一種改性膨潤土的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性膨潤土的制備方法及其應(yīng)用，制備方法是將天然鈣基膨潤土研磨粉碎后，加入到含腐植酸鈉的氫氧化鈉溶液中加熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后，過濾分離，所得濾餅干燥、研磨粉碎，得到改性膨潤土，該制備方法流程短，操作簡單、成本低，制得的改性膨潤土在鐵礦球團(tuán)工藝的造球過程中作為粘結(jié)劑添加在鐵精礦中，可有效提高生球的品質(zhì)和成品球的全鐵品位。
【專利說明】一種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)明涉及一種改性膨潤土的制備方法及其應(yīng)用，特別涉及一種腐植酸鈉改性膨潤土的制備方法及其應(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。蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系，是由兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁(鎂)氧八面體片構(gòu)成的2:1型層狀硅酸鹽。硅氧四面體片是由硅氧四面體共角頂連接形成位于同一平面的近似六方網(wǎng)狀的硅氧片。鋁氧八面體是由兩層相對的硅氧四面體片提供4個(gè)氧原子和兩個(gè)處于同一平面的羥基提供的氧原子構(gòu)成的八面體共棱連接形成了八面體片，而金屬陽離子鋁(鎂)則位于八面體中心，從而形成了鋁氧八面體片。
[0003]在蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)層中，具有同晶置換現(xiàn)象，即硅氧四面體中的Si4+被Al3+代替，鋁氧八面體一部分Al3+被Mg2+、Fe2+等替代，這種吸附在硅氧四面體或鋁氧八面體中的陽離子是固定的。這種結(jié)構(gòu)未變而發(fā)生不等價(jià)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，蒙脫石表面將吸附周圍帶正電的離子，通常為Na+和Ca2+。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Na+，Ca2+帶有更多的正電，離子更小，更加緊密將蒙脫石晶層連接起來，導(dǎo)致蒙脫石晶層間距相對較小，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。因此，目前在球團(tuán)廠制備鐵礦球團(tuán)時(shí)，通常先將鈣基膨潤土進(jìn)行鈉化改性為鈉基膨潤土，常見的鈣基膨潤土的鈉化改性方法有3種: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(dòng)攪拌，或者碾壓。此方法時(shí)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(shí)，施加一定的壓力使得蒙脫石顆粒分開，加速Na+和Ca2+的交換。此方法鈉化效果較好，也較為常用。但是可以看到由于鈉化過程中需要施加一定的壓力，必然會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損耗。懸浮液法是在配漿的同時(shí)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)向球團(tuán)中添加膨潤土?xí)r，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，與高爐入爐料的精料方針相違背。對于鈣基膨潤土，通常先向鈣基膨潤土中加入鈉鹽進(jìn)行鈉化改性得到鈉基膨潤土，然后再采用有機(jī)物合成得到有機(jī)膨潤土。常見的有機(jī)膨潤土的合成方法有干法、濕法和預(yù)凝膠法。干法是將含水的已經(jīng)鈉化的膨潤土與有機(jī)季銨鹽直接混合，用專門的加熱混合器混合均勻，再加以擠壓，制成含一定量水分的有機(jī)膨潤土?？梢钥闯觯朔椒ㄓ捎谛枰獙ε驖櫷吝M(jìn)行擠壓，必然存在機(jī)械損耗。濕法改性是將鈉基膨潤土進(jìn)行濕法分散、改性，用長碳鏈有機(jī)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(jī)膨潤土，再經(jīng)過脫水、干燥研磨成粉狀產(chǎn)品。預(yù)凝膠是講膨潤土分離改性提純后，在有機(jī)覆蓋過程中加入疏水有機(jī)溶劑，把疏水膨潤土復(fù)合物萃取進(jìn)入有機(jī)油，分離出水相，再經(jīng)蒸發(fā)出去殘留水分直接制成有機(jī)土預(yù)凝膠。后面兩種方法所制備的有機(jī)改性膨潤土常用于涂料、鉆井等工業(yè)中。從現(xiàn)有技術(shù)中可以看出如果要在滿足生球強(qiáng)度條件下，又提高球團(tuán)礦的鐵品位，對于鈣基膨潤土，傳統(tǒng)的改性方法需要先進(jìn)行鈉化改性，再對改性后的鈉基膨潤土進(jìn)行有機(jī)合成，并且存在時(shí)間周期長、機(jī)械損耗嚴(yán)重、操作冗長、成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于提供一種流程短、操作簡單、低成本制備改性膨潤土的方法。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供所述制備方法制得的改性膨潤土的應(yīng)用，在鐵礦球團(tuán)工藝的造球過程中將所述改性膨潤土作為粘結(jié)劑添加到鐵精礦中，可有效提高鐵精礦生球的品質(zhì)和焙燒后成品球的全鐵品位。
[0007]本發(fā)明提供了一種改性膨潤土的制備方法，該制備方法是先將天然鈣基膨潤土研磨粉碎至粒度在-1.0mm的顆粒含量不低于95%后，加入到含腐植酸鈉的氫氧化鈉溶液中并置于60?80°C的水浴中攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，過濾分離，所得濾餅干燥、研磨粉碎，得到改性膨潤土 ；其中，天然鈣基膨潤土干基質(zhì)量與腐植酸鈉干基質(zhì)量之比為1:3?1:1。
[0008]本發(fā)明的改性膨潤土的制備方法還包括以下優(yōu)選方案:
[0009]優(yōu)選的方案中氫氧化鈉溶液濃度為0.1?0.5mol/L。
[0010]優(yōu)選的方案中攪拌反應(yīng)時(shí)間為30?60min。
[0011]優(yōu)選的方案中濾餅干燥的溫度不高于80°C。
[0012]優(yōu)選的方案中濾餅經(jīng)干燥后，研磨粉碎至粒度在-200目的顆粒含量不低于98%。
[0013]所述的腐植酸鈉為市售腐植酸鈉。
[0014]本發(fā)明還提供了一種所述制備方法制得的改性膨潤土的應(yīng)用，該應(yīng)用方法是在鐵礦球團(tuán)工藝的造球過程中，將所述改性膨潤土作為粘結(jié)劑添加到鐵精礦中應(yīng)用于提高鐵精礦生球的品質(zhì)和成品球的全鐵品位。
[0015]優(yōu)選的應(yīng)用方法中改性膨潤土在鐵精礦中的添加量為鐵精礦質(zhì)量的0.5%?1%。
[0016]優(yōu)選的應(yīng)用方法中鐵精礦粒度在-0.074mm的顆粒含量不低于80%。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn):經(jīng)過發(fā)明人大量的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，將腐植酸鈉與鈣基膨潤土在氫氧化鈉溶液中于適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下反應(yīng)，溶液中較高濃度的游離Na+可進(jìn)入蒙脫石晶層中并取代其中的Ca2+、Mg2+，使得蒙脫石晶層間距增大，同時(shí)，腐植酸鈉經(jīng)過堿性部分水解獲得小分子有機(jī)鹽；蒙脫石晶層間距的增大更有利于小分子有機(jī)鹽和腐植酸鈉中部分小分子基團(tuán)插入蒙脫石晶層中，進(jìn)一步使得蒙脫石晶層間距增大，蒙脫石晶層間距增大反過來又促進(jìn)Na+取代Ca2+、Mg2+ ;經(jīng)過發(fā)明人大量實(shí)驗(yàn)研究表明:腐植酸鈉在堿性溶液中對鈣基膨潤土的改性具有雙效協(xié)同作用，有利于鈣基膨潤土的鈉化改性和有機(jī)合成。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明對鈣基膨潤土的改性方法相對現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的鈣基膨潤土改性方法，具有流程短、操作簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)；特別是腐植酸鈉改性后的改性膨潤土添加到鐵精礦中造球，用少量的腐植酸鈉改性膨潤土就能很好地提高鐵精礦生球品質(zhì)和成品球的全鐵品位，得到生球落下強(qiáng)度可提高4?7次/0.5m,爆裂溫度大于580°C，預(yù)熱球強(qiáng)度可達(dá)420N/個(gè)以上，焙燒球強(qiáng)度可達(dá)2500N/個(gè)以上，焙燒后的成品球球團(tuán)全鐵品位TFe可以提聞1%以上。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)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)明的保護(hù)范圍。
[0020]在各例中，預(yù)熱焙燒條件為:預(yù)熱溫度為950°C，預(yù)熱時(shí)間為lOmin，焙燒溫度為1250°C，焙燒時(shí)間為lOmin。
[0021]對比實(shí)施例1
[0022]將天然鈣基膨潤土按照3wt%的比例加入到-200目為85%的磁鐵精礦中混勻，進(jìn)行潤磨預(yù)處理后造球，所得生球的落下強(qiáng)度為1.1次/0.5m，抗壓強(qiáng)度為9.7N/個(gè)，爆裂溫度為524°C，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度為455N/個(gè)，焙燒球抗壓強(qiáng)度為2610N/個(gè)，成品球全鐵品位TFe為 61.86%。
[0023]對比實(shí)施例2
[0024]將天然鈣基膨潤土按照3wt%的比例加入到-200目為87.5%的赤鐵精礦中混勻，進(jìn)行潤磨預(yù)處理后造球，所得生球落下強(qiáng)度為1.5次/0.5m，抗壓強(qiáng)度為11.2N/個(gè)，爆裂溫度為518°C，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度為406N/個(gè)，焙燒球抗壓強(qiáng)度為2241N/個(gè)，成品球全鐵品位TFe 為 61.31%。
[0025]對比實(shí)施例3
[0026]將天然鈣基膨潤土按照4wt %的比例加入到-200目為89 %的磁、赤混合鐵精礦混勻，進(jìn)行潤磨預(yù)處理后造球，所得生球落下強(qiáng)度為1.9次/0.5m，抗壓強(qiáng)度為10.2N/個(gè)，爆裂溫度為534°C，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度為450N/個(gè)，焙燒球抗壓強(qiáng)度為2522N/個(gè)，成品球全鐵品位TFe 為 60.85%。
[0027]對比實(shí)施例4
[0028]天然鈣基膨潤土進(jìn)行改性時(shí)，首先將200g市售腐植酸鈉用1.2L 0.lmol/L的NaOH溶解，再向其中加入10gI丐基膨潤土,在45°C下水浴加熱攪拌50min后,將混合液過濾。將所得濾餅在75°C下烘干。再將干燥的濾餅破碎并研磨至-200目占98%以上即得到改性膨潤土。
[0029]采用改性后的膨潤土進(jìn)行造球時(shí)，向粒度為-200目為87.5%的赤鐵精礦中添加
1.0wt %的改性膨潤土，混勻后進(jìn)行造球。所得生球落下強(qiáng)度3.0次/0.5m，生球爆裂溫度5570C。預(yù)熱球強(qiáng)度為385N/個(gè)，焙燒球強(qiáng)度為2027N/個(gè)。成品球鐵品位62.58%。
[0030]對比實(shí)施例5
[0031]天然鈣基膨潤土進(jìn)行改性時(shí)，首先將300g市售腐植酸鈉用1.2L 0.lmol/L的NaOH溶解，再向其中加入10gI丐基膨潤土,在95°C下水浴加熱攪拌45min后,將混合液過濾。將所得濾餅在65°C下烘干。再將干燥的濾餅破碎并研磨至-200目占98%以上即得到改性膨潤土。
[0032]采用改性后的膨潤土進(jìn)行造球時(shí)，向粒度為-200目為89%的磁、赤混合鐵精礦中添加1.0wt %的改性膨潤土，混勻后進(jìn)行造球。所得生球落下強(qiáng)度為3.5次/0.5m，生球爆裂溫度508°C。預(yù)熱球強(qiáng)度為406N/個(gè)，焙燒球強(qiáng)度為2218N/個(gè)。成品球鐵品位62.67%。
[0033]實(shí)施例1
[0034]天然鈣基膨潤土改性時(shí)，首先將200g市售腐植酸鈉用1.2L 0.lmol/L的NaOH溶解，再向其中加入200g鈣基膨潤土，在80°C下水浴加熱攪拌60min后，將混合液過濾。將所得濾餅在80°C下烘干。再將干燥的濾餅破碎并研磨至-200目占98%以上即得到改性膨潤土。
[0035]采用改性后的膨潤土進(jìn)行造球時(shí)，向粒度為-200目為85%的磁鐵精礦中添加Iwt %的改性膨潤土，混勻后進(jìn)行造球。所得生球落下強(qiáng)度為5.2次/0.5m,生球爆裂溫度5950C。預(yù)熱球強(qiáng)度為431N/個(gè)，焙燒球強(qiáng)度為2519N/個(gè)。成品球鐵品位為62.96%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]天然鈣基膨潤土進(jìn)行改性時(shí)，首先將200g市售腐植酸鈉用1.2L 0.lmol/L的NaOH溶解，再向其中加入10gI丐基膨潤土,在75°C下水浴加熱攪拌50min后,將混合液過濾。將所得濾餅在75°C下烘干。再將干燥的濾餅破碎并研磨至-200目占98%以上即得到改性膨潤土。
[0038]采用改性后的膨潤土進(jìn)行造球時(shí)，向粒度為-200目為80?90%的赤鐵精礦中添加0.75wt%的改性膨潤土，混勻后進(jìn)行造球。所得生球落下強(qiáng)度7.2次/0.5m,生球爆裂溫度581°C。預(yù)熱球強(qiáng)度為437N/個(gè)，焙燒球強(qiáng)度為2519N/個(gè)。成品球鐵品位62.73%。
[0039]實(shí)施例3
[0040]天然鈣基膨潤土進(jìn)行改性時(shí)，首先將300g市售腐植酸鈉用1.2L 0.lmol/L的NaOH溶解，再向其中加入10gI丐基膨潤土,在65°C下水浴加熱攪拌45min后,將混合液過濾。將所得濾餅在65°C下烘干。再將干燥的濾餅破碎并研磨至-200目占98%以上即得到改性膨潤土。
[0041]采用改性后的膨潤土進(jìn)行造球時(shí)，向粒度為-200目為80?90%的磁、赤混合鐵精礦中添加0.5wt%的改性膨潤土，混勻后進(jìn)行造球。所得生球落下強(qiáng)度為10.5次/0.5m,生球爆裂溫度588°C。預(yù)熱球強(qiáng)度為436N/個(gè)，焙燒球強(qiáng)度為2522N/個(gè)。成品球鐵品位62.98%。
【權(quán)利要求】
1.一種改性膨潤土的制備方法，其特征在于，先將天然鈣基膨潤土研磨粉碎至粒度在-1.0mm的顆粒含量不低于95%后，加入到含腐植酸鈉的氫氧化鈉溶液中并置于60?80°C的水浴中攪拌反應(yīng)，反應(yīng)完成后，過濾分離，所得濾餅干燥、研磨粉碎，得到改性膨潤土 ；其中，天然鈣基膨潤土干基質(zhì)量與腐植酸鈉干基質(zhì)量之比為1:3?1:1。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的氫氧化鈉溶液濃度為0.1?0.5mol/L。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的攪拌反應(yīng)時(shí)間為30?60min。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，濾餅干燥的溫度不高于80°C。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的濾餅經(jīng)干燥后，研磨粉碎至粒度在-200目的顆粒含量不低于98%。
6.一種如權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述制備方法制得的改性膨潤土的應(yīng)用，其特征在于，在鐵礦球團(tuán)工藝的造球過程中，將所述改性膨潤土作為粘結(jié)劑添加到鐵精礦中應(yīng)用于提高生球的品質(zhì)和成品球的全鐵品位。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的改性膨潤土在鐵精礦中的添加量為鐵精礦質(zhì)量的0.5%?1%。
8.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用,其特征在于，所述的鐵精礦粒度在-0.074mm的顆粒含量不低于80%。
【文檔編號】C22B1/243GK104229813SQ201410430843
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】張?jiān)? 姜濤, 李光輝, 周友連, 孫陽, 范曉慧, 黃柱成, 郭宇峰, 楊永斌, 李騫, 陳許玲, 彭志偉, 甘敏, 劉兵兵, 游志雄, 蘇子鍵, 劉臣, 陳軍 申請人:中南大學(xué)