提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化球团的影响.pdf

第3 2 卷第5 期 2 0 1 2 年1 0 月 矿冶 工程 M D i D i GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G 矾E E R l N G V 0 1 ．3 2 №5 O c t o b e r2 0 1 2 提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化球团的影响① 范晓慧，刘昌，陈许玲，袁礼顺 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究了提高赤铁精矿配比对造球和球团预热焙烧的影响。结果表明随着赤铁精矿配比的提高，生球落下强度和抗压强 度均不断降低，主要是赤铁矿细粒级含量相对较少、比表面积小、颗粒表面光滑导致颗粒间作用力小而造成的；预热球抗压强度不 断降低，焙烧球抗压强度在赤铁矿比例不超过5 0 ％时变化不大，但继续提高赤铁矿比例将显著降低焙烧球抗压强度，赤铁矿比例高 时预热球、焙烧球强度差主要是原生F e 0 ，结晶能力差导致球团固结不好而造成的。 关键词烧结球团；氧化球团；赤铁矿；磁铁矿；配矿 中图分类号T F U 4 6文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 5 0 0 9 4 0 4 E f f e c t so fH e m a t i t eC o n c e n t r a t eR a t i oo nP r e p a r i n go x i d i z e dP e U e t s F A NX i a o h u i ，L I UC h a n g ，C H E NX u l i n g ，Y U A NL i - s h u n s c D o Z 矿膨聊m 如P r o c 船s i n g B i o e 昭i 耻e 以n g ，c e n f m fS o M 娩‰i 钾坶妙，吼Ⅱ咿危口4 l 0 0 8 3 ，舭触n ，吼i n 口 A b s t I ‘a c t T h ee f k c t so fi n c r e a s i n gh e m a t i t er a t i oo nt h ep e l l e t i z i n ga n dp r e h e a t i n gI D a s t i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep e l l e t s h a v eb e e ns t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed r o ps t r e n 昏ha n dc o m p r e s s i v es t r e n 昏ho fg r e e np e Ⅱe t sa r ed e c r e a s e dw i t h t h ei n c r e a s eo fh e m a t i t er a t i o ．T h em a i nr e a s o ni st h a tt h ei n t e r a c t i o nf o r c eb e t w e e nh e m a t i t ep a n i c l e si sl o wd u et oi t s s m a l ls p e c i f i ca r e a ，s m o o t hs u 堪a c ea n dl e s sf i n ef a c t i o no fp o w d e r ．T h ep r e h e a t e dp e u e ts t r e n g 山i sg r a d u a u yd e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo fh e m a t i t er a t i o ．I ta l s oe a nb ef o u n dt h a tt h ec o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fr o a s t e dp e l l e ti n c r e a s e sl i m ea t ah e m a t i t er a t i ob e l o w5 0 ％． H o w e v e r ，t h es t r e n g t hw i Ub er e d u c e dm a r k e d l yw i t hf u r t h e ra d d i t i o no f h e m a t i t e ． T h e d j 珏b r e n c ei nt h es t r e n g t hb e t w e e np r e h e a t e da n dr o a s t e dp e l l e t sa th i g hh e m a t j t em t i oi sm a i n l yr e s u l t e df b mt h eb a d c o n s o l i d a t i o n t h ep e l l e t sb e c a u s eo ft h ep o o rc r y s t a l l i z a t i o np r o p e r t yo fo r i g i nF e 20 3 ． K e yw o r d s s i n t e r e dp e l k t ；o x i d i z e dp e l l e t ；h e m a t i t e ；m a g n e t i t e ；o r ep r o p o r t i o n i n g 氧化球团矿具有形状均匀规则、粉末少、品位高、 强度高、F e o 含量低、还原性好的优点，应用到高炉冶 炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生 铁成本、提高经济效益的作用，是一种优质的冶金炉 料。目前，我国生产氧化球团的原料主要为磁铁精矿， 但是，随着钢铁工业的快速发展，磁铁矿资源正面临日 益短缺的局面，远远满足不了球团生产的需求。由于 选矿技术的进步，我国贫、细、杂铁矿石特别是赤铁矿 逐步得到应用。易选磁铁矿资源的减少和赤铁矿资源 的逐步开发，以及进口赤铁精矿的增多，为我国提高赤 铁精矿生产球团矿提供了条件。J 。 国外已有不少厂家采用高比例的赤铁矿生产氧化 球团，例如巴西、瑞典、美国、加拿大等球团生产大国的 铁矿资源均以赤铁矿为主。巴西作为世界第一大球团 矿出口国，球团厂采用1 0 0 ％的赤铁矿为原料，其生产设 备为带式焙烧机M qJ 。赤铁矿用于我国球团矿的生产 起步较晚。国内首先采用赤铁矿为原料生产球团矿的 是一些无固定原料基地的球团厂，它们打破传统使用磁 铁矿的惯例，开始使用进口赤铁矿，如南京钢铁厂，使用 比例约4 0 ％。近几年，随着球团矿大型化生产的需要， 越来越多的球团厂开始兴建链篦机．回转窑，如柳钢二 期、武钢鄂州5 0 0 万吨球团厂、杭钢大榭3 0 0 万吨球团 厂、沙钢2 2 4 0 万吨球团厂、珠海1 2 0 万吨球团厂，所 使用的原料拟采用8 0 ％或1 0 0 ％进口赤铁矿。但是，采 用高比例赤铁矿进行生产还存在球团矿强度差、能耗高 等问题【l 1 3J ，因此，有必要研究提高赤铁矿配比对制备 氧化球团的影响规律，并揭示其原因。 1 实验原料及实验方法 1 ．1 实验原料物化性能 实验采用的铁精矿有磁铁矿和赤铁矿，其化学成 分见表1 。由表1 可知，两种铁精矿T F e 含量都在 ①收稿日期2 0 1 2 讲- 0 l 作者简介范晓慧 1 9 6 9 一 ，女，河北昌黎人，博士，教授，博士生导师，主要从事烧结球团理论与新工艺、钢铁冶金数学模型与人工智能、钢 铁冶金环境保护与清洁生产等方面的研究工作。 万方数据 第5 期 范晓慧等提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化球团的影响 6 6 ．5 ％以上，属于高品位铁精矿；磁铁矿F e O 含量高， 主要以F e ，O 。形式存在；磁铁矿s i O 含量比赤铁矿 高，两种铁矿其他脉石矿物含量都较低。 表1 原料化学成分 质量分数】／％ 原料 T F eF e 0s i 0 2 ～2 0 3c a 0M 9 0PsL O I 磁铁矿6 7 ．0 92 7 ．8 85 ．0 2 O ．3 9O ．3 80 ．2 80 ．0 0 7 50 ．0 6 0O ．3 7 赤铁矿6 6 ．5 27 ．3 8 3 ．8 9O ．4 9O ．3 9O ．1 50 ．0 2 4O ．0 9 60 ．3 9 膨润土1 0 ．5 2 5 0 ．3 51 7 ．4 7 2 ．2 2 2 ．3 2 一一9 ．3 1 铁精矿的粒度特性见表2 。由表2 可知，两种铁 精矿粒度都比较细，相对来说，磁铁矿粒度更加细， 一O ．0 7 4m m 粒级含量比赤铁矿高出了1 4 ．2 个百分 点；两种铁精矿比表面积差异较大，磁铁矿比表面积高 达21 5 9c m 2 ／g ，而赤铁矿比表面积为10 2 7c m 2 ／g ，对 造球来说，比表面积偏小。 表2 铁精矿粒度特性 矿种 塾里塑堕￡望 O ．0 7 4m m0 ．0 7 4 0 ．0 4 5m m 比表面积 一0 ．0 4 5m m ／ c m 2 g 一1 磁铁矿 1 ．71 7 ．88 0 ．52 1 5 9 赤铁矿 1 5 ，93 5 ．2 ’ 4 8 ．910 2 7 球团粘结剂为膨润土，其化学成分见表l ，其主要 物理陛能指标为胶质价为9 9m L ／ 1 5g 、膨胀容6 5 ．3 m I ／g 、吸水率5 9 0 ．5 ％／ 2h 、吸兰量4 0 ．1 ∥ 1 0 0g 、 蒙脱石含量9 0 ．7 2 ％。从化学成分来看，其化学成分主 要为S i 0 和A l 0 ，；从物理性能指标来看，其膨胀性、 吸水性都较好。 1 ．2 实验方法 实验包括生球制备、生球干燥、预热和焙烧等过 程，并对生球、预热球、焙烧球的球团指标进行检测。 造球试验在圆盘造球机中进行，其主要技术参数为圆 盘直径l0 0 0m m ，转速2 3r ／m i n ，边高1 5 0m m ，倾角 4 7 0 。生球爆裂温度测定参照美国A C 公司的动态测 定法，在蛳5 0m m 10 0 0m m 竖式管炉中进行。预 热、焙烧试验在卧式管炉中进行，它由两个管炉对接而 成，铁铬铝丝电阻炉作预热用，硅炭管电阻炉作焙烧 用，试验时干球装在瓷舟中进行预热、焙烧试验，每次 预热或焙烧l O 个球团，取其平均值作为其抗压强度， 并对不同方案的成品球团矿冶金性能进行了检测。 2 实验结果及分析 2 ．1 提高赤铁精矿配比对造球的影响 在造球时间1 0m i n 、造球前混合料水分为6 ％的条 件下，分别在膨润土配比为0 ．7 5 ％，1 ％，1 ．2 5 ％的情况 下，研究了提高赤铁精矿配比对生球质量和适宜膨润土 用量 当生球落下强度大于37 欠／ 0 ．5m 个 、抗压强 度大于1 0N ／个时所需的最低膨润土用量为适宜膨润 土用量 的影响规律，结果见图1 2 和表3 。 ■ 牟 置 ●n 音 蜒 ≮ 趟 取 k 瓣 赤铁矿配比／％ 图1赤铁矿配比对生球落下强度的影响 赤铁矿配比／％ 图2 赤铁矿配比对生球抗压强度的影响 表3 适宜膨润土用量及生球指标 墼 [ 竺 落下强度抗压强度 磁铁矿赤铁矿膨润土／[ 次 0 ．5 m 个 。1 ] ／ N 个。1 生球水分 ／％ 1 0 000 ．7 5 7 03 00 ．7 5 5 05 01 ．o o 3 07 01 ．o o O1 0 01 ．2 5 3 ．1 3 ．O 3 ．9 3 ．1 3 ．O 1 2 ．97 ．5 1 0 ．57 ．5 1 2 ．27 ．8 1 0 ．57 ．6 1 0 ．68 ．0 由图1 、图2 可以看出，在相同的膨润土配比下， 随着赤铁精矿配比的提高，生球落下强度和抗压强度 均不断降低。由表3 可以看出，随着赤铁精矿配比的 提高，适宜膨润土用量呈阶梯上升，当赤铁精矿配比为 O ％～3 0 ％时，适宜膨润土用量为0 ．7 5 ％；当赤铁精矿 配比为5 0 ％～7 0 ％时，适宜膨润土用量为1 ％；当赤铁 精矿配比提高到1 0 0 ％时，适宜膨润土用量也增加到 1 ．2 5 ％。 铁精矿影响生球强度的因素主要有铁精矿的颗粒 形状、粒度组成和表面性质等。图3 为铁精矿表面形貌 图。从图3 中可以看出，磁铁矿微细颗粒很多，棱角鲜 明，表面相对粗糙，且一0 ．0 4 5m m 粒级含量达到8 0 ％ 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 以上，比表面积高达21 5 9c m 2 ／g ；相比之下，赤铁矿微 细颗粒比较少，棱角较少，表面比较光滑，其一0 ．0 4 5 m m 粒级含量只有4 8 ％，比表面积仅有l0 2 7c m 2 ／g 。 由于赤铁矿细粒级含量相对较少、比表面积小、颗粒表 面光滑，使得颗粒与颗粒之间的接触减少，且降低了颗 粒间的作用力，导致生球落下强度和抗压强度均较低， 适宜膨润土用量有所增加。 图3 铁精矿颗粒形貌 a 磁铁矿 b 赤铁矿 2 ．2 提高赤铁精矿配比对球团预热、焙烧的影响 2 ．2 ．1 对预热球、焙烧球强度的影响在预热温度为 9 5 0q C ，预热时间为1 0m i n ，焙烧温度为l2 5 0 ℃，焙烧 时间为1 0m i n 的预热焙烧制度下，研究了提高赤铁精 矿配比 各配比均在其适宜膨润土用量下进行造球 对预热球和焙烧球强度的影响，结果如图4 所示。 乒 七 Z 魁 秘 趟 螺 偻 最 鞋 赤铁矿配比／％ 图4 赤铁矿配比对预热球和焙烧球强度的影响 乒 七 Z 趟 麟 趟 螺 畿 璎 褒 由图4 可见，在相同预热焙烧制度下，随着赤铁精 矿配比的提高，预热球抗压强度不断降低。这是因为， 磁铁矿为主的球团预热过程发生氧化反应，其生产的 F e o ，晶粒表面原子具有较高的活性，容易形成微晶 键，使得其具有较好的预热球强度，而提高赤铁矿配 比，由于赤铁矿在预热过程中，各颗粒之间虽彼此靠 近，但不会形成任何连接，使得其强度降低。 同时町以看出，随着赤铁精矿配比的提高，焙烧球 抗压强度在赤铁矿不超过5 0 ％时变化不大，但继续提 高赤铁矿比例将显著降低焙烧球抗压强度。这是因 为，在焙烧过程中，原生F e O ，相比磁铁矿氧化得到的 F e O ，，其活性降低，质点扩散速度慢，导致F e O ，结晶 能力差，特别是高比例赤铁矿球团，即使在l2 5 0 ℃的 温度下，其颗粒间的固结也不明显，所以焙烧球强度在 赤铁矿比例超过5 0 ％时显著降低。 2 ．2 ．2 对预热、焙烧制度的影响预热温度和焙烧温 度对预热球、焙烧球强度的影响分别见图5 和图6 。 预热温度／℃ 图5 预热温度对预热球、焙烧球强度的影响 ， 七 Z ≮ 趟 取 趟 撼 岱 璎 墼 焙烧温度／℃ 图6 焙烧温度对焙烧球强度影响 乒 牟 Z 越 蕊 出 j 基 镟 褒 蜚 在预热焙烧时，除了预热温度和焙烧温度以外，还 必须在最适宜的温度下保持一定的时间，这样各种物 理化学反应、晶粒长大和再结晶才能完成。 赤铁精矿比例提高对适宜热工制度的影响见表4 。 由表4 可知，随着赤铁精矿比例的提高，需要更高的预 热温度、焙烧温度，以及更长的预热时间、焙烧时间。 表4 适宜的热工制度及球团抗压强度 配比／％预热工艺焙烧工艺抗压强度／ N 个．1 磁铁矿赤铁矿温影℃时l 矽“n 温度／℃时痄眇r I l i n 预热球 1 0 0O8 9 0I Ol2 5 0I O6 3 6 7 03 09 2 01 0l2 5 0l O6 4 3 5 05 09 S 01 2l2 5 0I O6 3 5 3 07 09 8 01 2l3 0 01 26 5 3 01 0 0l0 0 01 2l3 0 01 45 6 4 焙烧球 41 4 2 42 3 5 4 0 1 4 41 2 3 3 4 4 7 3 结论 1 随着赤铁精矿配比的提高，生球落下强度和抗 万方数据 第5 期 范晓慧等提高赤铁精矿配比对制备铁矿氧化球团的影响 压强度均不断降低，主要是赤铁矿细粒级含量相对较 少、比表面积小、颗粒表面光滑导致颗粒间作用力小而 造成的。适宜的膨润土用量呈阶梯上升，当赤铁精矿 配比为O ％～3 0 ％时，适宜膨润土用量为O ．7 5 ％；当赤 铁精矿配比为5 0 ％一7 0 ％时，适宜膨润土用量为l ％； 当赤铁精矿配比提高到1 0 0 ％时，适宜膨润土用量增 加到1 ．2 5 ％。 2 随着赤铁精矿配比的提高，预热球抗压强度不 断降低，焙烧球抗压强度在赤铁矿比例不超过5 0 ％时 变化不大，但继续提高赤铁矿比例将显著降低焙烧球 抗压强度，主要是原生F e 0 ，结晶能力差导致球团固 结不好而造成的。 3 随着赤铁精矿配比的提高，需要提高球团的预 热温度、焙烧温度，延长预热时间、焙烧时间。 参考文献 [ 1 ] 王筱留．钢铁冶金学 炼铁部分 第二版[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 0 5 ． [ 2 ] 勰文权．对我国球圈矿生产发展鸽认识和思考[ j ] ．炼铁，2 ∞6 ， 2 5 3 1 一1 3 ． [ 3 ] 傅菊英，姜涛，朱德庆．烧结球团学[ M ] ．长沙中南大学出版 社．1 9 9 5 ． [ 4 ]范晓慧，代林晴，王秫，等．我国球团矿生产技术进展[ J ] ．金 属矿山，2 0 0 6 z 8 7 3 7 8 ． [ 5 ] i L 令坛．中国球团矿的发展[ J ] ．球团技术．2 0 0 5 1 2 4 ． [ 6 ]张一敏．球团理论与工艺[ M ] ，北京冶金工监出版社，2 0 0 2 ． [ 7 ]肖琪．球团理论与实践[ M ] ，长沙中南大学出版社，1 9 9 1 ． 1 8 ]黄柱成，张元波，朱尚朴．等．以赤铁矿为主配加磁铁矿制备氧化 球团的研究[ J ] ．钢铁，2 0 0 4 ，3 9 4 9 1 4 ， [ 9 ]傅菊英．巴西赤铁精矿球团试验研究[ J ] ．球团技术，2 0 0 5 3 6 1 1 ． [ 1 0 ] 范晓慧，袁晓丽，铁精矿粒度对球团强度的影响[ J ] ．中国有色 金属学报，2 0 0 6 ，1 6 n 1 9 6 6 1 9 6 9 ． [ 1 1 ] 郑红暇，汪琦，潘喜峰．磁铁矿球团氧化机理的研究[ J ] ．烧结 球团，2 0 0 3 ，2 8 5 1 3 1 5 ． [ 1 2 ] 陈耀明。张元波．氧化球团矿结晶规律的研究[ J ] ．钢铁研究， 2 0 0 5 3 1 0 一l z ． [ 1 3 ] 陈耀明，李建．氧化球团矿中F e O ，结晶规律[ J ] ．中南大学 学报 自然科学版 ，2 0 0 7 ，3 8 1 7 0 一7 3 ． 欢迎订阅2 0 1 3 年黄金 黄金于1 9 8 0 年创刊，是黄金行业的综合性科技期刊。主要报道黄金及其相关行业在经济管理、 黄金市场、工业用金、黄金地质、采矿工程、机电与自动控制、选矿与冶炼、环保与分析等方面的科研成果 和综合评述，以及新理论、新技术、新工艺、新设备、生产管理经验等内容，同时还开辟了信息纵横 国内 信息、国外信息 、读编往来等栏目。 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