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2024
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腐植酸粘結(jié)劑對含釩鈦磁鐵礦精礦制備氧化球團的影響（1）
關(guān)鍵詞:
來源：公司內(nèi)部
1. 簡介
在碳峰值和中和目標的背景下，如何實現(xiàn)碳減排已成為中國鋼鐵行業(yè)關(guān)注的焦點。用冶煉性能更好、污染更少的球團代替高比例的燒結(jié)礦被認為是高爐運行的重要途徑之一。2022年，中國顆粒生產(chǎn)總量達到2.3億噸，新增產(chǎn)能800萬噸。根據(jù)鋼鐵行業(yè)規(guī)劃，未來5年，顆粒利用比例將從目前的17%提高到30%左右，對應(yīng)碳減排4000萬噸。
粘結(jié)劑是氧化球團生產(chǎn)的重要輔助原料，其性能直接決定球團的質(zhì)量。目前國內(nèi)大多數(shù)顆粒廠普遍采用膨潤土作為粘結(jié)劑。投加量在1.5%~2.0%之間，有時高于3.0%，遠高于國外顆粒的平均水平(0.6%~0.8%)。膨潤土的使用不可避免地降低了球團的鐵品位，從而增加了高爐的燃料消耗。為了避免這一缺陷，開發(fā)了有機粘合劑。有機結(jié)合劑在高溫焙燒過程中可以燒盡，幾乎沒有殘留物，不會影響球團鐵品位。然而，使用有機粘結(jié)劑總是會導(dǎo)致燒結(jié)球團的強度下降，這是由于氧化鐵顆粒之間的孔隙率較高，結(jié)合相較少。在此基礎(chǔ)上，課題組發(fā)明了一種HA粘結(jié)劑(一種由有機和無機組分組成的新型粘結(jié)劑)。它具有高粘結(jié)性能和低殘留的優(yōu)點，因此在生產(chǎn)鐵礦石球團中具有良好的應(yīng)用前景。
含釩鈦磁鐵礦(VTM)是中國典型的多金屬礦石，其鐵品位較低(57%~60%)，一直是難選的礦石。與普通磁鐵礦精礦相比，氧化球團總是需要更多的膨潤土、更高的溫度和更長的時間。因此，將HA復(fù)合粘結(jié)劑應(yīng)用于VTM造粒，對VTM造粒生產(chǎn)的升級換代具有重要意義。通過與膨潤土的對比，系統(tǒng)研究了HA粘結(jié)劑對VTM成球、預(yù)熱和焙燒行為的影響。采用XRD、光學(xué)顯微鏡、SEM-EDS等手段深入研究了礦相在高溫過程中的形態(tài)演變和相互作用特征，以解釋vtm氧化球團的硬化機理。
2. 實驗材料與方法
2.1. 材料
本工作中使用的含釩鈦磁鐵礦、膨潤土和石灰石的組成見表1。天然堿度(CaO/SiO2)為0.17的VTM主要由55.45%的全鐵和11.17%的TiO2組成。該膨潤土SiO2含量為59.66%，Al2O3含量為12.43%，Na2O含量為2.68%，為典型的鈉基膨潤土。采用CaO含量為49.92%、MgO含量為2.21%的石灰石作為氧化球團的堿度調(diào)節(jié)添加劑。
表1. VTM精礦和膨潤土的化學(xué)成分/wt%
| 成分 | Fe Total | FeO | TiO2 | V2O5 | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | K2O | Na2O | LOI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VTM | 55.45 | 32.36 | 11.17 | 0.61 | 4.39 | 0.75 | 3.16 | 3.05 | 0.02 | 0.11 | −1.33 |
| 膨潤土 | - | - | - | - | 59.66 | 4.60 | 3.40 | 12.43 | 0.94 | 2.68 | 14.08 |
| 石灰石 | - | - | - | - | 2.35 | 49.92 | 2.21 | 0.37 | 0.11 | 0.05 | 42.77 |
根據(jù)XRD圖譜(圖1a)，鑒定VTM為鈦磁鐵礦精礦，其中含有少量鈦鐵礦和微量鈣鎂石。SEM圖像(圖1b)顯示，VTM顆粒不規(guī)則，粒徑分布在10~100 μm之間。粗顆粒主要是磁鐵礦(白色)和脈石(淺灰色)，而細顆粒幾乎完全是純磁鐵礦。
圖1. VTM的XRD圖(a)和SEM圖(b)
VTM精礦、膨潤土和石灰石的粒度分布如圖2所示。VTM的D50為35.22 μm，是一種適合的制粒原料。原料中含有適量的細顆粒，可以提高生坯球的強度和球團的固結(jié)。對于粒徑分布相似的膨潤土和石灰石，其D50分別達到7.75 μm和6.75 μm。一般來說，細粒度有利于添加劑(膨潤土和石灰石)在VTM精礦中的分散和混合，因此有利于其造球過程。
圖2. VTM精礦(a)、膨潤土(b)和石灰石(c)的粒度分布
本研究中使用的HA基粘結(jié)劑的初步分析和HA粘結(jié)劑灰分的化學(xué)成分見表2。HA粘結(jié)劑的水分、揮發(fā)物和固定碳含量分別為15.62%、18.21%和26.66%，均在球團燒結(jié)過程中燃燒殆盡。燒結(jié)球團中SiO2含量為56.90%，Al2O3含量為24.69%，Na2O含量為6.80%，剩余灰分約為39.51%。
表2. 羥基磷灰石粘結(jié)劑的近似分析(ad)和粘結(jié)劑灰分/wt%的化學(xué)成分
| 成分 | 水分 | 揮發(fā)物 | 灰 | 固定碳 | 灰的化學(xué)成分 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fe2O3 | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | Na2O | |||||
| Mass/wt% | 15.62 | 18.21 | 39.51 | 26.66 | 5.86 | 56.90 | 0.58 | 0.70 | 24.69 | 6.80 |
2.2. 方法
成球：VTM精礦與一定量的膨潤土、HA粘結(jié)劑或石灰石充分混合。用盤式制粒機(Φ 1 m，傾角45°，轉(zhuǎn)速23轉(zhuǎn)/分)在10~12 min內(nèi)將混合物制粒成生球團，水分為~8.0%。然后對尺寸為10~ 16mm的生球團進行了跌落強度、抗壓強度和破蝕溫度的測試。
燒結(jié)：為模擬工業(yè)篦機窯焙燒過程的熱調(diào)節(jié)，在實驗管式爐上分兩個階段進行球團燒結(jié):(1)預(yù)熱，干燥的生球團在900~1000℃下焙燒12~18 min;(2)氧化焙燒，將預(yù)熱好的球團在1200~1300℃下焙燒8~12 min，用萬能材料試驗機(KL-WS)測定燒結(jié)后球團冷卻至室溫時的抗壓強度。
表征：通過x射線衍射(Rigaku, Japan, D/max2500)鑒定氧化球團的礦物相組成。利用光學(xué)顯微鏡(德國Leica, DMRXP)和掃描電鏡(FEI，荷蘭，Quanta-200)對氧化球團中礦物的形態(tài)和分布特征進行了觀察。
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