PMC精矿粉细磨粒度对球团质量的影响.pdf
PMC 精矿粉细磨粒度对球团质量的影响 ① 田 野, 吕 庆, 刘小杰, 郄亚娜, 李建鹏 (华北理工大学 冶金与能源学院 河北省现代冶金技术重点实验室,河北 唐山 063009) 摘 要 研究了 PMC 精矿粒度对球团质量的影响,结果表明PMC 矿粉粒度由 0.074 mm 变细至 0.044 mm,球团落下强度由 3.90 次/0.5 m 增大到 4.25 次/0.5 m,抗压强度由 7.42 N/ 个增大到 7.62 N/ 个,成球率由 94.02%下降到 87.80%,爆裂温度由 460 ℃ 降到 390 ℃。 当预热时间 15 min、预热温度 925 ℃、焙烧温度 1 300 ℃、焙烧时间 10 min 时,PMC0.044 精矿粉球团的抗压强度较 PMC0.074 精矿粉球团的抗压强度有显著提高。 关键词 PMC 矿粉; 球团; 粒度; 焙烧 中图分类号 TF046文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2017.01.023 文章编号 0253-6099(2017)01-0085-04 Effect of Grinding Fineness of PMC on Qualities of Pellets TIAN Ye, L Qing, LIU Xiao-jie, QIE Ya-na, LI Jian-peng (College of Metallurgy and Energy, Hebei Key Laboratory of Modern Metallurgy Technology, North China University of Science and Technology, Tangshan 063009, Hebei, China) Abstract The effect of grinding fineness of PMC on green pellet quality was studied. Results show that, with its grinding fineness decreasing from 0.074 mm to 0.044 mm, the drop number of pellet increases from 3.90 times/0.5 m to 4.25 times/0.5 m, compression strength increases from 7.42 N/ a to 7.62 N/ a, while pelletizing rate decreases from 94.02% to 87.80% and cracking temperature decreases from 460 ℃ to 390 ℃. It is found that having been preheated at a temperature of 925 ℃ for 15 min and roasted at 1300 ℃ for 10 min, the pellet of PMC at grinding fineness of 0.044 mm had compression strength improved, compared to the pellet of PMC at fineness of 0.074 mm. Key words PMC; pellets; particle size; roasting 相对于烧结矿而言,球团矿的冶金性能较好,生产 过程中污染小,大规模生产成本较低。 PMC 矿粉为南 非铜尾矿,其磁铁精矿粉铁品位高,同时含有较高钛、 磷、铜、碱金属,价格较低,但烧结性能较差。 如果能将 PMC 精矿粉应用于球团生产,不仅能使尾矿得到综合 利用,也将大大降低生产成本[1]。 关于磁铁矿球团氧 化焙烧性能已有大量研究[2-6],而关于 PMC 精矿粉粒 度对球团质量影响的研究尚不多见。 本文以 PMC 精 矿粉为主,配加一定量的司家营铁精矿粉,研究 PMC 精矿粉粒度对球团质量的影响。 1 试验原料及方法 1.1 试验原料 试验用矿粉主要化学成分分析结果见表 1。 其 中 PMC0.074、PMC0.044 分别代表粒度为 0.074 mm、 0.044 mm 的 PMC 矿粉。 表 1 球团使用矿粉化学成分分析结果(质量分数) / % 矿粉名称TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOTiO2MnOSP2O5CuNa2OK2OV2O5烧损 PMC0.07465.4825.871.000.651.092.731.620.000.030.1880.0510.0120.0210.080.83 PMC0.04466.8528.020.530.560.702.891.750.000.040.2000.050.0180.0070.070.90 司家营矿粉65.4020.156.310.420.220.420.120.000.080.3440.000.0460.0110.00-1.00 ①收稿日期 2016-09-17 基金项目 国家自然科学基金(U1360205) 作者简介 田 野(1990-),女,河北唐山人,硕士研究生,主要研究方向为炼铁理论与工艺。 通讯作者 吕 庆(1954-),男,河北晋县人,教授,博士,主要研究方向为炼铁理论与工艺。 第 37 卷第 1 期 2017 年 02 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.37 №1 February 2017 万方数据 采用 X 射线衍射(XRD)对 PMC0.074 和 PMC0.044 精矿粉进行了分析,结果如图 1~2 所示。 200406080100 2/θ 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1MgFe2O4 2Fe3O4 图 1 PMC0.074 矿粉 XRD 图谱 200406080100 2/θ 1,2 1,2 1,2 1,2 1,21,2 1,2 1,2 1MgFe2O4 2Fe3O4 图 2 PMC0.044 矿粉 XRD 图谱 由图 1~2 可知,PMC0.074 和 PMC0.044 精矿粉矿 物均以磁铁矿为主。 利用库尔特 LS-230 型激光粒度分析仪分析了 PMC 精矿粉、司家营矿粉的粒度,结果如表 2 所示。 表 2 精矿粉粒度组成 矿粉 名称 体积分布对应粒径/ μm <10%<25%<50%<75%<90% 平均粒径 / μm PMC0.07412.3820.9138.8664.9193.0835.99 PMC0.04410.7417.9330.1360.3872.3729.09 司家营矿粉10.3523.1951.2387.80136.643.92 影响生球强度的因素之一是铁精矿的粒度组 成[7]。 为了使精矿适合造球,已有研究表明,-0.045 mm 粒级含量应控制在 60%以上[8],或-0.074 mm 粒 级含量控制在 85%以上,且要求精矿+0.25 mm 粒级含 量近似于 0[9]。 国外造球原料粒度较国内细,-0.074 mm 粒级含量一般在 85%以上;国内造球原料粒度较 粗,-0.074 mm 粒级含量一般在 80%以下[10],所以成 球性能较差。 由表 2 可知,PMC0.044 精矿粉-0.074 mm 粒级含量在 85%以上,完全达到国外造球原料粒 度标准,而 PMC0.074 精矿粉和司家营矿粉-0.074 mm 粒级含量在 80%以下,因此成球性能较差;但 PMC0.074 精矿粉整体粒度较司家营矿粉粒度细,增加 PMC0.074 精粉配比对提高成球性能有利。 利用 TSJ-3 型微型烧结设备对铁矿粉进行了基 础特性检测,结果如表 3 所示。 表 3 铁矿粉基础特性数据 矿粉 名称 同化温度 / ℃ 液相流动 指数 粘结相强度 / N 连晶特性 / N PMC0.0741 3700.002 1021 832 PMC0.0441 3600.002 5022 156 司家营矿粉1 2301.886241 402 烧结过程中一般要求铁矿粉的同化温度 1 275~ 1 315 ℃。 由表 3 可知司家营矿粉的同化温度最低, 为 1 230 ℃;PMC0.074 和 PMC0.044 矿粉的同化温度 较高。 PMC0.074 和 PMC0.044 矿粉的液相流动性指 数过低,均小于 0.7;司家营矿粉的液相流动性指数为 1.88,高于 1.6,液相流动能力较强。 司家营矿粉中的 脉石含量较高,对铁矿物连晶发展有阻碍作用,因此连 晶强度较低,为 1 402 N;其余 2 种矿粉的连晶强度均 高于 1 800 N。 采用蔡司高倍显微镜对 3 种矿粉矿相组成及含量 进行了观察,结果如表 4 所示。 表 4 铁精粉矿相组成及含量 矿粉 名称 铁矿物/ %脉石矿物/ % 磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿 磁黄铁矿 石英 角闪石 其他 PMC0.07478~828~121~23~54~6 PMC0.04480~85 10~151~22~32~4 司家营矿粉 75~803~5微量2~38~103~51~2 由表4 及显微镜下观察发现,PMC0.074、PMC0.044 矿粉以磁铁矿为主,赤铁矿夹杂在磁铁矿中呈网格状 分布;脉石矿物含量较少,主要成分为石英和角闪石。 司家营铁精矿粉以磁铁矿为主,脉石矿物以石英为主。 1.2 试验方案 通过前期试验,分别选取以下造球条件和焙烧 条件 1) PMC0.074 和司家营矿粉为原料,在粘结剂含 量 2%、造球水分 8.4%、造球时间 12 min、配比 7 ∶3条 件下造球。 2) PMC0.044 和司家营矿粉为原料,在粘结剂含 量 2%、造球水分 9.0%、造球时间 10 min、配比 7 ∶3条 件下造球。 3) 所得 2 种生球均在以下焙烧条件下焙烧预热 68矿 冶 工 程第 37 卷 万方数据 温度 925 ℃、预热时间15 min,焙烧温度分别为1150 ℃、 1 175 ℃、1200 ℃、1225 ℃、1250 ℃、1275 ℃、1300 ℃, 焙烧时间 10 min。 表 5 为球团的配矿方案。 试验中按照行业标准测 定所得生球、烧结球团性能。 表 5 球团配矿方案(质量分数) / % PMC0.074 或 PMC0.044司家营矿粉膨润土 68.6029.402.00 2 研究结果与分析 2.1 PMC 矿粉粒度对生球质量的影响 按照造球条件所得 2 种生球性能如表 6 所示。 表 6 生球性能比较 样品 成球率 (10~15 mm) / % 落下 强度 / [次(0.5 m个) -1 ] 抗压 强度 / (N个 -1 ) 爆裂 温度 / ℃ PMC0.074 生球94.023.907.42460 PMC0.044 生球87.804.257.62390 由表 6 可知,PMC0.074 和 PMC0.044 精矿粉的生球 成球率相差较大,其余指标差别较小。 虽然 PMC0.044 精矿粉粒度最细,最符合球团对矿粉粒度的要求,但是 配加近 30%粗粒度的司家营矿粉后,PMC0.044 精矿 粉成球性能反而较 PMC0.074 精矿粉低,原因是任何 铁精矿都有一个最适宜的成球粒度组成范围。 在铁精 矿中,+3 mm 粗粒级含量不超过 10%,不影响成球性 能和生球质量,相反一定比例的粗颗粒能起到种核作 用,PMC0.044 精矿粉较 PMC0.074 精矿粉缺乏粒级相 对较大颗粒,在造球过程中母球的形核和长大过程较 缓慢,使球团成球率降低。 铁精矿中-10 μm 微小粒 级颗粒起粘结作用,对提高生球质量有显著影响。 球 团中粗细粒级交错组合,能使生球密实度大大提高,孔 隙率大大降低,从而使颗粒之间的毛细力、分子力和摩 擦力增大,进而增大生球强度。 PMC0.044 精矿粉球团 密实度较高,孔隙率小,因此 PMC0.044 精矿粉球团落 下强度、抗压强度较 PMC0.074 精矿粉高,但因孔隙率 较低导致爆裂温度偏低。 2.2 PMC 矿粉粒度对焙烧球团强度的影响 2.2.1 焙烧温度的影响 固定预热温度 925 ℃、预热时间 15 min、焙烧时间 10 min,焙烧温度对不同粒度球团矿抗压强度的影响 如图 3 所示。 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 1170114012001230126012901320 N-1 PMC0.074 PMC0.044 图 3 不同粒度球团矿在不同焙烧温度下的抗压强度 由图 3 可知,在不同焙烧温度条件下,PMC0.044 精矿粉球团的抗压强度均好于 PMC0.074 精矿粉。 球 团矿以固相扩散固结为主,液相量一般只有 5%~7%, 主要是通过表面层原子的扩散在晶粒接触处形成连接 桥,使颗粒互相粘结而固结[11],PMC0.044 精矿粉粒度 较细,在球团中分布均匀密集,有利于在晶粒接触处形 成连接桥。 在铁精矿球团氧化焙烧过程中,以 Fe2O3 再结晶固结为主[12],PMC0.044 精矿粉的连晶特性比 PMC0.074 精矿粉的高,因此 PMC0.044 的球团抗压强 度比 PMC0.074 的高。 在铁精矿球团矿氧化焙烧过程 中,产生的 5%~7%液相主要起以下作用[13]可加快结 晶质点扩散,加速晶体长大速度;包裹住颗粒,在表面张 力作用下,使矿石颗粒互相靠拢,使球团体积收缩,减少 孔隙率,使球团矿致密化;充填在粒子间,将相邻粒子粘 结起来。 PMC0.044 精矿粉的粘结相强度较 PMC0.074 精矿粉高,因此 PMC0.044 精矿粉球团中由液相粘结起 来的部分强度较 PMC0.074 精矿粉球团高。 2 种矿粉焙烧球团微观形貌如图 4 所示。 由图 4 可知,随着 PMC 精矿粉粒度变细,球团内部连晶更趋 均质化,成为紧密连接成片的赤铁矿晶体,使球团具有 更高的抗压强度。 图 4 矿粉焙烧球团微观形貌 (a) PMC0.074; (b) PMC0.044 2.2.2 焙烧时间的影响 固定预热温度 925 ℃、预热时间 15 min、焙烧温度 1 300 ℃,焙烧时间对不同粒度球团抗压强度的影响如 图 5 所示。 78第 1 期田 野等 PMC 精矿粉细磨粒度对球团质量的影响 万方数据 min 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1014182226 N-1 PMC0.074 PMC0.044 图 5 不同粒度球团矿在不同焙烧时间下的抗压强度 由图 5 可知,焙烧时间在 10~20 min 范围内,随着 焙烧时间延长,2 种粒度矿粉球团的抗压强度均增大, 继续延长焙烧时间,2 种粒度矿粉球团的抗压强度变 化不大。 这是由于随焙烧时间延长,Fe3O4氧化渐趋 完全,Fe2O3再结晶从部分相连过渡到全部连结的互 连晶[14-15]。 PMC0.044 精矿粉球团整体抗压强度较 PMC0.074 精矿粉球团抗压强度高,原因是 PMC0.044 精矿粉的粒度、粘结相强度和连晶特性均好于 PMC0.074 精矿粉。 3 结 论 1) PMC 精矿粉均按各自最佳成球条件造球, PMC0.044 精矿粉球团生球抗压强度、落下强度均好于 PMC0.074 精矿粉球团生球,而成球率和爆裂温度则低 于 PMC0.074 精矿粉球团,但 PMC0.074 精矿粉球团的 生球性能完全达到生产要求,不必将矿粉粒度磨成 PMC0.044。 2) 当预热温度 925 ℃、预热时间 15 min、焙烧温度 1 300 ℃、焙烧时间 10 min 时,PMC0.044 精矿粉球团抗 压强度明显好于 PMC0.074 精矿粉球团。 但 PMC0.074 精矿粉球团抗压强度已经满足生产要求,从经济效益 上来讲,可以选择 PMC0.074 精矿粉作为球团原料。 参考文献 [1] 张淑会,薛向欣,刘然. 尾矿综合利用现状及其展望[J]. 矿冶 工程, 2005,25(3)44-47. [2] 刘曙光. 冀东铁精矿粉造球、氧化及焙烧机理的研究[D]. 唐山 河北理工大学冶金与能源学院, 2006. [3] 罗艳红. 磁铁精矿氧化球团的基础研究[D]. 长沙中南大学资源 加工与生物工程学院, 2011. [4] 吕 庆,亢立明,刘曙光,等. 冀东磁铁精粉球团矿焙烧机理的研 究[J]. 钢铁研究, 2008,36(1)9-12. [5] 吕 庆,亢立明,孙丽芬,等. 冀东磁铁矿球团的氧化机理[J]. 钢 铁研究学报, 2007,19(8)7-10. [6] 傅菊英,李云涛,姜昌伟,等. 磁铁精矿球团氧化动力学[J]. 中南 大学学报(自然科学版), 2004,35(6)950-954. [7] 范晓慧,刘 昌,陈许玲,等. 提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化 球团的影响[J]. 矿冶工程, 2012,32(5)94-97. [8] 王昌安,朱德庆. 润磨活化机理初探[J]. 钢铁研究, 2003(12)23 -27. [9] 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. [10] 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. [11] 亢立明. 冀东磁铁精粉焙烧球团矿机理及工艺参数的研究[D]. 沈阳东北大学冶金与能源学院, 2009. [12] 张贤平. 球团理论的工业运用与鞍钢球团经济技术指标的比较 [D]. 鞍山辽宁科技大学材料学院, 2007. [13] Taguchi K, Aketa K, Matbumoto T. 自熔性球团矿的生产及其高炉 冶炼的性能[C]∥国外链篦机回转窑氧化球团矿译文集,第 5 集. 渡口四川省渡口市科学技术情报研究所, 197896-102. [14] 陈耀明,张元波. 氧化球团矿结晶规律的研究[J]. 钢铁研究, 2005(3)10-12. [15] 黎前程,朱德清,潘建. 南非 HI 磁铁精矿球团矿试验[J]. 烧 结球团矿,2005,30(3)1-4. 引用本文 田 野,吕 庆,刘小杰,等. PMC 精矿粉细磨粒度对球团质 量的影响[J]. 矿冶工程, 2017,37(1)85-88. (上接第 84 页) [3] Wu Z L, Zou L C, Chen J H, et al. Column bioleaching characteristic of copper and iron from Zijinshan sulfide ores by acid mine drainage [J]. International Journal of Mineral Processing, 2016,14918-24. [4] Wu A X, Yin S H, Wang H J, et al. Technological assessment of a mining-waste dump at the Dexing copper mine, China, for possible conversion to an in situ bioleaching operation[J]. Bioresource Tech- nology, 2009,100(6)1931-1936. [5] 张 婧,邹 平,孙珮石,等. 化学-生物联合浸出次生硫化铜精矿 的研究[J]. 矿冶工程, 2015,35(6)122-127. [6] Fu K B, Lin H, Chen S, et al. Comparsion of adhesion of A.ferrooxi- dans on different copper sulphides Surface thermodynamics and ex- tended DLVO theory[J]. Minerals & Metallurgical Processing, 2015, 32(2)121-128. [7] Wang S, Zhang G J, Yuan Q H, et al. Comparative study of external addition of Fe 2+ and inoculum on bioleaching of marmatite flotation concentrate using mesophilic and moderate thermophilic bacteria[J]. Hydrometallurgy, 2008,93(1-2)51-56. [8] 谷士飞,张卫民,于 荣. 矿石粒度和矿浆浓度对原生硫化铜矿细 菌浸出的影响[J]. 有色金属(冶炼部分), 2006(4)22-25. [9] Ahmadi A, Schaffie M, Petersen J, et al. Conventional and electro- chemical bioleaching of chalcopyrite concentrates by moderately ther- mophilic bacteria at high pulp density[J]. Hydrometallurgy, 2011, 106(1-2)84-92. [10] Sasaki K, Takatsugi K, Hirajima T. Effects of initial Fe 2+ concentra- tion and pulp density on the bioleaching of Cu from enargite by Acid- ianus brierleyi[J]. Hydrometallurgy, 2011,109(1-2)153-160. 引用本文 傅开彬,董发勤,陈道前,等. 四川某低品位尾矿中铜、锌硫 化物生物浸出研究[J]. 矿冶工程, 2017,37(1)81-84. 88矿 冶 工 程第 37 卷 万方数据