1 前言
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）我國球團生產(chǎn)正處于高速發(fā)展的階段，隨著(zhù)鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，高爐迫切需要合理的爐料結構，而酸性球團礦配加高堿度燒結礦被認為是一種較理想的高爐爐料結構。近幾年許多鋼鐵企業(yè)都紛紛利用自身的鐵精礦生產(chǎn)球團礦，全國球團礦年總量持續攀升。在球團礦的生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證其強度要求，必須添加粘結劑，以提高生球的落下強度、抗壓強度、爆裂溫度以及焙燒球團的抗壓強度，同時(shí)在還原的過(guò)程中降低其膨脹系數。
膨潤土是球團生產(chǎn)中最常用的粘結劑，國內外已廣泛采用膨潤土作球團粘結劑，但將它添加到鐵精粉中勢必降低球團礦的含鐵品位。因此，盡量降低膨潤土用量是提高球團礦品位的一條行之有效的途徑。國外發(fā)達國家球團生產(chǎn)中膨潤土添加量一般很低(＜1%)，使用的都是性能優(yōu)良的鈉基膨潤土。我國球團生產(chǎn)中膨潤土的配入量太高，其平均配入量為3%～4%左右，大多數生產(chǎn)廠(chǎng)家使用性能較低膨潤土，使用效果與國外差距明顯。
膨潤土的粘結性來(lái)源于其較高的電動(dòng)電位，以范德華力作用于周?chē)母鞣N分子(特別是有機分子和極性分子)稱(chēng)為粘結性。在離子中低價(jià)離子比高價(jià)離子電動(dòng)電位高，在陽(yáng)離子中鉀鈉離子的電動(dòng)電位最高。所以人工鈉化膨潤土的粘結性要高于鈣基膨潤土。
膨潤土改性過(guò)程是一個(gè)離子交換的過(guò)程，必須要有水的參與，有的企業(yè)在冶金球團用膨潤土生產(chǎn)中，使用干法鈉化工藝，就是將碳酸鈉粉加入雷蒙磨中與干燥的膨潤土一起制粉，由于沒(méi)有離子的存在是沒(méi)有鈉化的膨潤土，稱(chēng)之為假鈉化土。但是這種土在化驗室被加入水中后由于顆粒細、水量大，攪拌或搖晃劇烈，是快速的懸浮溶液法，所以在化驗室檢測出來(lái)的指標是人工鈉化土的指標，在冶金球團工業(yè)生產(chǎn)中使用效果較差，膨潤土配入量偏高。
由于膨潤土的主要成分為SiO2，其含量在60%以上，在豎爐中不能被去除，直接進(jìn)入球團礦中。球團生產(chǎn)過(guò)程中膨潤土配比增加了1%，球團礦品位降低了0.6%。目前，用優(yōu)良鈉基膨潤土取代鈣基膨潤土或性能較差鈉基膨潤土，是降低膨潤土消耗、提高球團礦品位的主要手段。
因此，研究適宜冶金球團用高性能膨潤土、降低膨潤土在鐵礦球團中的配加量具有重要的現實(shí)意義。
2 工業(yè)試驗
2.1 試驗條件
試驗所采取原礦為鄂州梁子湖地區某礦，該礦產(chǎn)于安山巖系中，是由珍珠巖蝕變而成的鈣基膨潤土，原礦通過(guò)顯微鏡觀(guān)察，同時(shí)結合XRD分析可知：蒙脫石層間距d(001)值為15.031 9nm，屬于典型的鈣基膨潤土。原礦礦物組成(%)為：蒙脫石66、石英8、斜長(cháng)石16、黑云母5、赤(褐，磁)鐵礦4、黃鐵礦1、其他<1。試樣礦物的主要成分為蒙脫石，次要礦物為斜長(cháng)石，少量的黑云母，褐鐵礦和磁鐵礦。此類(lèi)礦石為斑狀、塊狀結構，礦石表面粗糙，比較致密，蒙脫石含量為60%～70%。
通過(guò)測試，該礦物的化學(xué)成分分析結果(%)為：SiO2 57.55、Al2O3 17.53.TF e2O3 4.49、M g O 3.17、CaO 2.75、Na2O 1.83、K2O 1.33、TiO2 0.99、P2O5 0.25、MnO 0.09、S 0.005、燒失量 10.00。
原礦理化性能為：吸藍量31.39g /100g 、膨脹容7.56mL /g 、膠質(zhì)價(jià)44mL /15g 、2h 吸水率140%、蒙脫石含量65.42%。
加工設備：初破設備為錘式破碎機；改性設備：輪碾碾機；烘干設備：干燥粉碎機；磨粉設備：雷蒙磨。
工藝流程:膨潤土原礦→晾曬→人工除石→粗破→輪碾碾壓改性→陳化→干燥粉碎→磨粉包裝→出廠(chǎng)。
2.2 試驗方法
膨潤土傳統的鈉化改性方法有3種：堆場(chǎng)鈉化、懸浮法鈉化與擠壓鈉化。堆場(chǎng)鈉化操作簡(jiǎn)單但生產(chǎn)周期長(cháng)，鈉化效果差；懸浮法鈉化效果好，但生產(chǎn)實(shí)施困難，經(jīng)濟成本高。傳統擠壓鈉化一般采用螺旋擠壓，而螺旋擠壓設備對改性過(guò)程中物料水分要求較為苛刻，水分大，鈉化效果不佳；水分小，對于設備損傷較大，而且生產(chǎn)中耗電量大。
本研究利用輪碾設備對試樣進(jìn)行鈉化改性，該設備主要用于物料的破碎、碾壓，物料經(jīng)過(guò)碾輪時(shí)，擠壓受力，使物料充分粘合。如用于膨潤土改性，除了可以將土料、純堿、水混合均勻外，對物料有一定碾壓作用，能耗相對同產(chǎn)量的螺旋擠壓設備較低，通過(guò)一定時(shí)間碾壓可以使膨潤土得到良好的改性。本試驗采用大型工業(yè)用輪碾機，每次進(jìn)料量?jì)蓢崱?br />
本研究通過(guò)對不同條件下的破碎粒徑、改性劑用量、原料水分、碾壓時(shí)間、陳化時(shí)間等進(jìn)行試驗，尋找冶金用鈉化膨潤土的最佳工藝，以滿(mǎn)足冶金球團用膨潤土要求。
2.3 試驗及結果分析
2.3.1 破碎粒徑
試驗選擇加堿量為2.0%、碾壓水分為26%、碾壓時(shí)間為15min、陳化7d，對破碎粒徑進(jìn)行效果測試，結果如表1所示。
 由表1可以看出，該膨潤土礦樣在不同粒徑加工后，從各粒徑試樣的吸水率、膨脹容和膠質(zhì)價(jià)觀(guān)察，在粒徑小于25mm后，隨著(zhù)粒徑變細，膨脹容指標測試結果逐漸增大，但增大效果不顯著(zhù)；試樣的吸水率隨粒徑變化不明顯。由此可見(jiàn)，原礦進(jìn)行破碎篩分對改性效果的選擇性不高，即只要將原料中大的石塊去除即可。在此，選擇原礦破碎篩分粒徑為25mm。
2.3.2 改性劑用量
確定原礦破碎粒徑為25mm、碾壓水分為26%、碾壓時(shí)間為15min、陳化7d，對改性劑用量進(jìn)行考察，測試結果如表2所示。
從表2可以看出，改性劑用量在2.0%以下時(shí)，各測試數值增加不明顯。隨著(zhù)改性劑用量的增加，當達到2.5%時(shí)，吸水率指標有了很大提高，膨脹容和膠質(zhì)價(jià)指標也發(fā)生明顯的增大趨勢。綜合考慮經(jīng)濟成本，改性劑用量宜選用2.5%。
2.3.3 碾壓水分
確定原礦破碎粒徑為25m m、改性劑用量為2.5%、碾壓時(shí)間為15min、陳化7d，考察改性水分對改性效果的影響。測試結果如表3所示。
碾壓水分對膨潤土鈉化影響較大，原料中加水量有一個(gè)最佳點(diǎn)，加水過(guò)少，不利于Na+與Ca2+交換反應，影響改性效果；若加水過(guò)多，影響產(chǎn)量，同時(shí)不利于碾壓過(guò)程進(jìn)行和后期磨粉加工。根據表3試驗結果，將其碾壓水分控制在26%左右。
2.3.4 碾壓時(shí)間
確定破碎粒徑為25mm、改性劑用量為2.5%、碾壓水分為26%、陳化7d，考察碾壓時(shí)間對改性效果影響，測試結果如表4所示。碾壓時(shí)間越長(cháng)，改性越充分，各測試指標均有明顯提高，當碾壓時(shí)間為15min時(shí)，指標達到相對理想狀態(tài)。隨著(zhù)碾壓時(shí)間延長(cháng)，產(chǎn)量降低，指標提高不是很大，所以選擇碾壓時(shí)間為15min。
2.3.5 陳化時(shí)間
根據以上結果，確定原料粒徑為25mm、改性劑用量為2.5%、改性水分為26%、碾壓改性時(shí)間為15min，陳化時(shí)間對改性效果影響如表5所示。
鈣基膨潤土經(jīng)碾壓改性后，還需有一定陳化時(shí)間，使離子交換反應進(jìn)行的更加充分，即鈉化效果達到最佳狀態(tài)。由以上數據顯示，隨陳化時(shí)間增加，膨脹容指標表現明顯，當陳化時(shí)間達到7d，指標表現良好，再延長(cháng)陳化時(shí)間，指標增加不明顯。鑒于以上結果，選擇陳化時(shí)間為7d。
2.4 工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐
根據以上工業(yè)試驗，選擇最佳工藝條件進(jìn)行大批量連續生產(chǎn)，產(chǎn)品指標得到很好控制，質(zhì)量也相對比較穩定。將所生產(chǎn)成品發(fā)往某球團廠(chǎng)進(jìn)行工業(yè)試用研究，經(jīng)過(guò)使用，對方表示產(chǎn)品使用效果良好，相對以前所供球團土指標較好，質(zhì)量穩定。配比為2.55%左右，其氧化球團工業(yè)試驗數據如表6所示。
3 結論
(1) 本研究對湖北鄂州梁子湖區某鈣基膨潤土進(jìn)行半干法輪碾碾壓改性，對其鈉化改性條件進(jìn)行控制，尋找出最佳鈉化工藝方案。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)工業(yè)實(shí)踐，證明其完全可用于冶金球團氧化球團的生產(chǎn)，膨潤土的配比相對較低。鐵精礦的成球性、生球產(chǎn)量和質(zhì)量、成品球團的產(chǎn)量和質(zhì)量都有大幅度的提高，球團產(chǎn)品可完全滿(mǎn)足該地區冶金球團用膨潤土的需要。
(2) 本研究采用的輪碾碾壓改性方法，工藝比較簡(jiǎn)單，鈉化效果好，對鈉化水分的要求相對較小，生產(chǎn)效率高，節省能耗，工藝簡(jiǎn)單，易于干燥且設備投資低，產(chǎn)品質(zhì)量指標也比較穩定。在干燥粉碎步驟，我公司采用粉碎裝置對其進(jìn)行干燥粉碎，效率較高，生產(chǎn)不受氣候影響(很多企業(yè)鈉化改性后直接進(jìn)行曬場(chǎng)晾曬，受天氣影響較大，生產(chǎn)不連續，產(chǎn)品水分不穩定)，可以全天候生產(chǎn)，產(chǎn)品水分比較穩定。
(3) 由于本次實(shí)踐研究時(shí)間相對較短，沒(méi)能夠更深層次研究，但從理論分析可以看出，采用此工藝生產(chǎn)的冶金球團用膨潤土還可進(jìn)一步降低膨潤土配比。
?歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
