11-14％，或按客户要求的产品水分进行相应的控制。干燥时燃烧室的出口温度需控制在750℃，最高不得超过800℃。
7.混料
该环节主要是根据干燥后的物料指标(吸蓝量、膨胀倍、胶质价、膨胀容和吸水率)决定是否再掺混或调整经过人工晾晒后的某种钙基土原矿的量，同时加入CMC和轻烧镁，混料时CMC的加入量为总物料质量的2％，轻烧镁加入量为总物料质量的1％，由装载机进行掺混至物料均匀。
8.磨粉
将已混配好的物料进行磨粉，磨粉设备为雷蒙机，制成的改性膨润土粒度为-80目至-400目，通过率80％～98％。在磨粉过程中，通过设备的强力挤压、摩擦而产生的强剪切力的作用下，使高分子物质插层到膨润土晶格中，实现膨润土的改性。
9.包装、入库
按客户要求进行产品的包装入库，并实施标识和预防。
实施例2
采用马西沟矿区、马北山矿区、四节梁矿区、孟杖子矿区其中一种矿区的膨润土矿石按照实施例1中的步骤进行改性，调整膨润土矿石、CMC、轻烧镁的质量比，结果如下：
1)控制1.0％轻烧镁情况下，不同原矿添加CMC后的结果，如表2-表6所示。
①马西沟原矿
表2
②马北山原矿
表3
③四节梁原矿
表4
④孟杖子原矿
表5
实施例3
按配比马西沟：马北山：孟杖子＝40％：30％：30％得到混合原矿，补加2.0％CMC实施。混配生产后，产品结果：
表6
实施例4
调整原矿及原矿配比，配比为，马西沟：马北山：四节梁＝30％：40％：30％得到混合原矿，补加1.5％CMC。在保证轻烧镁1.0％加入量情况下，配比生产后的产品结果：
表7
实施例5
调整原矿及原矿配比，配比为：马西沟：四节梁：孟杖子＝60％：20％：20％得到混合原矿，补加0.5％CMC。在保证轻烧镁1.0％加入量情况下，配比生产后的产品结果：
表8
实施例6
按实施例1配比：马西沟：马北山：孟杖子＝40％：30％：30％的配比得到混合原矿，在固定轻烧镁1.0％情况下，加入不同添加剂进行试验，其结果如下：
表9
由于不同矿区生产的矿石各个指标性能差距较大，影响最终产品的质量，采用本发明所述的方法，各个原矿石合理配比，添加轻烧镁、高粘度有机物或腐殖酸使膨润土产品的各个指标均有提升，产品质量稳定。
本发明在原矿选择上，选择外观呈现白色、灰白色，青灰色、黄绿色等的矿石，白(灰白)色矿质地较软，吸水率高，粘结力略低，黄色矿质地粗糙，吸水率略低但粘结力高；轻烧镁在产品中主要起到提高爆裂温度，防止球团爆裂的作用；CMC的加入能够提高球团土的质量，改善球团质量，降低球团粘结剂的配比量，提高球团热稳定性。
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