1 前言
(中國粉體技術網/班建偉)我國球團生產正處于高速發展的階段,隨著鋼鐵工業的不斷發展,高爐迫切需要合理的爐料結構,而酸性球團礦配加高堿度燒結礦被認為是一種較理想的高爐爐料結構。近幾年許多鋼鐵企業都紛紛利用自身的鐵精礦生產球團礦,全國球團礦年總量持續攀升。在球團礦的生產過程中,為了保證其強度要求,必須添加粘結劑,以提高生球的落下強度、抗壓強度、爆裂溫度以及焙燒球團的抗壓強度,同時在還原的過程中降低其膨脹系數。
膨潤土是球團生產中最常用的粘結劑,國內外已廣泛采用膨潤土作球團粘結劑,但將它添加到鐵精粉中勢必降低球團礦的含鐵品位。因此,盡量降低膨潤土用量是提高球團礦品位的一條行之有效的途徑。國外發達國家球團生產中膨潤土添加量一般很低(<1%),使用的都是性能優良的鈉基膨潤土。我國球團生產中膨潤土的配入量太高,其平均配入量為3%~4%左右,大多數生產廠家使用性能較低膨潤土,使用效果與國外差距明顯。
膨潤土的粘結性來源于其較高的電動電位,以范德華力作用于周圍的各種分子(特別是有機分子和極性分子)稱為粘結性。在離子中低價離子比高價離子電動電位高,在陽離子中鉀鈉離子的電動電位最高。所以人工鈉化膨潤土的粘結性要高于鈣基膨潤土。
膨潤土改性過程是一個離子交換的過程,必須要有水的參與,有的企業在冶金球團用膨潤土生產中,使用干法鈉化工藝,就是將碳酸鈉粉加入雷蒙磨中與干燥的膨潤土一起制粉,由于沒有離子的存在是沒有鈉化的膨潤土,稱之為假鈉化土。但是這種土在化驗室被加入水中后由于顆粒細、水量大,攪拌或搖晃劇烈,是快速的懸浮溶液法,所以在化驗室檢測出來的指標是人工鈉化土的指標,在冶金球團工業生產中使用效果較差,膨潤土配入量偏高。
由于膨潤土的主要成分為SiO2,其含量在60%以上,在豎爐中不能被去除,直接進入球團礦中。球團生產過程中膨潤土配比增加了1%,球團礦品位降低了0.6%。目前,用優良鈉基膨潤土取代鈣基膨潤土或性能較差鈉基膨潤土,是降低膨潤土消耗、提高球團礦品位的主要手段。
因此,研究適宜冶金球團用高性能膨潤土、降低膨潤土在鐵礦球團中的配加量具有重要的現實意義。
2 工業試驗
2.1 試驗條件
試驗所采取原礦為鄂州梁子湖地區某礦,該礦產于安山巖系中,是由珍珠巖蝕變而成的鈣基膨潤土,原礦通過顯微鏡觀察,同時結合XRD分析可知:蒙脫石層間距d(001)值為15.031 9nm,屬于典型的鈣基膨潤土。原礦礦物組成(%)為:蒙脫石66、石英8、斜長石16、黑云母5、赤(褐,磁)鐵礦4、黃鐵礦1、其他<1。試樣礦物的主要成分為蒙脫石,次要礦物為斜長石,少量的黑云母,褐鐵礦和磁鐵礦。此類礦石為斑狀、塊狀結構,礦石表面粗糙,比較致密,蒙脫石含量為60%~70%。
通過測試,該礦物的化學成分分析結果(%)為:SiO2 57.55、Al2O3 17.53.TF e2O3 4.49、M g O 3.17、CaO 2.75、Na2O 1.83、K2O 1.33、TiO2 0.99、P2O5 0.25、MnO 0.09、S 0.005、燒失量 10.00。
原礦理化性能為:吸藍量31.39g /100g 、膨脹容7.56mL /g 、膠質價44mL /15g 、2h 吸水率140%、蒙脫石含量65.42%。
加工設備:初破設備為錘式破碎機;改性設備:輪碾碾機;烘干設備:干燥粉碎機;磨粉設備:雷蒙磨。
工藝流程:膨潤土原礦→晾曬→人工除石→粗破→輪碾碾壓改性→陳化→干燥粉碎→磨粉包裝→出廠。
2.2 試驗方法
膨潤土傳統的鈉化改性方法有3種:堆場鈉化、懸浮法鈉化與擠壓鈉化。堆場鈉化操作簡單但生產周期長,鈉化效果差;懸浮法鈉化效果好,但生產實施困難,經濟成本高。傳統擠壓鈉化一般采用螺旋擠壓,而螺旋擠壓設備對改性過程中物料水分要求較為苛刻,水分大,鈉化效果不佳;水分小,對于設備損傷較大,而且生產中耗電量大。
本研究利用輪碾設備對試樣進行鈉化改性,該設備主要用于物料的破碎、碾壓,物料經過碾輪時,擠壓受力,使物料充分粘合。如用于膨潤土改性,除了可以將土料、純堿、水混合均勻外,對物料有一定碾壓作用,能耗相對同產量的螺旋擠壓設備較低,通過一定時間碾壓可以使膨潤土得到良好的改性。本試驗采用大型工業用輪碾機,每次進料量兩噸。
本研究通過對不同條件下的破碎粒徑、改性劑用量、原料水分、碾壓時間、陳化時間等進行試驗,尋找冶金用鈉化膨潤土的最佳工藝,以滿足冶金球團用膨潤土要求。
2.3 試驗及結果分析
2.3.1 破碎粒徑
試驗選擇加堿量為2.0%、碾壓水分為26%、碾壓時間為15min、陳化7d,對破碎粒徑進行效果測試,結果如表1所示。
由表1可以看出,該膨潤土礦樣在不同粒徑加工后,從各粒徑試樣的吸水率、膨脹容和膠質價觀察,在粒徑小于25mm后,隨著粒徑變細,膨脹容指標測試結果逐漸增大,但增大效果不顯著;試樣的吸水率隨粒徑變化不明顯。由此可見,原礦進行破碎篩分對改性效果的選擇性不高,即只要將原料中大的石塊去除即可。在此,選擇原礦破碎篩分粒徑為25mm。
2.3.2 改性劑用量
確定原礦破碎粒徑為25mm、碾壓水分為26%、碾壓時間為15min、陳化7d,對改性劑用量進行考察,測試結果如表2所示。
從表2可以看出,改性劑用量在2.0%以下時,各測試數值增加不明顯。隨著改性劑用量的增加,當達到2.5%時,吸水率指標有了很大提高,膨脹容和膠質價指標也發生明顯的增大趨勢。綜合考慮經濟成本,改性劑用量宜選用2.5%。
2.3.3 碾壓水分
確定原礦破碎粒徑為25m m、改性劑用量為2.5%、碾壓時間為15min、陳化7d,考察改性水分對改性效果的影響。測試結果如表3所示。
碾壓水分對膨潤土鈉化影響較大,原料中加水量有一個最佳點,加水過少,不利于Na+與Ca2+交換反應,影響改性效果;若加水過多,影響產量,同時不利于碾壓過程進行和后期磨粉加工。根據表3試驗結果,將其碾壓水分控制在26%左右。
2.3.4 碾壓時間
確定破碎粒徑為25mm、改性劑用量為2.5%、碾壓水分為26%、陳化7d,考察碾壓時間對改性效果影響,測試結果如表4所示。碾壓時間越長,改性越充分,各測試指標均有明顯提高,當碾壓時間為15min時,指標達到相對理想狀態。隨著碾壓時間延長,產量降低,指標提高不是很大,所以選擇碾壓時間為15min。
2.3.5 陳化時間
根據以上結果,確定原料粒徑為25mm、改性劑用量為2.5%、改性水分為26%、碾壓改性時間為15min,陳化時間對改性效果影響如表5所示。
鈣基膨潤土經碾壓改性后,還需有一定陳化時間,使離子交換反應進行的更加充分,即鈉化效果達到最佳狀態。由以上數據顯示,隨陳化時間增加,膨脹容指標表現明顯,當陳化時間達到7d,指標表現良好,再延長陳化時間,指標增加不明顯。鑒于以上結果,選擇陳化時間為7d。
2.4 工業生產實踐
根據以上工業試驗,選擇最佳工藝條件進行大批量連續生產,產品指標得到很好控制,質量也相對比較穩定。將所生產成品發往某球團廠進行工業試用研究,經過使用,對方表示產品使用效果良好,相對以前所供球團土指標較好,質量穩定。配比為2.55%左右,其氧化球團工業試驗數據如表6所示。
3 結論
(1) 本研究對湖北鄂州梁子湖區某鈣基膨潤土進行半干法輪碾碾壓改性,對其鈉化改性條件進行控制,尋找出最佳鈉化工藝方案。產品經過工業實踐,證明其完全可用于冶金球團氧化球團的生產,膨潤土的配比相對較低。鐵精礦的成球性、生球產量和質量、成品球團的產量和質量都有大幅度的提高,球團產品可完全滿足該地區冶金球團用膨潤土的需要。
(2) 本研究采用的輪碾碾壓改性方法,工藝比較簡單,鈉化效果好,對鈉化水分的要求相對較小,生產效率高,節省能耗,工藝簡單,易于干燥且設備投資低,產品質量指標也比較穩定。在干燥粉碎步驟,我公司采用粉碎裝置對其進行干燥粉碎,效率較高,生產不受氣候影響(很多企業鈉化改性后直接進行曬場晾曬,受天氣影響較大,生產不連續,產品水分不穩定),可以全天候生產,產品水分比較穩定。
(3) 由于本次實踐研究時間相對較短,沒能夠更深層次研究,但從理論分析可以看出,采用此工藝生產的冶金球團用膨潤土還可進一步降低膨潤土配比。
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