菱铁矿和褐铁矿球团制备技术研究

第3卷第11期2008年11月853中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE菱铁矿和褐铁矿球团制备技术研究李骞，杨永斌，姜涛（中南大学资源加工与生物工程学院，长沙410083）摘要：对菱铁矿和褐铁矿精矿进行了造球、焙烧试验研究，结果表明：在菱铁精矿中配加褐铁矿的同时配加磁铁矿，既可提高生球强度，又可提高爆裂温度；链篦机—回转窑焙烧该球团时，操作难度大，球团矿质量差；采用烧结法焙烧菱铁矿和褐铁矿球团时，因高温保持时间短而导致球团强度低，配入磁铁矿后，既延长了高温保持时间，又提高了成品率、转鼓强度和抗压强度，增加预热段可改善烧结指标；用带式焙烧法焙烧菱铁矿和褐铁矿球团时，获得了成品率为98.26%，利用系数为0.654t/(m2·h)，转鼓强度为80.65%和抗压强度为1762N/个的球团矿。该研究为我国储量丰富，但难焙烧的菱铁矿和褐铁矿的开发利用提供了新思路。关键词：钢铁冶金；球团矿；焙烧；菱铁矿；褐铁矿中图分类号：TD927文献标识码：A文章编号：1673－7180(2008)11－0853－6TechnologystudyofproducingsideriteandlimonitepelletsLIQian，YANGYongbin，JIANGTao(CollegeofResourcesProcessingandBioengineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083)Abstract:Ballingandroastingofpelletwithsideriteandlimoniteisinvestigatedinthispaper.Theresultsshowthatgreen-ballstrengthandshocktemperatureareincreasedwhenaddinglimoniteandmagnetiteintosiderite.Itwasdifficulttoroastthiskindoforepelletusinggrate-kiln,andthequalityofpelletisbad.Becausethetimeofkeepinghightemperatureisshortduringsintering,thecompressivestrengthofpelletislow.Thehightemperaturetimeprolongedandtheyield,tumblerstrengthandcompressivestrengthincreasedwhenaddingmagnetite.Besides,sinteringindeximprovedwhenincreasingpreheatingprocess.Theyieldis98.26%,utilizationcoefficientis0.654t/(m2·h),tumblerstrengthis80.65%andcompressivestrengthis1762Nperpelletwhenusingfabriccalcinations.Thestudysuppliesnewmethodofusingsideriteandlimonitewhichareabundantbutdifficulttoberoasted.Keywords:ferrousmetallurgy；pellet；roast；Siderite；Limonite随着钢铁行业的迅猛发展，我国铁矿石的供需矛盾日益突出，我国菱铁矿和褐铁矿的资源十分丰富[1-2],但这2种矿的铁品位较低，烧损大，因而很难直接用于烧结或炼铁。采用选矿工艺可以提高其品位[3-4]。目前，菱铁矿和褐铁矿精矿主要作为烧结原料使用，但配加后会导致烧结矿产质量下降[5-6]。菱铁矿和褐铁矿球团焙烧的最大特点是碳酸盐及结晶水的大量分解，这不仅使生球在干燥过程中产生爆裂，还大大降低了预热球的强度，因而有关这2种矿的球团工业生产未见报道。为此，我们以菱铁矿和褐铁矿精矿为对象，研究2种铁矿的成球性能，在此基础上进行了链篦机—回转窑法、烧结法和带式烧结法焙烧球团的试验研究，以期找基金项目：国家杰出青年科学基金(50725416)作者简介：李骞(1975－)，男，博士，讲师，[e-mail]第3卷第11期2008年11月854到合理利用菱铁矿和褐铁矿资源的新方法。1原料物化性能及研究方法1.1原料物化性能表1是研究采用的几种原料的化学成分。从表1可以看出，菱铁矿和褐铁矿的铁品位都比较低，这将会使球团矿的品位偏低。菱铁矿的钙、镁含量比较高。菱铁矿和褐铁矿的烧损都大，分别达到34.76%和12.75%．菱铁矿的烧损主要由碳酸铁的分解引起的，差热和热重分析表明，碳酸铁的分解在500~600℃下即可进行，这会使得球团结构受到破毁，降低预热球的强度，而且还可能使球团在预热过程中产生裂纹甚至爆裂。褐铁矿的烧损主要是由结晶水的分解引起的，差热和热重分析表明，褐铁矿中结晶水的分解温度为274℃．因此在球团生产中，褐铁矿中结晶水的分解主要在干燥过程中完成，这将使干球强度在一定程度上受到影响，更重要的是生球的爆裂温度将因此而下降。从粒度组成看，2种矿-0.074mm粒级都在70％左右(见表2)。2种矿的静态成球性比较大（见表3），属于优等成球性，相对而言，褐铁矿的成球性比菱铁矿还要好。为了对比研究，还引入了磁铁矿和赤铁矿，2种矿的铁品位比较高。膨润土的蒙脱石含量较低（见表4）。表1原料化学成分/%Tab.1Chemicalcompositionofrawmaterials/％原料TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2OPSIg菱铁矿38.3543.984.520.784.982.79－－0.0380.3234.76褐铁矿55.361.164.640.650.320.47－－0.0050.00412.75磁铁矿66.727.973.200.841.251.15－－0.0150.2901.25赤铁矿68.410.481.600.380.300.31－－0.047－－膨润土－－64.0816.852.843.960.501.25－－11.04表2菱铁矿和褐铁矿的粒度组成/%Tab.2Graincompositionofsideriteandlimonite/%原料+0.074mm-0.074mm~+0.044mm-0.044mm菱铁矿30.2413.6356.13褐铁矿26.9210.6062.48表3菱铁矿和褐铁矿的其它物理性能Tab.3Ballabilityofsideriteandlimonite原料分子水/%毛细水/%毛细水迁移速度/(mm·min-1)成球性指数菱铁矿8.2216.090.0291.03褐铁矿10.8919.070.2611.33表4膨润土的物理性能Tab.4Physicalperformanceofbentonite胶质价/%膨胀容/(mL·g-1)吸水率/%蒙脱石含量/%-0.074mm/%1008.7228.169.41001.2研究方法造球盘直径为Φ1000mm，转速为25r/min，烧结法焙烧试验包括生球混煤、布料、干燥、预热、点火和焙烧环节，烧结杯内径为Φ150mm，高650mm。带式焙烧法采用烧结杯模拟，生球不混煤，完全由点火器燃气供热，包括布料、干燥、预热、焙烧、均热、冷却等过程。回转窑试验中，球团的干燥、预热在Φ300mm干燥预热杯中进行，焙烧在Φ300mm回转窑中进行。并采用LaborLux12PDL型偏反两用显微镜等现代微观检测仪器设备对成品球进行了矿相研究。2结果与讨论2.1造球试验研究试验条件为膨润土用量2.5%，造球时间为9min。菱铁矿和褐铁矿球团制备技术研究第3卷第11期2008年11月855中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE研究了以菱铁矿为基础，配加褐铁矿和磁铁矿对造球的影响，试验结果见表5．表5不同配矿条件下的造球试验研究Tab.5Resultsofballingatdifferentoreproportioning菱铁矿/%褐铁矿/%磁铁矿/%落下强度/(次·(0.5m)-1)抗压强度/(N·个-1)爆裂温度/℃100002.819.2370703004.820.1348505008.221.4310700302.720.8410500502.421.5417300701.822.44706020203.919.6430由表5可以看出，单独用菱铁矿造球，生球强度和爆裂温度均比较低，在2.5%的膨润土用量下，落下强度只有2.8次/0.5m，爆裂温度为370℃．添加部分褐铁矿，可以起到强化生球强度的作用，但爆裂温度下降。由于褐铁矿的成球性比菱铁矿好，因而配加褐铁矿有利于生球强度的提高，但是，由于褐铁矿含有大量结晶水，在干燥过程中激烈分解释放水蒸气，会导致爆裂温度下降。在菱铁矿中配加部分磁铁矿，可以起到提高爆裂温度的作用，且爆裂温度随着磁铁矿配比的增加而提高；但随着磁铁矿配比的增加，生球的落下强度呈下降趋势。在菱铁矿中配加褐铁矿的同时，添加磁铁矿既提高了生球爆裂温度又保证了生球强度。在菱铁矿、褐铁矿和磁铁矿配比为60:20:20时，生球落下强度达到3.9次/0.5m，爆裂温度为430℃．2.2链篦机—回转窑焙烧试验研究菱铁矿和褐铁矿配比为70:30，膨润土用量为2.5%，干燥温度为250℃，时间为3min；预热Ⅰ段温度为600℃，时间为5min，预热Ⅱ段时间为10min；焙烧温度为1250℃，时间为15min．在以上条件下，进行了预热Ⅱ段温度对回转窑焙烧影响的研究，结果见表6．从表6可以看出，虽然随着预热温度的提高，预热球强度和耐磨指数有所提高，但均比较差，即使预热温度达到1050℃，预热球抗压强度仍然只有382N/个，而耐磨指数仍旧高达9.2%，强度低，耐磨指数高可能会导致回转窑严重结圈。另外，随着预热温度的增加，回转窑焙烧球的强度下降，这表明预热和焙烧形成了矛盾，在实际操作上具有较大的难度。表6回转窑焙烧试验研究Tab.6Roastingresultsofrotarykiln预热Ⅱ温度/℃耐磨指数/%预热球强度/(N·个-1)焙烧球强度/(N·个-1)90037.074167198012.2137131010509.238211372.3烧结机焙烧试验研究用烧结机焙烧球团是中南大学近年来开发的球团矿生产新工艺。该工艺用磁铁矿和赤铁矿生产酸性氧化球团均已获得成功。本试验也采用该工艺对菱铁矿和褐铁矿制备球团进行研究。膨润土用量为2.5％，生球布到烧结杯中以后，先在温度为250℃、负压为4kPa的条件下干燥3min，然后在1150℃、负压为4kPa下点火3min，焦粉用量为4.5％．在以上条件下，进行了球团烧结机焙烧试验研究，结果见表7．从表7可以看出，采用烧结机焙烧菱铁矿和褐铁矿球团时，烧结速度很快，因而高温保持时间短，所以球团强度不高。当菱铁矿和褐铁矿配比为70:30时，转鼓强度只有56.27%，抗压强度只有237N/个，烧结速度却高达36.67mm/min．配入磁铁矿后，烧结速度有所降低，因而成品率、转鼓强度和抗压强度均显著增大。用烧结法焙烧菱铁矿和褐铁矿球团时，烧结速度很快，这可能是影响球团强度的一个重要因素，因而采用降低负压的方式来降低烧结速度。从表7可以看出，降低负压后，虽然焙烧速度有了比较明显的下降，但除了球团矿抗压强度略有提高外，其它指标呈下降趋势。第3卷第11期2008年11月856表7不同配比下球团烧结机焙烧试验研究Tab.7Roastingresultsofsinteringatdifferentoreproportioning菱铁矿:褐铁矿:磁铁矿烧结速度/(mm·min-1)利用系数/t(m2·h)成品率/%转鼓强度/%抗压强度/(N·个-1)FeO/%烧结负压/kPa备注70:30:036.672.62185.1556.27237