采用二次铁尾矿改性添加剂制备球团试验研究

采用二次铁尾矿改性添加剂制备球团试验研究诸荣孙1张英1夏征宇2黄发元2苏允隆2伊廷锋1(1．安徽工业大学2．马钢股份有限公司技术中心)摘要：采用姑山矿业公司二次铁尾矿进行改性处理，制备成一种新型铁矿球团添加剂，在实验室进行了造球及焙烧试验。研究结果表明：配加改2和改4添加剂1．7％，即可获得陛能较好的生球，生球落下强度分别为2．2次／个和2．4次／个，抗压强度分别为17．00N／个和17．85N／个，爆裂温度600℃；成品球抗压强度分别为3141N／个和3174N／个，球团质量接近于配加1．7％膨润土的球团。关键词：二次铁尾矿添加剂膨润土球团1前言矿产资源的开采和利用为社会进步带来了巨大的动力，同时也严重的污染了环境。据统计，2006年我国矿业生产的尾矿已达到80亿t以上，并呈逐年增加的趋势。这些尾矿不仅占用了大量的土地，还造成了严重的污染，破坏了生态环境。而从另外一个角度看，尾矿是含有大量有用组分的暂时废弃物，有着很高的利用价值，只因受到技术条件的限制，无法充分利用。现今，世界各国都非常重视对尾矿的开发，工业发达国家已投入大量的人力物力，广泛开展了对尾矿的综合利用。同时，随着矿产资源的日益贫乏，尾矿作为二次资源再利用也受到了各国的重视[1~3]。马钢姑山矿业公司的姑山块尾矿和尾矿粗砂目前主要作为建筑材料使用，其中，分离出的部分粗尾砂作为替代建筑用黄砂出售。而对于分离粗砂后的细粒级尾矿，尽管在制作彩色地面砖及尾矿固化抛块等方面进行过研究和尝试，但至今未能实现工业应用。姑山矿业公司二次铁尾矿细泥的主要成分为Fe2O3、SiO2和A12O3，铁品位达到30％左右，－200目粒级约占70％，比表面积大，粘度大。鉴于其上述特点，若采用二次铁尾矿细泥替代膨润土与铁精矿混合造球，有可能起到与膨润土相似的作用。最近，武汉科技大学[4]根据这一思路，将含铁尾矿经过改性处理，开发出一种新型球团添加剂——含铁添加剂来替代膨润土作为黏结剂用于球团生产。试验结果表明，该添加剂不仅能满足工业生产对球团矿质量的要求，而且对球团矿的全铁品位降低有所抑制，符合高炉精料入炉的要求，更重要的是使二次资源得到了利用。他们认为：含铁尾矿经磨矿处理后，晶格缺陷严重，比表面积增大，有很强的吸附力，在滚动成球的过程中，与铁精粉之间形成毛细力，有利于提高生球的强度；在焙烧过程中含铁添加剂与铁精矿中的Fe2O3再结晶，减少了孔隙率，使球团强度提高。本研究将姑山二次铁尾矿细泥进行改性处理，制作成一种新型铁矿球团添加剂，并优化出2个配方，进行了造球及焙烧试验。试验结果表明：二次铁尾矿细泥改性黏结剂在铁矿球团生产中应用，不会降低球团产量，球团矿质量接近配加膨润土的球团。2原料的性能与试验方法2．1试验原料及其理化性质试验所用的铁精矿为凹精、东北精和卡精，以及姑山矿提供的二次铁尾矿细泥；所用膨润土为繁昌膨润土。各种原料的化学成分列于表1，粒度组成见表2。表1铁精矿、二次铁尾矿细泥及膨润土的化学成分(％)2．2二次铁尾矿细泥改性添加剂的制备虽然姑山矿业公司二次铁尾矿细泥含铁品位较高，粒度较细(－200目粒级为76．23％)，比表面积较大，分散性好，亲水性较强，有很强的吸附力和粘结能力，但与膨润土不同的是，它不是极细颗粒的蒙脱石集合体，在造球过程中虽然容易吸水，但膨胀性能远不如膨润土，其粘结性也不如膨润土。所以，二次铁尾矿细泥还必须通过与膨润土或其它具有粘结和桥联作用的物质组合与化学改性之后，制备成新型的含铁球团黏结剂，才可能在铁精矿造球过中起到与膨润土相似的作用。通过反复筛选，我们采用60％左右的姑山尾矿细泥与一定量的膨润土及适量的起桥联作用的无机物质来制备二次铁尾矿细泥改性球团黏结剂，其制备工艺如图1所示。将制备出来的二次铁尾矿细泥改性黏结剂用于铁精矿造球，考察生球、熟球的各项性能指标，并将其与用膨润土作黏结剂的球团进行对比，进一步优化配方。2．3造球试验配矿比几个铁尾矿细泥改性添加剂配方造球试验的配矿比见表3。2．4造球方法按配矿方案将配好的铁精矿和黏结剂加水至6％，取加水后配料的50％倒入Ø1000mm×500mm润磨机(转速约为35～40r／min)内润磨，10min后卸出；再将润磨和未润磨的混合料充分混合均匀，预备造球。造球在圆盘造球机(Ø1000mm、边高200mm、倾角约45°，转速17～18r／min)上进行，造球时间为12min，其中造母球2min，生球长大8min，生球滚实2min,，造球时，采用手工方式加料，造球混合料干基重15kg，加水采用喷雾器均匀喷洒。2．5球团检测方法1)生球水分：生球造好后，采用人工筛分，选取直径为12～16mm的作为合格球，称取200g合格生球放在(100±5)℃的恒温电热烘干箱内烘干，直到恒重为止，取出称重，得到生球水分值。2)生球抗压、落下强度：在合格生球中选取粒度均匀的生球各20个，分别做生球落下强度和抗压强度检测，取平均值作为生球抗压和落下强度指标。落下强度检测是生球自0．5m高处自由落下，直至其破裂的次数；生球抗压强度检测在弹簧式压力实验机上进行。3)生球爆裂温度：采用动态介质法测定，在生球爆裂性能测定实验炉(由中南大学烧结球团研究所研制)中进行。将生球盛在Ø50×180mm的不锈钢干燥罐内，置于温度恒定的炉膛上部。试验时，用叶式鼓风机在设定的风速下向炉膛内送人室温空气，当空气通过炉膛时与其内部装填的炽热介质发生热交换，加热至恒定的预先确定的温度值。4)干球、烘烤球抗压强度：合格生球在(100±5)℃下烘干，直到恒重为止；取20个直径为12～16mm的干球进行抗压强度检测。对合格生球进行爆裂温度测定后，取20个直径为12～16mm的烘烤球进行抗压强度检测。5)成品球抗压强度：将合格生球置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为1200℃、时间30min，焙烧结束后自然冷却至室温。选取30个成品球在电子压力实验机上进行抗压强度测定。3试验结果与分析5种铁尾矿细泥改性黏结剂配方造球试验结果列于表4。表4各组生球和焙烧球试验结果3．1不同铁尾矿细泥改性黏结剂对生球强度的影响由表4可知，基准样(配加膨润土)生球的落下强度为2．6次／个，与其相比，除改1配方外，其余4个配方的生球落下强度均超过2．1次／个，而且它们的生球抗压强度也接近于基准样，说明马钢姑山二次铁尾矿细泥通过适当的化学改性，可以制备成类似于膨润土的铁矿球团黏结剂，用于造球生产。3．2不同铁尾矿细泥改性黏结剂对干球强度的影响由表4可以看出，几个配方的烘干球抗压强度均低于基准样。导致这一现象的原因，可能是二次铁尾矿细泥改性黏结剂的结构与膨润土有所不同。二次铁尾矿细泥是结实的颗粒结构，而膨润土中的主要成分是蒙脱石。蒙脱石是一种含水的二维平面层状结构的铝硅酸盐，其理论化学成分是SiO266．7％，A12O328．3％，属于羟基组分的结构水占5．0％；它分别由四面体和八面体组成的四面体片(T)和八面体(O)相间排列而成，粘土最主要的结构单元层是2︰1层，即二个四面体片夹一个八面体片所组成的T—O—T层。四面体片以硅氧四面体为主，其中四配位Si4+被Al3+、Fe3+等离子置换。八面体由六个氧原子或氢氧根组成，中心离子主要是六配位Al3+，它可被Fe3+、Fe2+、Mg2+、Li+等取代。当八面体、四面体中的阳离子置换为低价时，使原结构增加等当量的负电荷，由层间吸附阳离子补偿。蒙脱石层间阳离子与晶体格架间形成电偶极子，加上蒙脱石晶层之间结合较弱，能吸附极性水分子，根据阳离子种类及相对湿度，层间能吸附一层或两层水分子。另外，在蒙脱石晶粒表面也吸附了一定水分子。结构以OH基形式存在于晶格中。蒙脱石的这种层网状结构具有很强的吸附能力，其次蒙脱石的带电性和巨大的比表面积又加强了其吸附性能和粘结性能。这样就使得纯膨润土横向和纵向粘结及吸附能力比各组含铁细泥尾矿改性添加剂要强，因而干球强度高于二次铁尾矿细泥改性黏结剂球团。3．3不同改性黏结剂对生球爆裂温度和烘烤球强度的影响由表4可见，配加各种改性黏结剂的球团在600℃的温度下均不爆裂，与配加膨润土的球团相同；各种改性黏结剂球团的烘烤球强度虽然没有达到基准球团的水平(145．1N／个)，但其中三个配方(改2、改4及改5)球团的烘烤球强度分别达到了142．9N／个、142．2N／个和141．1N／个，接近于配加膨润土的球团，基本上达到了铁矿球团的质量要求。3．4不同的铁尾矿细泥改性黏结剂对成品球抗压强度的影响从表4可见，配加膨润土的球团抗压强度较高，为3121N／个，而改2和改4成品球抗压强度还略高于它，分别达到了3141N／个和3174N／个。这说明，二次铁尾矿细泥加入不会影响成品球的抗压强度，将其用于铁矿球团生产，不会降低生产率，而且球团矿质量接近于配加膨润土的球团。可见，将姑山二次铁尾矿细泥进行改性处理，制作成一种新型球团添加剂用于铁精矿造球，是可以在工业生产上实现的。4结论1)采用膨润土和桥联物质对二次铁尾矿细泥改性，将新合成的二次铁尾矿细泥改性添加剂用于铁矿球团试验，优化出2个二次铁尾矿细泥改性添加剂配方。2)试验结果表明，配加二次铁尾矿细泥改性添加剂的球团在600℃温度下均不爆裂，而且球团质量或性能总体上与配加膨润土的球团相近。这说明，铁尾矿细泥改性黏结剂用于铁矿球团生产，不会降低生产率，且球团矿质量接近于配膨润土球团。3)二次铁尾矿细泥改性添加剂在造球中的配比与使用膨润土配比一致，为1．7％，可以满足高炉用球团质量。其价格比膨润土低23元／t(膨润土成本：343．48元／t)，若用其取代膨润土，按马钢竖炉球团年产量261万t，使用膨润土4．437万t；链算机．回转窑球团年产量228万t，使用膨润土2．736万t计算，每年可获得经济效益165万元。此外，因改性添加剂含铁14％，还可提高球团矿品位，也会给炼铁生产带来一定的效益。参考文献[1]蒲含勇，张应红．论我国矿产资源的综合利用[J]．矿产综合利用，2001(4)：19—22．[2]张淑会等．我国铁尾矿的资源现状及其综合利用[J]．材料与冶金学报，2004，3(4)：24l一245．[3]蔡石贵．铁尾矿综合处理与二次利用技术及市场前景分析探讨[J]．资源与环境保护，2008(5)：64—65．[4]陈亮等．含铁尾矿二次利用新途径探讨性试验研究[J]．矿业工程，2007(4)：25—28．