冀东铁精矿的物化性能测试_亢立明.pdf

第 26 卷第 3 期 2007 年 6 月 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 26，No． 3 June， 2007 文章编号 02545357 2007 03020104 冀东铁精矿的物化性能测试 亢立明1，李福民1， 2，刘曙光2， 3，吕庆2* 1． 东北大学材料与冶金学院，辽宁 沈阳110004; 2． 河北理工大学冶金与能源学院， 河北 唐山063009; 3． 唐山钢铁股份公司炼钢厂，河北 唐山063000 摘要 对冀东铁精矿进行了系统的物化性能测试。结果表明， 铁精矿粒度较粗、 颗粒表面光 滑、 比表面积小、 SiO2含量较高。结合矿相结构分析了冀东铁精矿成球性能比较差的原因。 采用 3的优质膨润土作铁精矿球团的黏结剂， 制得球团的性能能够满足生产要求。 关键词 冀东铁精矿; 球团; 物化性能; 膨润土 中图分类号 TF122; TF521文献标识码 A 收稿日期 2006- 09- 25; 修订日期 2006- 11- 23 基金项目 河北省自然科学基金资助项目 596239 作者简介 亢立明 1962 ， 男， 河北遵化人， 博士研究生， 从事钢铁冶金研究。 通讯作者 吕庆 1954 ， 男， 博士， 河北理工大学教授， 东北大学博士生导师。E- mail lq heut． edu． cn。 Testing on Physical and Chemical Properties of Jidong Magnetite Concentrate KANG Li- ming1，LI Fu- min1， 2，LIU Shu- guang2， 3，LQing2* 1． School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang110004，China; 2． College of Metallurgy and Energy，Hebei Polytechnic University，Tangshan063009，China; 3． Steelmaking Plant，Tangshan Iron ＆ Steel Group Co． Ltd． ，Tangshan063000， China Abstract The physical and chemical properties of Jidong magnetite concentrate were tested systematically． The results reveal that Jidong magnetite concentrate has the special properties of crassitude grain size，smooth grain surface，small specific surface and high content of SiO2． And also based on the results from mineralogical analy- sis of the magnetite concentrate，the causes that result in worse balling perance of Jidong magnetite concen- trate were discussed． A proposal of adding 3 high- quality bentonite as a binder to improve the balling per- ance of Jidong magnetite concentrate in order to meet the production request was put forward． Key words Jidong magnetite concentrate; pellet; physical and chemical property; bentonite 随着我国钢铁工业的高速发展， 为降低成本， 提高竞争力， 高炉生产对原料的要求越来越高。 高碱度烧结矿配加高品位的酸性球团被公认为优 质而合理的高炉炉料结构。目前我国高质量的酸 性球团缺口较大， 而国际市场球团价格日益提高。 因此， 改善高炉炉料结构， 提高氧化球团生产能力 和质量， 提高球团入炉比例已成为一种发 展 趋势 ［1 －2 ］。冀东矿区铁矿分布范围广， 储量大， 是 唐山地区钢铁企业的重要原料基地。但冀东矿区 原矿含铁品位低， 含铁矿物主要为磁铁矿， 矿石硬 度高， 细磨困难。利用冀东铁精矿生产球团还存在 很多技术难题。实践证明， 铁精矿的物化性能对 造球过程起关键作用 ［2 －5 ］。因此， 本文针对冀东铁 精矿进行了物化性能的测试， 通过添加膨润土进行 102 ChaoXing 造球试验， 改善生球性能， 为利用冀东铁精矿生产 高质量的球团提供技术参数。 1冀东铁精矿的物化性能测试 1． 1原料的粒度组成和比表面积 采用 230 型 LS 激光粒度分析仪 美国库尔特 公司 对铁精矿和膨润土的粒度组成进行测试。 铁精矿比表面积的测定采用 LS 230 型勃氏透气比 表面积仪 美国库尔特公司 ， 根据一定量的空气， 通过具有一定空隙率和一定高度的料层时所受 阻力不同进行测定。实验步骤如下。 1 检查仪器系统是否漏气， 用水银替代法标 定出盛放试样的容器体积。 2 利用式 1 计算出所测试样的质量 m g 。 m ρV 1 － ε 1 式 1 中， ρ 为所测试样的真密度 g/cm3 ; V 为容器 的体积 cm3 ; ε 为试样的空隙率， 取值0．500。 3 将穿孔板、 下层滤纸、 试样、 上层滤纸依次 装入量筒中， 用捣器压实到指定高度。 4 连接好抽气管道， 开动抽气泵直到水柱升 至最上端刻度线， 关闭活塞。当液体弯月面与第二 条刻度线相切时开始计时， 液体弯月面与第三条刻 度线相切时停止计时， 并算出所需要的时间 t。 试样的比表面积 S cm2/g 的计算公式为 S t t 槡 S SS 2 式 2 中， t 为试样试验过程中液体弯月面从第二刻 度降到第三刻度所需的时间 s ; tS为标样试验过程 中液体弯月面从第二刻度降到第三刻度所需的时间 s ; SS为标样的比表面积， 取值3050 cm2/g。 1． 2铁精矿的最大分子水 采用压滤法测定铁精矿的最大分子水。在试 样表面上施加一定的压力， 使试样中的自由水、 毛 细水被压出并被滤纸吸收， 保留在试样中的水就是 最大分子水。测试步骤如下。 1 将 20 g 试样以蒸馏水充分润湿至饱和状 态， 静置 2 h。 2 将 20 张滤纸放在压塞上， 经过润湿的试 样放在滤纸上， 再在试样上放好 20 张滤纸， 放入上 压塞。 3 施加压力 65． 5 kg/cm2， 加压 5 min 后， 取 出试样称量为 m 1水 g ， 放入烘箱， 在 110 5 ℃ 进行烘干至恒重 m 2水 g 。 根据式 3 计算出最大分子水 w水 w水 m 1水 － m 2水 m 1水 100 3 1． 3铁精矿的最大毛细水 重力不能使毛细水运动， 利用毛细水只能靠毛 细力的作用在颗粒之间形成的毛细孔迁移。采用涂 蜡容量法测定， 当微颗粒间的孔隙为毛细水所充满 时， 所填充的水就是最大毛细水。测试步骤如下。 1 将装料器、 筛板涂上一薄层蜡， 把筛板放 入装料器中， 在筛板上铺两层滤纸。 2 称量干燥试样质量 m 1毛 50 ～ 100 g ， 以 松散状态装入装料器中， 料面要平整， 并测出料层 高度 H mm 。测定前， 进水管的水位与筛板底保 持在同一水平线上。 3 记下装料时间即开始吸水初始时间 t1 ， 当 毛细水沿毛细孔上升时， 进水管的水位逐渐下降， 此时打开滴定管阀门， 放出蒸馏水， 滴定管的放水 速度应与毛细水上升速度一致， 使进水管的水位保 持稳定， 直到料面已润湿， 试样不再吸水为止， 记下 吸水终止时间 t2。 4 称量吸水之后试样的质量 m 2毛 g 。 根据式 4 计算铁精矿的最大毛细水 w毛 w毛 m 2毛 － m 1毛 m 2毛 100 4 根据式 5 计 算 毛 细 水 的 平 均 上 升 速 度 v mm/s v H t1－ t2 5 1． 4铁精矿的成球性指数 造球原料的物化性质中， 以颗粒表面的亲水性 和颗粒形状对其成球性影响最大。颗粒表面亲水 性越高， 固相与液相界面的接触角越小， 颗粒容易 被水浸湿; 薄膜水和毛细水含量越高， 毛细水的 迁移速度也高， 成球性越好。 利用铁精矿的最大分子水、 最大毛细水， 根据 式 6 可以计算出铁精矿静态成球性指数 K。 K w水 w毛－ w水 6 K 值大小用于衡量铁精矿的静态成球性能， K 值越大， 说明其越容易成球。K 为 0． 20 ～ 0． 35， 物料属弱成球性; K 为 0． 35 ～0． 60， 物料属中成球 性; K 为 0． 60 ～ 0． 80， 物料属良成球性; K ＞ 0． 80， 物料属优成球性。 202 第 3 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing 2结果与讨论 2． 1冀东铁精矿的物化性能 资料显示， 铁精矿的比表面积越大， 表面能越 大， 就越容易成球。造球过程中， 当表面分子处于 不平衡的力场中时， 由于表面存在过剩的能量， 铁 精矿颗粒与周围介质 添加剂或水 颗粒表面即会 显示出电荷。水分子具有偶极构造而中和干燥颗 粒表面的电荷， 颗粒表面的过剩能量因放出润湿热 而减小， 结果在颗粒表面形成一层吸附水层。在机 械力的作用下， 铁精矿颗粒互相接触， 表面能降低， 粒子聚集， 形成球核。一般的造球物料的比表面积 要求在 1500 ～ 1900 cm2/g， 国外某些高品位铁精 矿的比表面积甚至达到 2000 cm2/g 以上， 如秘鲁 精矿粉 ［3 ］。研究表明， 细磨物料的成球性不仅与 铁精矿的粒度、 粒度组成、 孔隙率有关， 而且与铁精 矿的亲水性密切相关 ［4 ］。 实验采用唐钢冀东铁精矿和群采冀东铁精矿， 测试其化学成分见表 1; 粒度组成见表 2。 表 1铁精矿的主要化学成分 Table 1Chemical composition of magnetite concentrates 矿种 wB/10 －2 TFeFeOCaOSiO2MgO 唐钢冀东铁精矿65． 3429．060．524．480．29 群采冀东铁精矿52． 3818．670．828．212．69 表 2铁精矿的粒度组成 Table 2Size distributions of magnetite concentrates 矿种 粒度分布wB/10 －2 ＜0．053 mm 0．053 ～ 0．074 mm 0．074 ～ 0．15 mm 0．15 ～ 0．30 mm ＞0．30 mm 平均粒 度/mm 冀东 铁精矿 45．4313．4724．2515．163．690．104 群采 铁精矿 59．9514．4718．427．111．050．078 本次测试结果表明， 冀东铁精矿的粒度粗， 比 表面积仅为 1356 cm2/g; 粒径小于 0． 074 mm 200 目 的占总量的 58． 9， 0． 045 mm 300 目 的低于 45． 43， 粒度组成不尽合理， 导致其颗粒表面能较 低; 而化学组成 SiO2含量高， 又降低了铁精矿颗粒 表面的亲水性， 其最大毛细水 w毛 为 16． 4; 最大分子水 w水 为 4． 1。 综合以上测试结果， 成球性指数仅 0． 33， 属弱 成球性， 而国外优质铁精矿的成球性指数可以达到 0． 8， 如印度铁矿粉。因此， 在使用冀东铁精矿生产 球团时必须认真选择好磨矿工艺， 在工艺流程上设 置可靠的磨矿和干燥设施 ［5 ］。 2． 2冀东铁精矿的显微结构 利用 OPTON － 2 型 光 学 显 微 镜 原 西 德 OPTON公司 对冀东铁精矿进行矿相分析， 如图 1、 图 2 所示。冀东铁精矿中磁铁矿含量为 90 ～ 95， 含有少量的黄铁矿。铁精矿颗粒为中粗粒变 晶结构， 条纹、 条带状结构， 多为半自形晶或他形 晶， 呈尖棱碎粒状， 存在不完全解理; 其表面光洁平 滑， 少数有包裹体或连生体， 粒径一般为 0． 05 ～ 0． 16 mm。脉石以石英为主， 石英约占 4 ～ 6， 同时伴有少量角闪石、 镁铁闪石、 绿泥石、 黑云母、 透辉石、 紫苏辉石等。 由于冀东铁精矿颗粒表面光滑， 而玻璃质结晶 表面的吸水能力和黏结力低于粗糙表面， 所以颗粒 间摩擦力小; 又因为脉石含量高， 石英被水润湿性 差， 降低了冀东铁精矿的亲水性， 从而导致冀东铁 精矿的成球性比较差。 图 1冀东铁精矿矿相结构 反光， 放大 500 倍 Fig．1Mineralogical structure of Jidong magnetite concentrate 图 2冀东铁精矿粉中的石英 反光， 放大 500 倍 Fig． 2Quartz in Jidong magnetite concentrate 2． 3添加膨润土的冀东铁精矿球团的性能 近几十年， 国内外普遍采用膨润土作为球团黏 结剂， 当其填充于矿粉颗粒间时， 可增加毛细力， 改善生球性能， 也能改善生球的热稳定性和干球的 302 第 3 期亢立明等 冀东铁精矿的物化性能测试第 26 卷 ChaoXing 强度。本文采用冀东铁精矿添加膨润土进行造球 试验， 所用膨润土测试的物理性能为 蒙脱石含量 65， 膨胀系数 21 mm/g， 胶质价每 15 g 为 98 mL， 2 h 吸水率 189， 0． 043 mm 320 目 粒度含量 99。该膨润土符合一级膨润土标准， 是优良的球 团黏结剂。添加膨润土的铁精矿球团性能的测试 结果见表 3。 表 3膨润土含量对铁精矿生球性能的影响 Table 3Effect of bentonite dosage on balling perance of magnetite concentrate w膨润土/ 落下强度/ 次① 生球 抗压强度/ N个 －1 爆裂 温度/ ℃ 成品球 抗压强度/ N个 －1 1． 01． 17．35901550 1．52． 98．56801640 2．04． 310． 57201690 2．54． 911． 47301900 3． 05． 911． 87502280 ① 为每 0．5 m 落下的次数。 由表3 可知， 由于冀东铁精矿的粒度较粗， 为满 足造球的需要， 必须配加较高比例的膨润土。膨润 土配比为 3． 0 时所制得球团的性能最优， 球团的 落下强度每0．5 m 为 5． 9 次， 生球抗压强度为 11． 8 N/个; 爆裂温度为750℃， 成品球的抗压强度为2280 N/个， 能够满足球团生产的要求。膨润土的主要 成分为 SiO2， 其含量在 60以上。据国内的生产经 验， 膨润土配比每增加1， 球团矿品位降低0．66， 相应成品矿的 SiO2含量也大幅度增加。SiO2是高炉 冶炼的有害成分， 在保证一定的炉渣碱度的情况下， 应尽可能减少其入炉。国外先进的球团生产对膨润 土的使用十分讲究， 用量一般不超过 1， 低的仅为 0．5 ～0． 7［ 5 ］。因此， 在使用冀东铁精矿生产球 团时， 应结合使用磨矿工艺， 提高冀东铁精矿的粒度 组成， 并选择适宜的膨润土。 3结语 物化性能测试结果表明， 冀东铁精矿粒度较 粗， 比表面积小， SiO2含量较高， 从而导致冀东磁铁 矿粉的成球性能比较差， 其成球性指数仅 0． 33， 属 于弱成球性。添加 3的优质膨润土， 可以使冀东 铁精矿球团的性能满足球团生产的需要。在使用 冀东铁精矿生产球团时必须认真选择好磨矿工艺， 在工艺流程上必须设置可靠的磨矿和干燥设施， 选 择适宜的膨润土， 使其配比低于 1， 提高冀东 铁精矿球团的质量。 4参考文献 ［ 1］ 许满兴． 论新世纪球团的质量进步［J］ ． 烧结球团， 2000， 25 6 1 －3． ［ 2］ 傅菊英， 姜涛， 朱德庆． 烧结球团学［M］ ． 长沙 中南 工业大学出版社， 1996 1 －2． ［ 3］ 张一敏． 球团工艺与理论［ M］ ． 北京 冶金工业出版 社， 1997 1 －5． ［ 4］ 王昌安， 罗廉明． 铁精矿粒度组成对球团质量的影响 ［ J］ ． 武汉化工学院学报， 2005， 27 2 38 －40． ［ 5］ 叶匡吾． 关于我国球团矿质量问题的探讨［J］ ． 烧结 球团， 2005， 30 5  1 －4． 仪器信息网“ 买家俱乐部” 正式成立 为了加强众多仪器采购单位之间的交流与合作， 帮助仪器 采购单位避免采购中可能产生的问题， 并以最优惠的价格买到最适 合的仪器， 仪器信息网 “买家俱乐部” 已于 2007 年 1 月 1 日起正式 成立。俱乐部正式会员可享有以下权利 1 进入俱乐部 “网上讨论交流专区” ， 与其他俱乐部会员随时 随地互动交流， 分享采购经验， 结交同行好友， 并获得本网奖励的积分。 2 进入俱乐部 “资料共享区” ， 免费查阅采购指南方面的资料 文章。俱乐部会员撰写的采购交流方面的文章可上传到此资料共享 区， 并获得一定的稿酬， 优秀论文还可向 现代仪器 杂志推荐刊登。 3 上网查看仪器厂商的资质证明 如 营业执照、 企业规模 和产品情况等的证明文件 。 4 享有俱乐部提供的仪器价格咨询服务。 5 接受俱乐部提供的仪器选型方面的指导。 6 参加本网举办的所有俱乐部会员活动， 并获得精美礼品和奖品。 7 以优惠价格购买本网推荐仪器厂家的产品。 8 获赠本网定期发行的直邮杂志仪器快讯 ， 获取最新 行业资讯。 俱乐部详情、 加入俱乐部的流程、 及报名要求请登陆 http ∥www． instrument． com． cn/vip/club 欢迎从事仪器采购工作的人士报名， 俱乐部管理委员会将对报 名者的资格进行审核， 审核合格后即可免费成为俱乐部正式会员。 仪器信息网 402 第 3 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing