專(zhuān)利名稱(chēng)：工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，特別是利用壓塊技術(shù)的方法
工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，特別是利用壓塊技術(shù)的方法本發(fā)明涉及工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，特別是利用壓塊技術(shù)的方法。在本發(fā)明中，工業(yè)粉塵是指來(lái)自鑄造廠、鋼鐵廠和高爐的富含金屬氧化物的粉塵和/或微粒，特別是來(lái)自脫塵系統(tǒng)的那些，以及氣割殘余物和其它切割作業(yè)的粉塵和/或微粒，和通過(guò)工藝和/或曝氣形成的污泥中的粉塵和/或微粒。由于工業(yè)粉塵因其飛散性過(guò)高而實(shí)際上不能操作，所以必須將其團(tuán)聚以使其能夠被運(yùn)輸和使用。團(tuán)聚是基于顆粒彼此粘附以得到大尺寸團(tuán)聚體的過(guò)程。存在不涉及壓力的團(tuán)聚方法(即造粒式)以及利用壓力的團(tuán)聚方法(例如壓塊)。 本發(fā)明涉及這兩種技術(shù)中的第二種。美國(guó)專(zhuān)利4，802，914A描述了一種利用造粒的團(tuán)聚方法(濕團(tuán)聚)，該方法包括在水的存在下，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)連續(xù)添加粉塵和粘合劑的混合物來(lái)團(tuán)聚粉塵。粘合劑是高分子量聚合物，其在使用磷酸鹽、鹽酸鹽或碳酸鹽類(lèi)型的堿金屬無(wú)機(jī)鹽之前、期間或之后加入。該專(zhuān)利還涉及使用膨潤(rùn)土(一種頁(yè)硅酸鋁鹽)作為粘合劑，其為不屬于堿金屬硅酸鹽類(lèi)型的粘土和蒙脫土等的混合物。在工業(yè)規(guī)模使用的壓力團(tuán)聚工藝中，發(fā)展最好的是壓塊工藝。這種壓縮技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其高處理能力(就處理體積而言)及其使用適應(yīng)性(多尺寸和形狀的團(tuán)聚體)。在具有孔腔的輥壓機(jī)的切線上進(jìn)行壓塊，壓制成所需形狀的團(tuán)聚體(或稱(chēng)為坯塊)。這可以在熱或冷的溫度、高度可變的壓力以及利用或不利用粘合劑的條件下進(jìn)行。粘合劑是用于浸漬粉塵的高粘度材料或水硬性材料(例如水泥)，用以確保粉塵粘附成坯塊形式并且賦予顆粒足夠的機(jī)械抗性以使其能夠抵抗在各種處理過(guò)程中所要經(jīng)歷的振動(dòng)和移動(dòng)。在目前所用的有機(jī)粘合劑中，可以提及的是淀粉、纖維素、糖蜜等。然而，使用這些粘合劑會(huì)因?yàn)榇嬖趯?duì)工業(yè)過(guò)程有害的雜質(zhì)(例如在鋼鐵冶金中的硫)和/或因?yàn)槠洚a(chǎn)生不具有滿(mǎn)意的機(jī)械特性的團(tuán)聚體而導(dǎo)致存在問(wèn)題。因此，現(xiàn)有技術(shù)所得到的團(tuán)聚體中含有的金屬氧化物的使用和穩(wěn)定價(jià)格似乎不是最優(yōu)的。文件W096/39290描述了一種利用壓塊技術(shù)的多步驟團(tuán)聚方法，該方法包括將粉塵與碳源(焦炭)混合(其目的是在熔融時(shí)提供熱傳遞)以及與聚合物和無(wú)機(jī)鹽(碳酸鈣和鋁硅酸鹽)的混合物混合，然后在最終的壓縮步驟之前，在所得產(chǎn)品中加入聚乙烯基聚合物乳液。本發(fā)明的一個(gè)目的是避免上述缺點(diǎn)。本發(fā)明涉及一種工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，其包括-在反相乳液形式的第一粘合劑的存在下，在桶內(nèi)捏合待團(tuán)聚的所述粉塵，所述第一粘合劑包括分子量大于500000g/mol的聚合物，-然后，在繼續(xù)捏合的同時(shí)，在所述桶中單獨(dú)加入第二粘合劑，所述第二粘合劑包括堿金屬硅酸鹽，和
-最后，在壓力下壓縮所得的團(tuán)聚體。本發(fā)明的方法在不添加外來(lái)的水(即不添加除隨活性材料引入的水之外的水)的情況下進(jìn)行。例如，這是利用配制成含水形式的硅酸鹽的情況。根據(jù)本發(fā)明的方法，粉塵可以用或不用石灰來(lái)處理。在實(shí)踐中，粉塵與第一粘合劑的混合時(shí)間為30秒 5分鐘。類(lèi)似地，在第一步驟中所得的混合物與第二粘合劑的捏合時(shí)間為1分鐘 10分鐘。在閱讀下文之后可更好地理解本發(fā)明。本發(fā)明的主要目的是提供相比于現(xiàn)有技術(shù)的團(tuán)聚體具有出人意料的改善性質(zhì)的坯塊。本發(fā)明的壓塊方法基于在組合的兩種特定粘合劑的存在下的工業(yè)粉塵的團(tuán)聚。出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)壓機(jī)的過(guò)程中，這種粘合劑的聯(lián)用提供了非常高的粘聚和粘附特性。這些粘合劑的使用尤其能夠?qū)崿F(xiàn)在數(shù)分鐘內(nèi)的快速固化并獲得具有良好耐磨性以及具有允許對(duì)其進(jìn)行操作和運(yùn)輸?shù)恼尘坌缘呐鲏K或團(tuán)塊。此外，本發(fā)明可以在這些團(tuán)聚體的回收利用的過(guò)程中，不隨所得的坯塊引入對(duì)工業(yè)過(guò)程有害的物質(zhì)例如硫。根據(jù)本發(fā)明，關(guān)鍵是在加入硅酸鹽之前添加聚合物。利用合適的固體混合機(jī)或攪拌機(jī)來(lái)生產(chǎn)混合物，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)其現(xiàn)有知識(shí)能夠確定使混合物盡可能勻質(zhì)所需的條件。然后，將由此所得的混合物送入壓機(jī)以賦予其限定的形狀。通過(guò)壓縮模制得到坯塊(也稱(chēng)為團(tuán)塊)。它們可具有不同的尺寸。在獲得之后，將它們轉(zhuǎn)移至貯存區(qū)。本發(fā)明的另一目的包括使用前文限定的團(tuán)聚體來(lái)循環(huán)利用來(lái)自鑄造廠、鋼鐵廠和高爐的富含金屬氧化物的粉塵和/或微粒作為熔融設(shè)備的補(bǔ)充裝料。這導(dǎo)致熔融浴與所加入的坯塊量成比例地富集以補(bǔ)充裝料并允許其再利用。為此，根據(jù)本發(fā)明的變化方案，坯塊可含有預(yù)定量的還原劑以允許將金屬氧化物轉(zhuǎn)化成金屬，因而不是必須向熔融浴中加入金屬。 粘合劑的限定和用量a)高分子量聚合物其為所含離子度為10 90mol%的水溶性有機(jī)聚合物，其得自-至少一種離子單體、陽(yáng)離子單體、兩性離子單體和/或優(yōu)選的陰離子單體，-至少一種非離子單體，和-任選的0.02 2mol %的疏水單體。該聚合物也可以是通過(guò)已知方式支化的。眾所周知，支化聚合物是主鏈上存在全部分布在同一平面上的支鏈、基團(tuán)或分支的聚合物。優(yōu)選在聚合期間(或聚合之后)，在支化劑/交聯(lián)劑以及任選的鏈轉(zhuǎn)移劑的存在下進(jìn)行支化。以下為支化劑的非限制列表亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、雙丙烯酰胺、丙烯酸氰甲酯、丙烯酸乙烯基氧乙酯或甲基丙烯酸乙烯基氧乙酯、三烯丙基胺、甲醛、乙二醛、縮水甘油醚類(lèi)化合物如乙二醇二縮水甘油醚、或環(huán)氧化合物或本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其它交聯(lián)手段。
在實(shí)踐中，所用聚合物得自a)至少一種離子單體，其選自-具有羧基官能團(tuán)的陰離子單體(例如丙烯酸、甲基丙烯酸及其鹽等)或具有磺酸基官能團(tuán)的陰離子單體(例如2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(ATBS)及其鹽等)，和/或-任選的一種或更多種陽(yáng)離子單體非限制性具體提及的有季銨化或鹽形式的丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和/或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(MADAME)、二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨(APTAC)和/或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨(MAPTAC)，和b)至少一種非離子單體，選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、乙酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯類(lèi)、烯丙基醇、N-乙烯基乙酰胺和/或N-乙烯基甲酰胺，并且可與疏水單體聯(lián)用，所述疏水單體優(yōu)選選自包括-具有烷基、芳烷基和/或乙氧基化鏈的(甲基)丙烯酸酯類(lèi)、-具有烷基、芳烷基或二烷基鏈的(甲基)丙烯酰胺衍生物、-陽(yáng)離子烯丙基衍生物、-疏水性陰離子或陽(yáng)離子(甲基)丙烯酰衍生物或-具有疏水鏈的陰離子和/或陽(yáng)離子(甲基)丙烯酰胺衍生物的組。本發(fā)明的高分子量聚合物的特征在于，在其使用過(guò)程中-其為反相乳液形式，即油包水形式，-其分子量大于500000g/mol并且不超過(guò)20000000g/mol，禾口-乳液的(干聚合物/油)重量比為0.15 1，優(yōu)選為0.3 0.8，有利地為約
0.5。該重量比可在聚合物乳液聚合期間直接獲得或僅在使用所聚合的乳液之前在其中添加油獲得。優(yōu)選地，如果所述重量比是通過(guò)添加油而獲得的，則所述油必須與乳液中的油相容并且不引起失穩(wěn)。根據(jù)本發(fā)明，注入混合機(jī)時(shí)的聚合物濃度為5 20wt%。所述高分子量聚合物優(yōu)選為基于丙烯酰胺和丙烯酸鹽的陰離子共聚物，其中陰離子度為10 50mol%并且分子量大于5000000g/mol。表述“為反相乳液形式”是指根據(jù)本發(fā)明所用的聚合物，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解， 這種方式是指油包水的反相乳液在引入混合機(jī)之前不溶于水。該反相乳液可優(yōu)選為標(biāo)準(zhǔn)型或任選的微乳液型，微乳液與標(biāo)準(zhǔn)乳液的區(qū)別在于更小的粒徑(約0.1微米)。在使用前任選用油稀釋的反相乳液中的聚合物比例可以為特別是粉塵的0. 2 lwt%，優(yōu)選為0. 2 0. 5wt%。有利的是，注意在全部說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，數(shù)值范圍包括其極限值。顯然，最優(yōu)量取決于粒子的性質(zhì)和所需的性質(zhì)。b)硅酸鹽類(lèi)型的第二粘合劑根據(jù)本發(fā)明所用作為粘合劑的硅酸鹽是堿金屬硅酸鹽并以液體形式使用，即在高于其結(jié)晶點(diǎn)的溫度下使用。術(shù)語(yǔ)“硅酸鹽”是指二氧化硅的鹽。在可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的堿金屬硅酸鹽中， 可以提及的是銨鹽、鈉鹽、鉀鹽和鋰鹽，特別是鈉鹽和鉀鹽。優(yōu)選使用硅酸鈉(也稱(chēng)為硅鈉)或具有以下簡(jiǎn)式SiO2. NaOH的水玻璃。有利的是，所用硅酸鹽為Si02/Na20摩爾比為
1.6 3. 2，最優(yōu)選為約2的二硅酸鈉。在一個(gè)有利的實(shí)施方案中，硅酸鹽占所形成的團(tuán)聚體的2 5wt%，并且高分子量聚合物為所述硅酸鹽的5 40wt%。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，第二粘合劑還可包含實(shí)際低于所述第二粘合劑的 10wt%的表面活性劑，并且任選包含甚至相同量的潤(rùn)濕劑，如例如油基磷酸酯醚類(lèi)型的化合物、多元醇酯、聚氧化乙烯醚、聚乙氧基化山梨醇酯類(lèi)、山梨醇酯、羊毛脂醇的液體溶液、 聚乙二醇酯、得自羊毛醇的乙?；垩跻蚁?、壬基苯氧基聚氧乙烯乙基醇、得自羊毛醇的聚乙二醇醚、乙氧基化膽固醇、三甲基鯨蠟基溴化銨、二異丁基苯氧基乙氧基乙基二甲基苯基銨烷基鹽酸鹽等。非常明顯，提供以下實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的目的，而不是對(duì)其構(gòu)成任何形式的限制。
實(shí)施例以下實(shí)施例中所用的粉塵為來(lái)自鋼鐵廠的廢棄物，其制備如下25%的 ‘BGL，Greasy Roll Mill 污泥75%的 Granular Steel Mill 污泥該混合物用石灰進(jìn)行處理并隨后引入混合機(jī)中(能力2met.噸)。該壓塊混合物的特性是由于存在烴所導(dǎo)致的粉末疏水性。從化學(xué)角度考慮該特性是非常重要的粘合劑必須表現(xiàn)出對(duì)粉末的最優(yōu)親和力，以便在混合機(jī)中得到最初混合物和在壓塊階段獲得最大粘合力。然后加入粘合劑并按照以下次序進(jìn)行混合-首先利用全手動(dòng)壓縮空氣泵添加反相乳液形式的高分子量聚合物。該添加通過(guò)將壓縮空氣閥開(kāi)啟給定時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行；-在一定的混合時(shí)間之后，利用裝配有重力流量計(jì)的容積泵添加硅酸鹽類(lèi)型的粘合劑。大體上，從一種或更多種粘合劑引入混合機(jī)中直到混合物流出至壓機(jī)的時(shí)間為5 分鐘。在獲得混合物之后，將其轉(zhuǎn)移至壓縮設(shè)備。用于測(cè)試的裝置是鼓型壓縮機(jī)。所用壓力為約100巴。作為對(duì)比，使用常規(guī)的工業(yè)用粘合劑，即糖蜜和木素磺酸鹽。它們的主要缺點(diǎn)是將硫引入鋼中，這導(dǎo)致鋼變脆。通過(guò)改變聚合物的用量和性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。為此，使用以下五種聚合物。產(chǎn)品名化學(xué)組成干聚合物/油之聚合物的摩爾重(摩爾比)比量.(g/mol)EM533cel丙烯酰胺/丙烯酸鈉1.210,000,000(陰離子型)(70/30)(反例)EM533ce2丙烯■/丙烯酸鈉0.110,000,000(陰離子型)(70/30)(反例)EM533a丙烯跣胺/丙晞酸鈉0.510,000,000(陰離子型)(70/30)EM533b丙烯酰胺/丙烯酸納0.515,000,000(陰離子型)(70/30)EMcat丙烯酰胺/氯甲基化0.513,000,000(陽(yáng)離子型)ADAME(90/10)ADAME 丙烯酸二甲基氨基乙酯添加次序在混合機(jī)填充結(jié)束后，-引入第一粘合劑(或唯一的)，-接著，在2分鐘后，如果有必要?jiǎng)t引入第二粘合劑。在5分鐘的總捏合時(shí)間之后，立即將混合機(jī)倒空至壓機(jī)。用量利用容積泵或氣壓泵確定。團(tuán)塊外觀泖丨試視覺(jué)測(cè)試；團(tuán)塊必須正確成型，該形狀為矩形礫。期望具有光滑外觀和有效的互鎖(不形成多層)。廢微粒測(cè)試在壓機(jī)出口將團(tuán)塊過(guò)篩，將廢微粒棄置并稱(chēng)重。比例為廢微粒的重量/混合物的總重量Omet.噸)，以％表示。團(tuán)塊硬度泖丨試對(duì)團(tuán)塊手動(dòng)施加變化的壓力；當(dāng)團(tuán)塊破裂和/或爆裂時(shí)測(cè)試結(jié)束。 在2小時(shí)和M小時(shí)后對(duì)團(tuán)塊進(jìn)行該測(cè)試。硬度表示為kg/團(tuán)塊(破壞團(tuán)塊所需的重量)。 該數(shù)值越高，則團(tuán)塊就越好。注意，250kg是手動(dòng)測(cè)試的上限，該測(cè)試已經(jīng)完美地驗(yàn)證了優(yōu)異的團(tuán)塊質(zhì)量。結(jié)果測(cè)試粘合劑1 (用量 活性組分/團(tuán)塊)粘合劑2 (用量 活性組分/團(tuán)塊)團(tuán)塊外觀廢微粒(％)2小時(shí)硬度24小時(shí)硬度1糖蜜’ (4.5 %)光滑，成型良好6.51802002木素橫酸鹽 (4 %)光滑，成型良好251602003二破酸鹽 (3.5 %)脆，成型差4二娃酸鹽 (4 %)脆，成型差S二娃酸鹽 (4.5 %)脆，成型差6EM533a (0.1 %)二座酸鹽 (3.5 %)脆，成型差7ΕΜ533 (0.3 %)二掛酸鹽 (3.5 %)光滑，成型良好.351852108EMS33a (1 %)二娃酸鹽 (3.5 %)光滑，成型良好301902109EM533b (0.3 %)二座酸鹽 (3.5 %)光滑，成型良好72002501.0EMcat (0.3 %)二硅酸4 (3.5 %)光滑，成型良好3518020011.EM533cel (0.3 %)二硅酸鹽 (3.5 %)脆，成型差12EM533ce2 (0.3 %)二硅酸鹽 (3.5 %)脆，成型差13EM533a (1%)脆，成型差14二硅酸鹽 (3.5 %)EM533a (0.3%)脆，成型差I(lǐng)SEM533b (0.3 %)膨潤(rùn)土 (3.5%)未成型， 殘留粉末75697016EM533b (0,3 %)氯化鈉未成蜜’ 殘留粉末70737317EM533b (0.3 %)碳酸鈉未成型， 殘留粉末77808218EM533b (0.3 %)磷酸鈉.未成型， 殘留粉末737979用量以重量表示所進(jìn)行的測(cè)試說(shuō)明以下-3-5 所用硅酸鹽本身無(wú)效；-6-10 根據(jù)本發(fā)明的團(tuán)聚方法給出非常好的結(jié)果，負(fù)載(陰離子的或陽(yáng)離子的) 或分子量都不影響壓縮效能；-13 所用乳液中的聚合物本身不足以實(shí)現(xiàn)良好的壓縮；-14 粘合劑的引入次序非常重要；-15-18 與測(cè)試9相比，氯化鈉、碳酸鈉和磷酸鈉在坯塊成型方面均沒(méi)有給出滿(mǎn)意的結(jié)果。對(duì)于膨潤(rùn)土也是如此。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，其包括-在反相乳液形式的第一粘合劑的存在下，在桶內(nèi)捏合待團(tuán)聚的所述粉塵，所述第一粘合劑包括分子量大于500000g/mol的聚合物，-然后，在繼續(xù)捏合的同時(shí)，在所述桶中單獨(dú)加入第二粘合劑，所述第二粘合劑包括堿金屬硅酸鹽，和-最后，在壓力下壓縮所得的團(tuán)聚體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物為水溶性的并且具有 10 90mol %的離子度，所述有機(jī)聚合物由以下組分構(gòu)成-至少一種離子單體、陽(yáng)離子單體、兩性離子單體和/或優(yōu)選的陰離子單體，-至少一種非離子單體，和-任選的0. 02 2mol%的一種或更多種疏水單體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物得自a)至少一種離子單體，其選自-具有羧基官能團(tuán)的陰離子單體，其選自包括丙烯酸、甲基丙烯酸及其鹽的組；或具有磺酸基官能團(tuán)的陰離子單體，其選自包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(ATBS)及其鹽的組，和/或-任選的一種或更多種陽(yáng)離子單體，其選自包括季銨化或鹽形式的丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和/或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(MADAME)、二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)、 丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨(APTAC)和/或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨(MAPTAC) 的組，和b)至少一種非離子單體，其選自包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、乙酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸酯類(lèi)、烯丙基醇、N-乙烯基乙酰胺和/或N-乙烯基甲酰胺的組，任選地與疏水單體聯(lián)用，所述疏水單體選自包括具有烷基、芳烷基和/或乙氧基化鏈的(甲基)丙烯酸酯類(lèi)、具有烷基、芳烷基或二烷基鏈的(甲基)丙烯酰胺衍生物、陽(yáng)離子烯丙基衍生物、疏水性陰離子或陽(yáng)離子(甲基)丙烯酰衍生物或衍生自具有疏水鏈的(甲基)丙烯酰胺的陰離子和/或陽(yáng)離子單體的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在使用時(shí)，所述反相乳液的(干聚合物/ 油)的重量比為0. 15 1，優(yōu)選為0. 3 0. 8，有利地為約0. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在注入所述混合機(jī)時(shí)，所述聚合物的濃度為 5 20wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在反相乳液中的聚合物/粉塵的比例為 0. 2 lwt%，優(yōu)選為 0. 2 0. 5wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸鹽占所形成的團(tuán)聚體的2 5wt%，并且所述高分子量聚合物為所述硅酸鹽的5 40wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述堿金屬硅酸鹽選自包括硅酸銨、硅酸鈉、硅酸鉀和硅酸鋰的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸鹽為Si02/Nii20的摩爾比為 1.6 3. 2的二硅酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)粉塵的團(tuán)聚方法，包括在反相乳液形式的第一粘合劑的存在下，在桶內(nèi)捏合待團(tuán)聚的所述粉塵，所述第一粘合劑包括分子量大于500000g/mol的聚合物；然后，在繼續(xù)捏合的同時(shí)，在所述桶中單獨(dú)加入第二粘合劑，所述第二粘合劑包括堿金屬硅酸鹽；和最后，在壓力下壓縮所得的團(tuán)聚體。
文檔編號(hào)C22B1/242GK102177263SQ200980139839
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者吉勒斯·察科澤克, 阿蘭·塞內(nèi)泰爾 申請(qǐng)人:S.P.C.M.股份公司