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有機復合膨潤土鐵礦粉壓球機球團中普遍應用

發布時間:2018-04-27 08:44| 瀏覽: |來源: 新聞中心

 礦粉壓球機所生產的球團礦是高爐冶煉的主要鐵礦原料之一,其質量好壞直接影響高爐生產及后道工序。進入21世紀以來,國內球團礦需求量逐年遞增,生產發展迅速,2006年產能已超過1億噸,在短短幾年內建成了擁有近六千萬噸生產能力的鏈篦-回轉窯工藝。但國內球團礦的產品質量總體低下、品種單一,與國際水平相差甚遠,主要表現在礦粉壓球機生產的球團礦的鐵品位低和SiO2含量高,其中的一個重要原因是膨潤土配加量過高。據資料統計,目前國內球團廠膨潤土用量較高,一般在3.0%以上,與國外水平(小于1%)相比差距明顯,而且隨著近年礦石資源的日益緊張,造球用鐵精礦質量惡化,膨潤土的用量還有增加的趨勢。膨潤土的用量過高,不僅增加了球團生產成本,而且還降低了球團礦的鐵品位,高爐使用這種球團礦進行冶煉,生鐵產量下降,焦比增加,嚴重影響經濟效益。因此,研究開發有機復合膨潤土用于取代常規膨潤土強化鐵礦球團具有十分重要的現實意義。
本研究采用中南大學研制的有機復合膨潤土進行了礦粉球團試驗研究。在膨潤土的用量、造球性能和焙燒特性等方面進行了有機復合膨潤土、取代常規膨潤土制備氧化球團的對比實驗;同時,還采用X射線衍射、表面電位、掃描電鏡和差熱分析等測試手段對有機復合膨潤土的作用機理進行了研究。
試驗用含鐵原料為巴北精礦、巴南精礦、巴中精礦、金山店精礦及自購精礦,均由武鋼鄂州球團廠提供。鐵精礦的化學成分和粒度組成,除自購礦外,其它精礦的鐵品位均在65%以上,有害雜質含量低,尤其是屬于磁鐵精礦的金山店礦,它們均是生產氧化球團的優質原料。由表2可知,鐵精礦粒度為-0.074mm的含量均在82%以上,但其比表面積均較小,未達到一般造球原料的標準(1500~1900cm2/g)[10-11],必須進行預處理以增大其比表面積,改善其成球性。試驗采用的膨潤土是湖北某地產的常規膨潤土和中南大學研制的有機復合膨潤土。其物化性能可見,有機復合膨潤土的膠質價、膨脹容和2h吸水率均優于常規膨潤土。尤其是有機復合膨潤土的物理性能指標最好,吸水率及膨脹容明顯高于常規膨潤土本試驗所采用的造球原料構成為:巴北礦金山店礦巴南礦巴中礦自購礦,試驗過程中該配比固定不變。全部含鐵原料均經過烘干使其水分低于適應的混合料水分,將鐵精礦、膨潤土和水按比例進行混勻(混合料水分固定為7%),然后進行高壓輥磨(輥磨壓力固定為1.0106Pa)及造球。混合料高壓輥磨采用中南大學研制的高壓輥磨機,轉速為68r/min。生球制備采用礦粉壓球機,直徑為1000mm,轉速18r/min,傾角45-47b可調。造球結束后,稱出500g測定生球水分,并取10-12.5mm的生球進行生球質量檢測,檢測項目如下:取20個生球,從距地面0.5m的高處自由落下到5mm厚的鋼板上,直到生球產生裂紋為止,取其平均值作為生球落下強度的指標;取20個生球,放在KQ-2型生球強度測定儀上進行測定,取其平均值作為生球抗壓強度指標;生球爆裂溫度測定采用動態介質法,在650mm-970mm的豎式管爐中進行,取50個生球裝入不銹鋼罐中,熱氣流以一定速度(1.0-1.5m/s)穿過生球層,生球在爐膛內停留5min,然后取出,以生球爆裂4%所能承受的最高溫度為爆裂溫度。將制備好的生球在105e下烘干,在臥式管狀電爐中進行預熱焙燒試驗,電爐爐膛直徑為50mm。每次取10個粒度為10mm-12.5mm的成品球團作抗壓強度檢測,成品球團礦的抗壓強度在ZQYC-智能抗壓測量儀上測定。
   膨潤土種類及用量對生球質量的影響為了考查有機復合膨潤土替代常規膨潤土對生球質量的影響,對其分別進行了用量試驗造球時間為13min,生球水分為9.5%左右,為使生球落下強度達到4次/0.5m以上的要求標準,常規膨潤土用量為2.0%,有機復合膨潤土用量僅為1.2%;為使生球抗壓強度滿足0N/個以上的要求標準,常規膨潤土用量為2.2%,有機復合膨潤土A或B用量僅為1.2%。由此表明,為了使生球落下強度和抗壓強度均滿足要求,常規膨潤土用量達到2.2%,而有機復合膨潤土A或B的適宜用量僅為1.2%。膨潤土種類及用量不僅影響生球強度,而且對生球爆裂溫度也有顯著影響,有資料顯示添加有機粘結劑使生球爆裂溫度降低。為此,考察了3種膨潤土對生球爆裂溫度的影響,結果表明:在以上最佳用量時,生球爆裂溫度均大于620e。這一結果說明,用有機復合膨潤土A或B取代常規膨潤土作粘結劑時不會導致生球爆裂溫度的下降。因此,有機復合膨潤土取代常規膨潤土能提高鐵精礦的成球性和改善生球性能。
   膨潤土種類對礦粉壓球機球團焙燒性能的影響,膨潤土種類不僅影響生球質量,而且影響成品球團礦質量。3種膨潤土在各自不同焙燒條件下的成品球抗壓強度對比示。根據大型高爐生產指標,入爐球團的抗壓強度應達到2500N個,對配比為2.2%的常規膨潤土而言,焙燒溫度為128,焙燒時間為2min時,成品球抗壓強度可以滿足大型高爐的生產要求;配加1.2%的有機復合膨潤土A的球團,在焙燒溫度相同的條件下,焙燒時間縮短為8min時,成品球抗壓強度可達到要求;而配加1.2%的有機復合膨潤土的球團,焙燒溫度為250,時間為10min時,成品球抗壓強度就達2510N,相比較配比為2.2%的常規膨潤土球團而言,不僅焙燒溫度下降了30e,而且焙燒時間縮短了2min。因此,在滿足大型高爐生產指標的前提下,采用有1.2%的有機復合膨潤土或B取代2.2%的常規膨潤土時,改善了球團的焙燒性能,有利于提高球團礦產量和質量,節能降耗。
   另外,對配加不同種類膨潤土的成品球團礦進行了化學成分分析,從此可見,相對常規膨潤土而言,配加有機復合膨潤土的成品球團礦的鐵品位提高了約1.10個百分點,SiO2、Al2O3和CaO的含量均有所下降。因此,采用有機復合膨潤土A或B取代常規膨潤土具有明顯提高球團鐵品位的效果。有機復合膨潤土的作用機理,3種膨潤土的X射線衍射。由此可見,有機復合膨潤土的晶層間距較常規膨潤土大。這主要是由于有機小分子中的陽離子置換膨潤土中的陽離子,使有機物分子一端插入膨潤土的晶層之間,從而使晶層間距增大。本文所采用的有機復合膨潤土中的有機小分子結構模型為:與鐵精礦表面發生化學吸咐作用的親礦、親水基團;插入晶層間的陽離子基團;有機架;聚合度,有機小分子的陽離子基團插入膨潤土的晶層之間后,活性基團端則暴露于膨潤土晶層外,親礦基團與鐵礦顆粒表面產生化學作用力和物理作用力,親水基團與極性水分子作用,從而使鐵礦顆粒表面親水性得到明顯改善,生球中毛細引力能顯著增大,提高生球強度。
    礦粉壓球機顆粒形貌與物性之間存在著密切的關系,它對顆粒群的許多性質產生影響。例如,物料的比表面、流動性、填充性、表面現象和化學活性等。對于用于球團造球的粘結劑,其形狀對生球性能有重大的影響。
3種膨潤土的顆粒形貌膨潤土中大多為表面相對較光滑的粗顆粒,以聚結狀態存在,呈層片狀與塊狀的集合體。有機復合膨潤土中顆粒粒度明顯減小,大多為形狀不規則、表面粗糙的粒狀,微顆粒生成新表面,比表面積增大,從而顆粒表面自由能增加、活性增強,呈細小鱗片狀集合體。從顆粒表面形貌可知,常規膨潤土的蒙脫石顆粒以聚合體存在,而有機復合膨潤土的蒙脫石顆粒呈分散狀態,分散的蒙脫石顆粒浸潤填充在礦石顆粒之間,增加了固相橋鍵和液相橋鍵,特別是形成微細的毛細管,增大毛細力,從而大大提高了生球抗壓強度;同時由于有機復合膨潤土的抗壓吸水能力增強,促使了礦石顆粒間的相對滑動,從而提高了生球的落下強度。
     膨潤土在焙燒固結過程中產生的一系列物理化學變化的過程直接決定了膨潤土的添加量和焙燒工藝條件的選則。通過對3種膨潤土進行差熱分析,考查了膨潤土在固結過程中的行為,差熱分析曲線可見,3種膨潤土的晶層間水的脫除均發生在500-700左右,它標志著結構水排出也顯示了晶體結構的破壞,即造成膨潤土物理性能的喪失。此溫度區間吸熱谷出現的早晚,說明了膨潤土耐熱性能的優劣,吸熱谷出現得越晚,膨潤土耐熱性能越好。由圖中差熱分析可知,常規膨潤土在530左右出現一個較強的吸熱谷,在出現一個較弱的吸熱谷;有機復合膨潤土均在530左右出現一個微弱的吸熱谷,在660出現一個較強的吸熱谷。由此可見,有機復合膨潤土的吸熱谷滯后于常規膨潤土,即有機復合膨潤土A、B的熱穩定性優于常規膨潤土。因此,當焙燒溫度達到500~700之間時,鐵礦配加耐熱性能好的膨潤土,有利于增加礦石顆粒之間的粘結力,提高焙燒球強度。當焙燒溫度達到1100以上,膨潤土開始熔化成為渣化劑與氧化物結合,從而進一步提高焙燒球的強度。由差熱分析可知,有機復合膨潤土的熔化溫度分別為1159e和1170e,比常規膨潤土的熔化溫度為1227時低了60~70。因此,配加有機復合膨潤土的球團在較低的焙燒溫度下就有液相形成,液相的存在對固相物質的擴散提供了通道,消除了顆粒的晶格缺陷,增加了顆粒接觸面積,使顆粒之間高溫粘結力增強,增加球團致密化程度,從而使球團礦獲得高的抗壓強度。因此,在較低的焙燒溫度和較短的焙燒時間,配加有機復合膨潤土的球團就能達到較高的成品球強度。以上結果與配加有機復合膨潤土的球團焙燒性能優于配加常規膨潤土的球團是一致的。
3結論
1)有機復合膨潤土的礦粉壓球機造球效果良好,用于取代常規膨潤土時,在其用量為1.2%時即可獲得滿足生產要求的生球性能,落下強度大于4/0.5m,抗壓強度大于10N/個,爆裂溫度在620e以上;在球團焙燒中,在較低的焙燒溫度和較短焙燒時間就可獲得滿足要求的成品球團礦強度。因此,有機復合膨潤土取代常規膨潤土時,既達到了顯著降低膨潤土用量的效果,又可滿足生產及產品用量的要求,具有廣闊的應用前景。
2)采用有機復合膨潤土取代常規膨潤土能有效提高球團鐵品位。配加1.2%的有機復合膨潤土時,比配加2.2%常規膨潤土的球團鐵品位提高了1.10%。
3)有機復合膨潤土的作用機理表明:含有陰離子極性基團的有機小分子插入膨潤土的晶層間,使晶層間距增大,表面電位更負,從而使有機復合膨潤土的擴散層較厚,吸水膨脹性能較好,可以提高鐵精礦表面的親水性,有利于生球質量的提高;有機復合膨潤土的顆粒比表面積增加,其表面吸附能力提高,增加了其表面活性,有利于鐵精礦粉壓球機成球;另外,有機復合膨潤土的熱穩定性和高溫粘結力均優于常規膨潤土,有利于改善球團焙燒性能。

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