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有机复合膨润土铁矿粉压球机球团中普遍应用

发布时间:2018-04-27 08:44| 浏览: |来源: 新闻中心

 矿粉压球机所生产的球团矿是高炉冶炼的主要铁矿原料之一,其质量好坏直接影响高炉生产及后道工序。进入21世纪以来,国内球团矿需求量逐年递增,生产发展迅速,2006年产能已超过1亿吨,在短短几年内建成了拥有近六千万吨生产能力的链篦-回转窑工艺。但国内球团矿的产品质量总体低下、品种单一,与国际水平相差甚远,主要表现在矿粉压球机生产的球团矿的铁品位低和SiO2含量高,其中的一个重要原因是膨润土配加量过高。据资料统计,目前国内球团厂膨润土用量较高,一般在3.0%以上,与国外水平(小于1%)相比差距明显,而且随着近年矿石资源的日益紧张,造球用铁精矿质量恶化,膨润土的用量还有增加的趋势。膨润土的用量过高,不仅增加了球团生产成本,而且还降低了球团矿的铁品位,高炉使用这种球团矿进行冶炼,生铁产量下降,焦比增加,严重影响经济效益。因此,研究开发有机复合膨润土用于取代常规膨润土强化铁矿球团具有十分重要的现实意义。
本研究采用中南大学研制的有机复合膨润土进行了矿粉球团试验研究。在膨润土的用量、造球性能和焙烧特性等方面进行了有机复合膨润土、取代常规膨润土制备氧化球团的对比实验;同时,还采用X射线衍射、表面电位、扫描电镜和差热分析等测试手段对有机复合膨润土的作用机理进行了研究。
试验用含铁原料为巴北精矿、巴南精矿、巴中精矿、金山店精矿及自购精矿,均由武钢鄂州球团厂提供。铁精矿的化学成分和粒度组成,除自购矿外,其它精矿的铁品位均在65%以上,有害杂质含量低,尤其是属于磁铁精矿的金山店矿,它们均是生产氧化球团的优质原料。由表2可知,铁精矿粒度为-0.074mm的含量均在82%以上,但其比表面积均较小,未达到一般造球原料的标准(1500~1900cm2/g)[10-11],必须进行预处理以增大其比表面积,改善其成球性。试验采用的膨润土是湖北某地产的常规膨润土和中南大学研制的有机复合膨润土。其物化性能可见,有机复合膨润土的胶质价、膨胀容和2h吸水率均优于常规膨润土。尤其是有机复合膨润土的物理性能指标最好,吸水率及膨胀容明显高于常规膨润土本试验所采用的造球原料构成为:巴北矿金山店矿巴南矿巴中矿自购矿,试验过程中该配比固定不变。全部含铁原料均经过烘干使其水分低于适应的混合料水分,将铁精矿、膨润土和水按比例进行混匀(混合料水分固定为7%),然后进行高压辊磨(辊磨压力固定为1.0106Pa)及造球。混合料高压辊磨采用中南大学研制的高压辊磨机,转速为68r/min。生球制备采用矿粉压球机,直径为1000mm,转速18r/min,倾角45-47b可调。造球结束后,称出500g测定生球水分,并取10-12.5mm的生球进行生球质量检测,检测项目如下:取20个生球,从距地面0.5m的高处自由落下到5mm厚的钢板上,直到生球产生裂纹为止,取其平均值作为生球落下强度的指标;取20个生球,放在KQ-2型生球强度测定仪上进行测定,取其平均值作为生球抗压强度指标;生球爆裂温度测定采用动态介质法,在650mm-970mm的竖式管炉中进行,取50个生球装入不锈钢罐中,热气流以一定速度(1.0-1.5m/s)穿过生球层,生球在炉膛内停留5min,然后取出,以生球爆裂4%所能承受的最高温度为爆裂温度。将制备好的生球在105e下烘干,在卧式管状电炉中进行预热焙烧试验,电炉炉膛直径为50mm。每次取10个粒度为10mm-12.5mm的成品球团作抗压强度检测,成品球团矿的抗压强度在ZQYC-智能抗压测量仪上测定。
   膨润土种类及用量对生球质量的影响为了考查有机复合膨润土替代常规膨润土对生球质量的影响,对其分别进行了用量试验造球时间为13min,生球水分为9.5%左右,为使生球落下强度达到4次/0.5m以上的要求标准,常规膨润土用量为2.0%,有机复合膨润土用量仅为1.2%;为使生球抗压强度满足0N/个以上的要求标准,常规膨润土用量为2.2%,有机复合膨润土A或B用量仅为1.2%。由此表明,为了使生球落下强度和抗压强度均满足要求,常规膨润土用量达到2.2%,而有机复合膨润土A或B的适宜用量仅为1.2%。膨润土种类及用量不仅影响生球强度,而且对生球爆裂温度也有显著影响,有资料显示添加有机粘结剂使生球爆裂温度降低。为此,考察了3种膨润土对生球爆裂温度的影响,结果表明:在以上最佳用量时,生球爆裂温度均大于620e。这一结果说明,用有机复合膨润土A或B取代常规膨润土作粘结剂时不会导致生球爆裂温度的下降。因此,有机复合膨润土取代常规膨润土能提高铁精矿的成球性和改善生球性能。
   膨润土种类对矿粉压球机球团焙烧性能的影响,膨润土种类不仅影响生球质量,而且影响成品球团矿质量。3种膨润土在各自不同焙烧条件下的成品球抗压强度对比示。根据大型高炉生产指标,入炉球团的抗压强度应达到2500N个,对配比为2.2%的常规膨润土而言,焙烧温度为128,焙烧时间为2min时,成品球抗压强度可以满足大型高炉的生产要求;配加1.2%的有机复合膨润土A的球团,在焙烧温度相同的条件下,焙烧时间缩短为8min时,成品球抗压强度可达到要求;而配加1.2%的有机复合膨润土的球团,焙烧温度为250,时间为10min时,成品球抗压强度就达2510N,相比较配比为2.2%的常规膨润土球团而言,不仅焙烧温度下降了30e,而且焙烧时间缩短了2min。因此,在满足大型高炉生产指标的前提下,采用有1.2%的有机复合膨润土或B取代2.2%的常规膨润土时,改善了球团的焙烧性能,有利于提高球团矿产量和质量,节能降耗。
   另外,对配加不同种类膨润土的成品球团矿进行了化学成分分析,从此可见,相对常规膨润土而言,配加有机复合膨润土的成品球团矿的铁品位提高了约1.10个百分点,SiO2、Al2O3和CaO的含量均有所下降。因此,采用有机复合膨润土A或B取代常规膨润土具有明显提高球团铁品位的效果。有机复合膨润土的作用机理,3种膨润土的X射线衍射。由此可见,有机复合膨润土的晶层间距较常规膨润土大。这主要是由于有机小分子中的阳离子置换膨润土中的阳离子,使有机物分子一端插入膨润土的晶层之间,从而使晶层间距增大。本文所采用的有机复合膨润土中的有机小分子结构模型为:与铁精矿表面发生化学吸咐作用的亲矿、亲水基团;插入晶层间的阳离子基团;有机架;聚合度,有机小分子的阳离子基团插入膨润土的晶层之间后,活性基团端则暴露于膨润土晶层外,亲矿基团与铁矿颗粒表面产生化学作用力和物理作用力,亲水基团与极性水分子作用,从而使铁矿颗粒表面亲水性得到明显改善,生球中毛细引力能显著增大,提高生球强度。
    矿粉压球机颗粒形貌与物性之间存在着密切的关系,它对颗粒群的许多性质产生影响。例如,物料的比表面、流动性、填充性、表面现象和化学活性等。对于用于球团造球的粘结剂,其形状对生球性能有重大的影响。
3种膨润土的颗粒形貌膨润土中大多为表面相对较光滑的粗颗粒,以聚结状态存在,呈层片状与块状的集合体。有机复合膨润土中颗粒粒度明显减小,大多为形状不规则、表面粗糙的粒状,微颗粒生成新表面,比表面积增大,从而颗粒表面自由能增加、活性增强,呈细小鳞片状集合体。从颗粒表面形貌可知,常规膨润土的蒙脱石颗粒以聚合体存在,而有机复合膨润土的蒙脱石颗粒呈分散状态,分散的蒙脱石颗粒浸润填充在矿石颗粒之间,增加了固相桥键和液相桥键,特别是形成微细的毛细管,增大毛细力,从而大大提高了生球抗压强度;同时由于有机复合膨润土的抗压吸水能力增强,促使了矿石颗粒间的相对滑动,从而提高了生球的落下强度。
     膨润土在焙烧固结过程中产生的一系列物理化学变化的过程直接决定了膨润土的添加量和焙烧工艺条件的选则。通过对3种膨润土进行差热分析,考查了膨润土在固结过程中的行为,差热分析曲线可见,3种膨润土的晶层间水的脱除均发生在500-700左右,它标志着结构水排出也显示了晶体结构的破坏,即造成膨润土物理性能的丧失。此温度区间吸热谷出现的早晚,说明了膨润土耐热性能的优劣,吸热谷出现得越晚,膨润土耐热性能越好。由图中差热分析可知,常规膨润土在530左右出现一个较强的吸热谷,在出现一个较弱的吸热谷;有机复合膨润土均在530左右出现一个微弱的吸热谷,在660出现一个较强的吸热谷。由此可见,有机复合膨润土的吸热谷滞后于常规膨润土,即有机复合膨润土A、B的热稳定性优于常规膨润土。因此,当焙烧温度达到500~700之间时,铁矿配加耐热性能好的膨润土,有利于增加矿石颗粒之间的粘结力,提高焙烧球强度。当焙烧温度达到1100以上,膨润土开始熔化成为渣化剂与氧化物结合,从而进一步提高焙烧球的强度。由差热分析可知,有机复合膨润土的熔化温度分别为1159e和1170e,比常规膨润土的熔化温度为1227时低了60~70。因此,配加有机复合膨润土的球团在较低的焙烧温度下就有液相形成,液相的存在对固相物质的扩散提供了通道,消除了颗粒的晶格缺陷,增加了颗粒接触面积,使颗粒之间高温粘结力增强,增加球团致密化程度,从而使球团矿获得高的抗压强度。因此,在较低的焙烧温度和较短的焙烧时间,配加有机复合膨润土的球团就能达到较高的成品球强度。以上结果与配加有机复合膨润土的球团焙烧性能优于配加常规膨润土的球团是一致的。
3结论
1)有机复合膨润土的矿粉压球机造球效果良好,用于取代常规膨润土时,在其用量为1.2%时即可获得满足生产要求的生球性能,落下强度大于4/0.5m,抗压强度大于10N/个,爆裂温度在620e以上;在球团焙烧中,在较低的焙烧温度和较短焙烧时间就可获得满足要求的成品球团矿强度。因此,有机复合膨润土取代常规膨润土时,既达到了显著降低膨润土用量的效果,又可满足生产及产品用量的要求,具有广阔的应用前景。
2)采用有机复合膨润土取代常规膨润土能有效提高球团铁品位。配加1.2%的有机复合膨润土时,比配加2.2%常规膨润土的球团铁品位提高了1.10%。
3)有机复合膨润土的作用机理表明:含有阴离子极性基团的有机小分子插入膨润土的晶层间,使晶层间距增大,表面电位更负,从而使有机复合膨润土的扩散层较厚,吸水膨胀性能较好,可以提高铁精矿表面的亲水性,有利于生球质量的提高;有机复合膨润土的颗粒比表面积增加,其表面吸附能力提高,增加了其表面活性,有利于铁精矿粉压球机成球;另外,有机复合膨润土的热稳定性和高温粘结力均优于常规膨润土,有利于改善球团焙烧性能。


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