球团矿中膨润土的作用机理研究

·试验研究· lM&P纯I矿物与加I 2005年第 8期 文章编号：1008—7524(2005)08—0013—03 球团矿中膨润土的作用机理研究。 黄柱成，江 源，韩志国，黄桂香 (中南大学资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083) 摘要：本文从机理方面详尽介绍了膨润土对球团性能的影响，并在文章中引入了膨润土纤维结构的观点．同时对 润磨工艺进行了研究，结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：润磨有利于纤维结构的形成．可提高生球强度，降低膨润土用量和提高预热球、成品 球的强度。 关键词：纤维结构；润磨；钠基膨润土 中图分类号：TF046．6 文献标识码 ：A 0 引言 球团矿是高炉理想炉料结构必不可少的组成 部分，目前，我 国球 团 生产处 于快速 发展 阶段。 1999年前，我国球 团矿年产量小于 1000万 t， 2002年为 2500万 t，2003年产 量突破 3000万 t⋯ 。 国内外广泛采用膨润土作为球团粘结剂，我 国球 团厂的膨润土平均配入量为 1．5％～3．5％， 与国外小于 1％的水平相比，差距 明显 J。 传统理论认为，膨润土提高生球强度有两个 方面的原因：一是膨润土颗粒 中胶体物质减少 了 膨润土内部各层 间的距 离，从而增加 了各层 间的 范德华力；二是膨润土颗粒形成了固体粘结桥，加 强了颗粒间点与点之间的作用。 A B — — + 一 _ _ - 一 _ _ - 一 —— +一 二一 图 1 膨润土晶层的滑动 A中剪切力使膨润 ：颗粒变成 B图中的纤维 状结构 S．K．KAWATRA和 S，J．RIPKE提 出膨润 土纤维结构的理论【3 }。图 1表明：当膨润土被 润湿后，膨润土各层吸水膨胀，导致各层间的静电 引力变弱；在压力、剪切力作用下，膨润土各片层 产生滑动，促使膨润土纤维结构形成。球 团内部 保持散状的膨润土，在足够的水分和压力、剪切力 作用下，产生了膨润土晶层滑动，促使纤维星散状 + 收稿日期：2(105一(13—09 结构的形成。纤维结构 出现后，膨润土的粘结效 果得到明显提高，球团抗压和落下强度也得到明 显的改善。 传统分散机理_7 J与纤维状结构机理的对 比 见图 2。图 2表明：在传统分散机理基础上，膨润 土颗粒(见图 2A)在水的作用下膨 胀和分散呈单 晶粒状(见图2B)，像胶化体一样把铁颗粒连接在 一 起。膨润土纤维粘结机理见图 2C，膨润土在水 和剪切力的作用下，各片层产生滑动形成纤维结 构，纤维把颗粒连在一起。 一 膨润土片品 膨润士粒子 (=) 膨润土纤维 图 2 磁铁矿中的两种膨润土粘结机理示意图 A和 B为传统分散机理，C为纤维结 构机理 ． S．K．KAWATRA和 S．J，RIPKE利 用搅拌 实现压力和剪切力作用，通过 SEI(电子扫描镜) 对搅拌先后的玻璃球上的膨润土纤维进行观察， 结果发现：膨润土纤维把颗粒紧紧地粘结在一起， 且搅拌有利于膨润土分散和形成纤维结构，也有 利于增加球团矿的强度。纤维结构 出现 后，膨润 土的粘结效果得到明显的提高，从而促使球团的 抗压和落下强度得到明显的提高。 · 13 · 维普资讯 http://www.cqvip.com ·试验研究· IM&P化I矿物s加I 2005年第 8期 为了降低球团生产中膨润土用量，提高球团 矿品位，本文对膨 润土在球团矿中的作用机理进 行了较深入的探讨。同时对润磨工艺等进行了研 究。 1 原料 本试验采用了两种不同化学成分的铁精矿： 巴西矿 、秘鲁矿。巴西矿为赤铁矿，总 Fe含量 为 67．60％，粒径小于0．075mm含量为 86．50％；秘 鲁矿为磁铁精矿，总 Fe含量为 69．31％，粒径小 于0．075mm含量为 94．10％。2种铁矿，特别是 巴西矿的成球性较差。 试验采用的膨润土是钠基膨润土，其粘结特 性见表 1。 表 1 膨润土粘结特性 生球的制备在圆盘造球机上进行。混合料润 磨预处理采用规格为 1000mm×500mm(直径 × 长度)的润磨机。 生球破裂温度的测定采用动态介质法。干燥 用的生球装在 050×150mm的不锈钢干燥管 内， 把干燥罐放入温度恒定的炉膛上部，用叶式鼓 风 机向炉膛内送入室温空气，当空气透过炉膛时与 瓷球发生热交换，被加热至恒 定的预先确定的温 度。 预热焙烧试验在卧式管状电炉 中进行。’管炉 由炉膛直径 50mm的一个铁铬铝丝电阻炉和硅碳 管对接而成，前者作预热，后者作焙烧用。直径为 10～15mm生球首先在烘干箱中于 120℃下烘 干。 实验时，将干球装 入瓷舟 中按预 先指定的试验方 案进行预热焙烧。并 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、预热球及成品球进行了矿相 研究。 2 膨润土用量对球团质量的影Ⅱ向 2．1 膨润土用量对生球质量的影响 对巴西精矿、秘鲁精矿配加钠基膨润土进行 试验研究，结果见图 3。图 3表明：随着膨润土用 量从 1．0％增加到 3．0％，钠基膨润土的落下强度 由 1．5次／(0．5m)增9JI1~0 3．9次／(0．5m)；抗压强 度由 10．4N增加到 17．7N。随着钠基膨润土 用 量的增加，生球的爆裂温度不断增加，由 520℃增 · 14 · 加到 605℃。 嚣2 毫 菩 未 三 嚣 嘉星 俑 孟量踽 士 it'／* 图 3 膨润土种类对生球质量的影响 2．2 膨润土用量对预热球、成品球强度的影响 当球 团 矿 预 热 时 间 为 8min、预 热 温 度 为 900℃、焙烧时间为 12min、焙烧温度为 1250℃时， 其结果见图4。由图 4可知，随着钠基膨润土用 量的增加，预热球团的强度不断增加，当钠基膨润 土用量由 0．5％增加到 2．5％时，预热球强度也 由 230N提高到 1000N，成品球强 度也 由 3800N提 高到 4300N。但当钠基膨 润土 的用量继续 增加 时，成品球的强度有所降低。 图 4 膨润土用量对球团矿强度的影响 维普资讯 http://www.cqvip.com ·试验研究· IM&P纯 I矿物与加I 2005年第 8期 3 润磨对球团质量的影响 3．1 润磨对生球强度的影响 图 5 润磨对强度的影响 巴西矿与秘鲁矿质量比为 8：2，造球时间为8 min 润磨对生球强度的影响如图 5所示。由图 5 可知，润磨可明显减少膨润土用量。混合料 没有 润磨的生球落下强度达到 3次／(0，5m)时，所需 膨润土用量为2．5％。混合料润磨 6 min，膨润土 用量为 1．5％，生球落下强度大于 3次／(0，5m)。 可见，采用润磨 的方法可促使膨润土 晶层 滑动并 形成纤维结构，从而降低膨润土用量和提高生球 的强度。 对铁精矿采取润磨和不润磨的干球进行显微 结构鉴定，结果表明，没有润磨的干球内部结构比 较松散，铁精矿 呈零星状 的较多，部分颗粒周 围有 一 层很薄的膨润土粘附。而混合料进行润磨 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。 故采用了润磨 的方法后，膨润土的作用得到 了较 充分的发挥。 3．2 润磨对预热球和成品球强度的影响 图 6 润磨时间对预热球强度的影响 巴西矿与秘鲁矿质捃比为8：2，造球时间为8min， 膨润土用量为 1．5％ 预热球强度随润磨时间的变化曲线如图6所 示。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。 图 7 润磨时间对成品球抗压强度的影响 巴西矿与秘鲁矿质量比为 8：2，造球时间为 8 min，膨润土用 量为 1．5％。焙烧温度为 1300℃，焙烧时间为20 min 润磨时间对成品球抗压强度的影响如图7所 示。从图7可知：润磨时间的延长对成品球抗压 强度的改善非常明显，混合料没有润磨的成品球 抗压强度低于 2000 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 3000N／个，润 磨 6 min时，成品球强度达到 4210 N／个。 4 结论 钠基膨润土对生球质量的影响随着膨润土用 量的增加 而增大。膨润 土 用量 从 1．0％增加到 3．0％时，钠基膨 润土 的落下 强度 由 1．5次／(0． 5m)增加到 3．9次／(0．5m)，钠基膨润土的抗压强 度由 10．4N增加到 17．7N，钠基膨润土的爆裂温 度由 520℃增加到 578℃。 进一步研究了膨润 土作 用机理 ，验证 了美国 S．K．KAWATRA和 S．J．RIPKE提 出的膨 润土 纤维结构理论，采用了润磨的方法解决了在实验 过程中减少膨润土用量的问题。 a．润磨 可提 高生球 强度，降低膨 润土用 量。 混合料未润磨的生球落下强度达到3次／(0．5m) 时膨润土用量为 2．5％，润磨 6 min后生球落下强 度为 3次／(o．5m)时所需膨润土用量为 1．5％。 b．润磨可 以提高预热球 、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 330N／个和 1980 N／个，润磨预处理 6rain后，预热 球的强度和成 品球强度 分别 为 900N／个和 4210 N／个。 (下转第34页) · 15 · 维普资讯 http://www.cqvip.com ·技术经验 · jM&P 化I矿物 与加I 2005年第 8期 开采单元北侧石盐矿层晶间孔隙渗入集卤渠，用 泵将集卤渠中的富钾 卤水泵入盐 田中(图 2)。 在平面上，为节省基建开拓工程量和减少淡 水的蒸发损失，可采用滚动式开采，即先期开采西 边的开采单元，然后由西向东，次序进行，直至东 部开采单元。同一开采单元的溶采从北向南，从 上而下进行，以利于有效的溶解浅层的 固体钾石 盐矿或光卤石矿。 2．1．2 井 一渠式水溶开采法 这种开采方法与沟渠式溶矿的主要区别就是 将注入淡卤水的方式由输水渠改为两排钻井(浅 井)，在两排注水 井之 间开挖集 卤支渠，将溶出的 富钾 卤水通过支渠汇集到集 卤渠抽取。所需设备 为输水(卤)管及水泵等，通过注水泵将淡(卤)水 用管道输送至各排钻井，注入井下光卤石矿层；自 下而上地溶解矿层，生成 卤水后，与晶间卤水混 合，渗入集卤渠，矿渣滞留原地；输卤泵将集卤渠 内的混合卤水，经输 卤渠输送 至盐 田晒制光卤石 (见图 2)。 为了节省基建开拓工程量和减少淡水的蒸发 (上接第 15页) 5 参考文献 【1] 刘新兵。杜烨．含有机粘结剂人工钠化膨润土在球团生产中 的应用[J]．烧结球 团 20113。28(6)：47～50． 【2] 张新兵，朱梦伟．膨润土对我国球团生产的影响【j]．烧结球 团。2003。28(6)：3—6． [3] S．K．KAWATRA 。S．J．RIeKE．DEVEI，OPING AND UN— DERSq、ANDING THE BENTONIq、E FIBER BONI)ING MECHA． NISM[j]．Minerals Engineering。2(101．14(6)：647—659． 【4 J S．Komar Kawalra S．jay~n Ripke．1．ahoralory studies for improving green ball strenglh in bentonite—bond( ({magnetile concen— trate pellets[j]．InI．J．Mineral I)rocessing。211(13．72：429—44 I． [5 J S．Komar Kawalra，S．jayson Ripke．Effects of I~'ntonite fiber formation in iron ore pelletizalion[J j．InI．J．Mineral Proce~,；ing。 2002。65：l4l一 149． 【6 J B．Alince。F．Px,dnar T．(；．M．vail de Vcn I)eposition of cal— cium particles on fiber surfaces included by cationic polyelectrolyte and bentonite[j]．Colloids and Surfaces A，2(1(II，19(I：71—80． [7] 张颖心。钟大勇，张天胜．低品位钙基膨润土矿粉的直接钠 · 34 · 损失，可采用滚动式开采，即先期开采东边的单 元，然后由东向西次序进行，直至西部开采单元。 同一开采单元的溶采从北向南，自下而上进行。 3 溶解开采需要注意的几个问题 a．最初溶采单元的宽度及注水井间的井距的 确定。根据地质勘查时抽水试验所取得的影响半 径(R)的地质资料，以50 m为好，后续溶采单元 的宽度及注水井间的井距可依据溶解开采的实际 结果作必要的调整。 b．溶 采中通过不断调整注水量和抽 卤量，控 制合适的被溶面积，选择合适的溶矿速度，达到固 体钾矿溶解到液体 中而成为卤水 KC1的 目的。 溶解开采过程中对卤水化学样品要及时化验；溶 解开采的技术关健是要掌握淡卤水的加入量，不 能使石盐骨架遭到破坏而产生工程地质灾害。 C．随着溶矿的持续进行，前一步的抽 卤渠成 为后一步的注水渠，如此实现滚动式溶 矿。这 样 节约工程费用，又增加溶矿的有效面积。 4 参考文献(略) H i∞ i 西 一 K 矾 一 一 一目 一 化研究[J]．化工矿物 加工，2002。(10)：25—29 Study on the mechanism of using bentoni te as binder in spheric agglomeration of iron ores HUANG Zhu—cheng，J IANG Yuan， HAN Zhi—guo，HUANG Gui—xiang (College of Resources Proces．sing and Hioengineering， Cent raI South UniversitY，Changsha Hunan 410083，China) Abstract：The effecl of benloni re()n sph ric aggloIT1erati【)n of iren ores was investigated。and,he viewpoint of benlonite fiber was intro— duced ． M eanwhile wel—grinding process was studied， the results showed that Wel—grinding was propilious to form bentonite fiber。 and it could improve the．~lrength of raw iron ores ball。decrease the usage of bentonite。improve the strength of preheated iron ores ball and fin． ished product bal1． Keywords：bentonite fiber；we『．grinding；s()(1 lm bentonite 维普资讯 http://www.cqvip.com