混合料润磨预处理对氧化球团矿质量的影响（黄柱成,李骞,杨永斌,姜涛《中南大学学报(自然科学版)》2004.5 ）.pdf

第 35 卷第 5 期 2004 年 10 月 中南大学学报 自然科学版 J . CENT . SOUTH UNIV . SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol .35 No 5 Oct . 2004 混 合 料 润 磨 预 处 理 对 氧 化 球 团 矿 质 量 的 影 响 黄柱成,李 骞,杨永斌,姜 涛 中南大学 资源加工与生物工程学院, 湖南 长沙, 410083 摘要 研究了润磨预处理对生球强度、 生球爆裂温度、 预热球强度和成品球质量的影响。研究结果表明 采用润磨 工艺减少了膨润土用量, 提高了生球强度, 但降低了生球爆裂温度; 经润磨后所制备的预热球及焙烧球的强度得到 了显著增强。研究结果表明 通过润磨的搓揉和挤压作用使粘结剂与矿粒紧密接触, 球团内部结构更致密, 从而使 生球强度增强, 爆裂温度降低; 润磨产生新表面使矿粒比表面积增大, 在预热过程中加快了磁铁矿的氧化, 球团矿 强度明显增强。 关键词 润磨;氧化球团;球团强度;矿相分析 中图分类号 TD927文献标识码 A文章编号 1672  7207 2004 05  0753  06 Effect of Wet  grinding of Mix on Quality of Iron Ore Concentrate Pellet HUANG Zhu  cheng,LI Qian, YANG Yong  bin, JIANG Tao College of Resources Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha 410083,China Abstract The effects of wet  grinding on the quality of wet pellet,preheated pellet and fired pel  lets were studied in this paper . The results show that the amount of bentonite is lowered, the strength of wet pellet,preheated pellet and fired pellets are improved,but the shock temperature of wet pellets is slightly lowered through the pretreatment of wet  grinding of mix . The investiga  tions indicate that the twist and extrusion actions of wet  grinding make the additive contact close  ly with the ore particles and the pellets are more compacted . Therefore, the green strength is in  creased but the shock temperature is reduced . In addition,the specific surface of the mix is in  creased by wet  grinding pretreatment,the oxidation of magnetite is speeded up and the pellet strength is enhanced markedly . Key words wet  grinding;oxidized pellet;pellet strength;mineralogical analysis 球团矿是高炉理想炉料结构必不可少的组成部 分 [ 1 , 2 ]。我国 球团 矿生产 在近几 年得 到了 很大 发 展, 但是由于球团厂的原料来源广, 粒度组成差异 大, 物料成球性能差, 致使膨润土用量大, 球团矿质 量差。为此, 南钢球团厂、 济钢球团厂、 涟钢球团厂 等采用混合料润 磨预处理 技术, 取 得了 较好的 效 果 [ 3 10 ]。一些新建的球团厂也将润磨预处理技术作 为改善混合料粒度组成、 提高生球强度、 降低膨润土 用量的措施之一。 目前, 许威等就润磨预处理技术对生球质量的 影响及其作用机理进行了研究 [ 1 1 15 ], 但对改善球团 矿质量这一方面的研究较少。为此, 作者就混合料 润磨预处理生球质量、 预热球和成品球质量的影 响进行研究, 并探讨润磨预处理的作用机理。 收 稿日 期 2003 - 09 - 04 基 金项 目 国家教育部高等学校优 秀骨干 教师基 金资 助项目 160132 作 者简 介 黄柱成 1964 - , 男, 湖南 宁乡人 , 教授, 从事 钢铁冶金等研究 论 文联 系人 黄柱成, 男, 教授;电话Tel 0731  8830542 O ; E  mailsnt212 mail .csu .edu .cn 1 实 验 1 .1 原 料 实验所采用的巴西铁精矿和秘鲁铁精矿的物化 性能及成球性指数如表 1～ 3 所示。巴西矿为赤铁 矿, 总 Fe 含量为 67 .60, 粒径小于 0 .075 mm 的粒子 含量为 86 .50 质量分数, 下同 ; 秘鲁矿为磁铁精 矿, 总 Fe 含量为 69 .31, 粒径小于 0 .075 mm 的粒子 含量为 94 .10。这 2 种铁矿特别是巴西矿的成球性 较差。 实验所使用的膨润土, 其胶质价为 100, 蒙脱 石含量为 75 .5, 吸水率为 235 .8。其化学成分 如表 4 所示。 1 .2 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、 干球、 成品球等强度进行检测。混合 料润磨预处理采用规格 直径 长度 为 1 000 mm 500mm 的 润 磨 机,所 用 造 球 圆 盘 直 径 为 1 000 mm, 生球 破裂 温度 在规 格 直 径 长度 为 650 mm 970 mm 竖式管炉中采用动态介 质法测 定。预热焙烧实验在 Oy  3  10 和 OB  4  13 卧式管状 电炉中进行。采用 Labor Lux 12 PDL 型偏反两用 显微镜等现代微观检测仪器设备对润磨预处理前、 后的干球、 预热球和成品球进行矿相研究。 表 1 铁精矿化学成分 Table 1 Component of iron concentrateω/ T FeFeOSiO2Al2O3CaOMgOMnOK2ONa2OCuPS烧损量 巴西矿67 .600 .721 .551 .160 .150 .170 .0380 .0990 .008 60 .003 00 .0580 .010 .68 秘鲁矿69 .3127 .881 .321 .020 .230 .550 .0580 .0250 .086 00 .007 50 .0470 .120 .45 注T Fe 为铁矿 中 Fe 的总含 量 表 2 铁精矿粒度组成 Table 2 Size composition of iron concentrateω/ 粒径 / mm 0 .1060 .106～ 0 .0750 .075～ 0 .0450 .045 巴西矿4 .658 .8516 .3570 .15 秘鲁矿2 .233 .7015 .3578 .75 表 3 铁精矿成球性指数和密度 Table 3 Ballability index and density of iron concentrate 分子水含量 / 毛细水含量 / 毛细 水迁 移速度 / cmmin - 1 成 球性 指 数 比 表面 积 / cm2g- 1 真密度 / gcm - 3 巴西矿3 .4516 .7112 .700 .2602 1005 .097 秘鲁矿5 .2214 .823 .520 .5471 9604 .651 注 水含量是指质量分数 表 4 膨润土化学成分 Table 4 Component of bentoniteω/ SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOMnOTiO2K2ONa2O烧损量 59 .0518 .726 .260 .681 .730 .0390 .531 .491 .459 .05 457中南 大学 学报 自然 科学 版 第 35 卷 2 结果与讨论 2 .1 润磨工艺对膨润土质量分数和生球质量的影 响 润磨预处理对膨润土质量分数的影响如图 1 所 示。由图 1 可知, 采用润磨预处理可明显减少膨润 土用量。当混合料没有润磨的生球落下强度达到 6 次 / m时, 所需膨润土质量分数为 2 .5。当混合 料润磨6 min, 膨润土质量分数为 1 .5 时, 生球落 下强度大于6 次 / m。 可见, 润磨预处理有利于提高 生球强度和减少膨润土质量分数。 由润磨时间对生球落下强度的影响 见图 2 可 以看出, 随着润磨时间的延长, 生球落下强度明显提 高。当 不 润 磨 混 合 料 时,生 球 落 下 强 度 为 3 .4 次 / m, 当混合料润磨 6 min 后, 生球落下强度达 6 .6 次 / m。但润磨后, 生球破裂温度有所降低 见 图 3 。当混合料不润磨时, 破裂温度为589 ℃ ; 当 混合料润磨 6 min 时, 破裂温度降至 544 ℃。 由润磨水分对生球落下强度影响的实验结果 表 5 可知 当润磨水分在 4 ～ 6 的范围内增加 时, 生球强度增强。但不在此范围内再提高润磨水 分时, 在润磨过程中粘料的现象较严重。 1润 磨 6 min;2 未润磨 巴西矿与秘鲁矿质量比为 8 ∶ 2, 造 球时间 为 8 min 图 1 润磨预处理对膨润土质量分数的影响 Fig . 1 Effect of wet  grind processing on dosage of bentonite 1生球抗压强度;2生 球落下 强度 巴西矿与秘鲁矿质量比为 8 ∶ 2, 造球时 间为 8 min,膨润土用量为 1 .5 图 2 润磨时间对生球强度的影响 Fig . 2 Effect of wet  grinding time on ball strength 巴西矿与秘鲁矿质量比为 8 ∶ 2, 造球时 间为 8 min,膨润土用量为 1 .5 图 3 润磨对生球爆裂温度的影响 Fig . 3 Effect of wet  grinding on shock temperature 2 .2 润磨预处理对预热球的影响 预热球强度随润磨时间的变化曲线如图 4 所 示。可见, 在预热温度为 900 ℃ , 预热时间为 8 min 条件下, 润磨明显提高了预热球的抗压强度。当润 磨时间大于 6 min 时, 预热球强度值增大幅度逐渐 减小, 润磨时间 为 6 min 时, 预热球强度 达到 900 N /个。 表 5 润磨水分对生球质量的影响 Table 5 Effect of wet  grinding moisture on green ball quality w膨 润土/ t润磨/ minw润 磨水 分/ w生 球水 分/ 生 球落下强度 / 次 0 .5 m - 1 生球抗压强度 / N个- 1 生 球爆裂温度 / ℃ 1 .5649 .64 .414 .1413 1 .5659 .54 .915 .7410 1 .5669 .25 .216 .3420 557第 5 期 黄柱成 , 等 混合料润磨预 处理对 氧化 球团矿 质量 的影响 巴 西矿与 秘鲁矿质量比为 8 ∶ 2, 造 球时间 为 8 min,膨润土质量分数为 1 .5 图 4 润磨预处理对预热球强度的影响 Fig .4 Effect of wet  grinding on preheated pellet strength 2 .3 润磨预处理对成品球强度的影响 润磨时间对成品球抗压强度的影响如图 5 所 示。从图 5 可知 润磨时间的延长对成品球抗压强 度的提高非常明显, 混合料没有润磨的成品球抗压 强度低于 2 000 N /个; 当润磨时间超过 4 min 时, 管 炉焙烧成品球抗压强度超过 3 000 N / 个; 润磨6 min 时, 成品球强度达到 4 210 N /个。 巴西矿与秘鲁矿质量 比为 8 ∶ 2,造球时间为 8 min, 膨润土质量 分数为 1 .5, 焙烧温度为 1 300 ℃ , 焙 烧时间为 20 min 图 5 润磨时间对成品球抗压强度的影响 Fig .5 Effect of wet  grinding time on fired compressive strength 2 .4 润磨预处理对氧化球团质量影响的机理 2 .4 .1 润磨预处理对混合料粒度的影响 润磨后混合料粒度组成如图 6 所示。由图 6 可 知, 随着润磨时间的延长, 粒经小于 0 .075 mm 的粒 子含量增加, 但当润磨时间达到 6 min 时, 再润磨, 其粒度组成变化不大。 在润磨过程中, 铁精矿颗粒的粒径不断减小, 比 表面积相应增大, 表面活性增强 [ 1 4 , 1 5], 生球强度增 大。随着润磨的持续进行, 粒径和比表面积的变化 不明显。 巴西 矿与秘 鲁矿 质量比 为 8 ∶ 2, 造 球时间为 8 min, 膨 润土 质量分 数为 1 .5 图 6 润磨时间对粒径小于 0 .075 mm 的混合料含量 w 的影响 Fig . 6 Effect of wet  grinding on size of mix 2 .4 .2 润磨预处理对干球显微结构的影响 未润磨和润磨后干球的显微结构分别如图 7 和 图 8 所示。由图 7 和图 8 可知 在润磨预处理前、 后, 干球显微结构发生了明显变化; 没有润磨预处理 的干球内部结构比较松散, 铁矿物呈零星状的较多, 部分颗粒周围有一层很薄的膨润土粘附 黑色带状 物 ; 混合料进行润磨预处理后的干球, 内部结构较 致密, 铁矿物呈颗粒集团分布; 膨润土被包裹在颗粒 集团中间, 粘附效果更好, 大幅度地减少了膨润土 的, 提高了生球强度及成品球强度。 Ⅰ Fe2O3;Ⅱ Fe3O4;Ⅲ膨润土 图 7 未润磨预处理的干球显微结构 Fig .7 Microscopic structure of dry ball no treated by wet  grinding process 657中南 大学 学报 自然 科学 版 第 35 卷 Ⅰ Fe2O3;Ⅱ Fe3O4;Ⅲ膨润土 图 8 混合料润磨预处理后的干球显微结构 Fig . 8 Microscopic structure of dry ball treated by wet  grinding process 润磨预处理后生球爆裂温度降低的原因是在润 磨后, 生球变得更紧密, 在生球干燥过程中, 蒸汽向 外扩散阻力增大, 生球爆裂温度降低。故确定适宜 的生球干燥制度十分重要。 2 .4 .3 润磨预处理对成品球显微结构的影响 为了进一步考察润磨对成品球质量的影响, 将 混合料未润磨和润磨的 2 种球团在管炉内于 1 300 ℃ 进行焙烧。混合料未润磨和润磨的成品球显微结 构分别 如 图 9 和 图 10 所 示。 未 润磨 的 球 团 矿, Fe2O3再结晶较完全, 晶粒有连接, 但 Fe2O3晶粒之 间连接不紧密, 整体结构较松散, 孔洞较多, 与润磨的 球团矿相比, 其球团矿强度明显减弱。混合料进行润 磨 后的成品球团矿中, Fe2O3再结晶较好, 晶粒发育 Ⅰ Fe2O3;Ⅱ MgO Fe2O3;Ⅲ 孔洞 图 9 混合料未润磨的成品球的显微结构 Fig .9 Microscopic structure of final pellet non wet  grinding process Ⅰ Fe2O3;Ⅱ 孔洞 图 10 混合料润磨的成品球的显微结构 Fig . 10 Microscopic structure of final pellet treated by wet  grinding process 良好, 晶形互连; 整体结构良好, 无裂纹; 氧化比较完 全, 残存的 Fe3O4不多; 矿物分布紧密、 均匀。 3 结 论 a . 润磨预处理可提高生球强度, 降低膨润土用 量。当混合料未润磨的生球落下强度达到6 次 / m 时, 所需膨 润土质 量分 数为 2 .5; 当润 磨 6 min 后, 生球落下强度为 3 次 / 0 .5 m 时所需膨润土质 量分数为 1 .5。但润磨预处理后生球爆裂温度有 所下降, 不 润磨时, 爆裂 温度 为 589 ℃ ; 当 润 磨 6 min 时, 爆裂温度降至 544 ℃ 。 b . 预处理亦可提高预 热球和成品球 的强度。 未润磨预处理的预热球的强度和成品球强度分别为 为 330 N / 个和 1 980 N /个。当润磨预处理 6 min 后, 预热球的强度和成品球强度分别为 900 N /个和 4 210 N / 个。 c . 磨预处 理使膨润 土混合均 匀, 粘结效率 增 高, 生球强度提高。润磨预处理可提高混合料中粒 度小于 0 .075 mm 的粒级含量, 使矿物产生新表面, 增加原料表面活性, 因而使预热及焙烧球强度明显 提高。 参考文献 [ 1] 肖 琪 .球团 矿理论 与实 践[ M].长沙 中 南 工业大 学 出版 社, 1991 . 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