冶金球團用膨潤土的加工及質(zhì)量要求

藍慶滔，李要武，曾文波

（銅陵有色銅冠冶化分公司球團車間，安徽 銅陵 244000）

適用技術(shù)

冶金球團用膨潤土的加工及質(zhì)量要求

藍慶滔，李要武，曾文波

（銅陵有色銅冠冶化分公司球團車間，安徽 銅陵 244000）

通過考察數(shù)家膨潤土生產(chǎn)廠家，并根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，論述冶金球團用膨潤土的加工過程及質(zhì)量要求。

球團；膨潤土；工藝流程；指標檢測；質(zhì)量

黑色冶金中的球團生產(chǎn)是將細磨鐵精礦制成能滿足高爐煉鐵需要的塊狀物料的一個加工過程。其過程是：將鐵精礦按一定的比例配加粘結(jié)劑并混勻后，在造球機上經(jīng)滾動而制成一定尺寸的生球，然后經(jīng)過干燥和焙燒使球團硬化固結(jié)。在這一過程中，粘結(jié)劑的類型及其質(zhì)量指標對生球、干球及成品球團的特性都有十分重要的影響。在球團工藝的發(fā)展過程中，曾有多種有機物或無機物（如佩利多、消石灰等）被試用作為粘結(jié)劑，但目前在國內(nèi)球團生產(chǎn)中，普遍使用的粘結(jié)劑仍是膨潤土。

膨潤土又叫斑脫巖或膨土巖，是1888年美國地質(zhì)學家發(fā)現(xiàn)的，原是因該種巖土吸水性強，且吸水后體積膨脹顯著并呈凝膠狀態(tài)而得名。在中國，膨潤土礦產(chǎn)資源非常豐富，居世界首位，主要應用于鑄造工業(yè)、鉆井泥漿材料、鐵礦球團生產(chǎn)、油脂脫色和凈化等等。

在球團行業(yè)，如2008年，國內(nèi)球團生產(chǎn)總量為 1.2億 t，膨潤土配比平均高達 2.5%，全國一年用于鐵礦球團生產(chǎn)的膨潤土就達到300萬t左右。本文通過考察數(shù)家膨潤土生產(chǎn)廠家，并根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，論述冶金球團用膨潤土的加工過程及質(zhì)量要求。

1 冶金球團用膨潤土的加工

膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，常帶負電荷，能夠吸附陽離子，自然界中被它吸附的離子有 Ca2＋、Mg2＋、Na＋和 K＋等。 通常我們把吸 Ca2＋離子為主的膨潤土稱做鈣基膨潤土，吸附Na＋為主的膨潤土稱做鈉基膨潤土。在科研及實際生產(chǎn)中都發(fā)現(xiàn)，一般在蒙脫石含量相近的情況下，鈉基膨潤土比鈣基膨潤土對球團的作用大。因此，根據(jù)膨潤土中蒙脫石含量及吸附離子類型的不同，需要的加工方法及流程也不同，常用的有干法加工流程、人工鈉化改型流程兩種。

（1）干法加工流程

對于蒙脫石含量高、質(zhì)量較好的鈉基膨潤土，一般采用干法加工流程，主要使加工后膨潤土的粒度及水分達到球團生產(chǎn)要求即可。

干法加工流程較簡單，在原土進廠后堆存一定的時間使之自然干燥，然后用破碎機破碎后再用圓筒干燥機干燥，干燥后水分為6%～8%，然后使用雷蒙磨磨粉，磨到合格粒度后即可得到成品。工藝流程見圖1。

圖1 干法加工流程

（2）人工鈉化改型流程

在自然界中，大部分鈉蒙脫石在地層中碳酸鈣型水的作用下，會自然改型為鈣蒙脫石。所以一般膨潤土礦體以鈣基膨潤土居多。對于這種鈣基膨潤土，需要進行深加工即人工鈉化后，才能達到或接近鈉基膨潤土的性能要求。

人工鈉化改型是將外加的Na＋擠壓進入蒙脫石晶層之間，使之與Ca2＋離子進行陽離子交換。常用的鈉化劑有碳酸鈉和氫氧化鈉等。而鈣基膨潤土在自然條件下或水介質(zhì)中，都是以聚結(jié)狀態(tài)存在的，為了加速離子交換，一般在鈉化時需要施加外力，使晶層分開。其工藝流程如圖2。

在實際生產(chǎn)中，不管是干法加工還是人工鈉化改型，在使用烘干設備對膨潤土進行干燥時，都要控制好干燥溫度。1982年，浙江省冶金研究所曾對安徽某地的膨潤土性能進行測定。結(jié)果表明，膨潤土在500～600℃焙燒溫度下，仍能保持一定數(shù)量的蒙脫石。但經(jīng)過600～700℃焙燒后，其蒙脫石結(jié)構(gòu)會因完全受破壞而失去粘結(jié)特性，所以膨潤土加工時，烘干溫度要控制在600℃以下。

圖2 人工鈉化改型流程

2 冶金球團用膨潤土的質(zhì)量要求

2.1 球團用膨潤土的主要指標及檢測

在球團生產(chǎn)中，膨潤土的蒙脫石含量、吸水率、膨脹指數(shù)、水分及粒度都對球團質(zhì)量有顯著影響。

（1）水分檢測

膨潤土水分的檢測方法為：將稱量瓶在（105±3）℃下烘干至恒重并稱量，加入約10g膨潤土試樣，將稱量瓶和試樣再次稱量后在（105±3）℃烘箱中烘干2 h，取出在干燥器中冷卻30 min，稱量。然后按以下公式計算水分的質(zhì)量分數(shù)：

式中：W——水分質(zhì)量分數(shù)，%；

M1——烘干前稱量瓶和膨潤土試樣質(zhì)量，g；

M2——烘干后稱量瓶和膨潤土的質(zhì)量，g；

M3——稱量瓶的質(zhì)量，g。

（2）蒙脫石含量的判斷及吸藍量檢測

膨潤土中蒙脫石的含量直接影響到生球的各項質(zhì)量指標。膨潤土分散于水溶液中后，會具有吸附次甲基藍的能力，其吸附次甲基藍的量被稱為吸藍量。而膨潤土中的蒙脫石含量愈高，吸藍量就愈大。因此，我們通常采用吸藍量來粗略估算膨潤土中蒙脫石的相對含量。所以吸藍量是膨潤土最重要的質(zhì)量指標。

吸藍量以100g樣吸附的次甲基藍的g數(shù)表示。檢測方法為：

膨潤土在（105±3）℃的烘箱中烘干 2 h后，稱取 （0.2±0.001）g作為試樣，置于預先盛有50 mL水的250 mL錐形燒瓶中，使其潤濕后，在磁力攪拌器上分散5min，加入1%焦磷酸鈉溶液20mL，繼續(xù)攪拌2～3 min。然后在電爐上加熱至微沸2 min，取下冷卻至（25±5）℃。在攪拌下用滴定管滴加亞甲基藍標準溶液。第一次可預滴加約總量2/3的亞甲基藍溶液，攪拌2 min使其充分反應，以后每次滴加1～2 mL，攪拌30 s后用玻璃棒沾取1滴試液在中速定量濾紙上，觀察藍色斑點周圍是否出現(xiàn)淡藍色暈環(huán)，若未出現(xiàn)，則繼續(xù)滴加亞甲基藍溶液。當開始出現(xiàn)藍色暈環(huán)后，繼續(xù)攪拌2 min，再用玻璃棒沾取1滴試液在中速定量濾紙上，觀察是否還出現(xiàn)淡藍色暈環(huán)，若淡藍色暈環(huán)不再出現(xiàn)，繼續(xù)仔細滴加亞甲基藍溶液。如攪拌2 min后仍出現(xiàn)淡藍色暈環(huán)，表明已到終點，記錄下滴定體積（V）。

吸藍量的計算公式：

B＝31.99 VC／m

式中：B——吸藍量，g·（100 g）-1；

V——亞甲基藍的滴定體積，mL；

C——亞甲基藍溶液濃度，mol·L-1；

M——膨潤土試樣質(zhì)量，g。

檢測出吸藍量后，可以根據(jù)下式計算蒙脫石的相對含量：

（3）粒度檢測

一般在生產(chǎn)中測定的是膨潤土-75 μm粒級的含量，測定方法如下：

取已在 （105±3）℃的溫度下烘干2 h后的試樣約10 g，精確至0.001 g。移入裝有底盤的試驗篩（Ф200×50-0.075／0.05）中，用羊毛刷輕刷試料，使粉末通過篩孔收集在底盤，直至達到篩分終點。篩分終點的判定是在篩子下墊一張黑紙，輕刷試料，刷篩至沒有在黑紙上留下痕跡，即為篩分終點。將篩余物移到已知質(zhì)量的表面皿中稱量，精確至0.001 g。

-75 μm粒級的含量計算公式：

式中：S——-75 μm粒級含量質(zhì)量分數(shù)，%；M1——試料質(zhì)量，g；

M2——篩余物質(zhì)量，g。

（4）吸水率檢測

膨潤土的吸水率對球團生球及熟球的各項性能都有影響，一般在生產(chǎn)中要測定膨潤土在兩小時內(nèi)的吸水增重而計算吸水率。具體操作步驟如下：

把大小為250 mm×250 mm×60 mm，孔徑為150～170 μm的多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸餾水浸沒，使多孔陶瓷板浸透［測定時要始終保持使多孔陶瓷板上表面高出水面（6±1）mm］，并使玻璃容器和水溫度穩(wěn)定在（20±2）℃。將濾紙2張放在蒸餾水中浸漬30 s，使其吸水飽和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60 min后，分別稱量該濾紙。

稱取 2 份（2±0.01）g已在（105±3）℃溫度下烘干恒重的膨潤土，分別均勻地撒在2張濕濾紙上，膨潤土的散布直徑約9 cm。然后將濾紙和膨潤土對稱放置在多孔陶瓷板上（注意不要重疊），蓋上玻璃容器蓋。靜置2 h后，用鑷子和鏟刀仔細取出濕濾紙和濕膨潤土，在天平上稱量。

膨潤土的2 h吸水率按下式計算：

式中：Wa——吸水率，%；

W——濕濾紙和濕膨潤土質(zhì)量，g；

W0——濕濾紙質(zhì)量，g；

m——干膨潤土試樣質(zhì)量，g。

（5）膨脹指數(shù)檢測

準確稱?。?±0.01）g 已在（105±3）℃烘干 2 h后的膨潤土樣品，將該樣品分多次加入已有90mL蒸餾的100 mL刻度量筒內(nèi)。每次加入量不超過0.1 g，用30 s左右時間緩慢加入，待前次加入的膨潤土沉量筒底部后再次添加，相鄰兩次加入的時間間隔不少于10 min，直至試樣完全加入到量筒中。全部添加完畢后，用蒸餾水仔細沖洗粘附在量筒內(nèi)側(cè)的粉粒使其落入水中，最后將量筒內(nèi)的水位增到100 mL的標線處，用玻璃塞蓋緊。靜置24 h后，記錄沉淀物界面的量筒刻度值（精確至 0.5 mL）即為膨脹指數(shù)。 單位為 mL·（2 g）-1。

2.2 球團用膨潤土的質(zhì)量要求

根據(jù)本車間生產(chǎn)經(jīng)驗，最佳冶金球團用膨潤土的質(zhì)量需達到表1要求。

表1 冶金球團用膨潤土的質(zhì)量要求

3 結(jié)語

在我國，冶金球團用膨潤土具有礦產(chǎn)資源非富、加工流程簡單等特點。因其質(zhì)量指標對球團生球、干球及成品的特性都有十分重要的影響，目前在國內(nèi)，各球團生產(chǎn)廠家對膨潤土的質(zhì)量都有嚴格的要求。所以膨潤土加工企業(yè)必須根據(jù)球團廠的具體需要，在加工時控制好膨潤土的各項質(zhì)量指標。

［1］ 傅菊英，朱德慶.鐵礦氧化球團基本原理、工藝及設備［M］.長沙：中南大學出版社，2005.

［2］ GB／T20973-2007，膨潤土［S］.

Processing Technology and Quality Requirement of Bentonite for Pellets Metallurgy

LAN Qing-tao，LI Yao-wu，ZENG Wen-bo
（Tongguan Branch Company of Metallurgy and Chemistry， Tongling Non-ferrous Metals Corporation， Tongling 244000， China）

TQ 174.4

B

1671-9905（2011）03-0054-03

藍慶滔，安徽銅陵有色循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)園銅冠治化分公司球團車間，244000；電話：0562-5868368，13856209552，E-mail：lqt＠tlys.cn

2010-11-07