MHA黏結(jié)劑在釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)制備中的應(yīng)用

張?jiān)ǎ苡堰B，姜濤，韓桂洪，李光輝，許斌

(中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙，410083)

高爐增產(chǎn)節(jié)焦是目前各大鋼鐵企業(yè)追求的主要目標(biāo)之一[1-2]，而提高入爐爐料品質(zhì)是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的重要途徑。實(shí)踐表明，酸性球團(tuán)礦是一種優(yōu)質(zhì)的冶煉原料，然而在我國高爐爐料結(jié)構(gòu)中占有的比例只有15%～20%。因而，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)都在加大氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)。為保證入爐球團(tuán)礦強(qiáng)度，絕大多數(shù)球團(tuán)廠都采用無機(jī)膨潤土作黏結(jié)劑，其用量一般為2%～3%，部分高達(dá) 5%。高溫焙燒后，約 90%的膨潤土仍殘留在成品球團(tuán)礦中。因此，配加過高的膨潤土將明顯降低氧化球團(tuán)礦TFe品位[3]，導(dǎo)致高爐煉鐵產(chǎn)量下降，焦比和渣量增加。研究開發(fā)低殘留量球團(tuán)黏結(jié)劑取代膨潤土，提高入爐球團(tuán)礦TFe品位，對實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的“節(jié)能減排”意義重大。有研究表明[4-10]：若用純有機(jī)黏結(jié)劑(佩利多、ALCOTAC FE系列、有機(jī)黏結(jié)劑D、GPS等)完全替代膨潤土，獲得的預(yù)熱球強(qiáng)度較差，難以滿足目前國內(nèi)廣泛采用的鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)工藝的要求，而且黏結(jié)劑成本較高。采用純有機(jī)黏結(jié)劑部分替代膨潤土，實(shí)驗(yàn)室條件下可獲得較理想的球團(tuán)強(qiáng)度，但并未見工業(yè)上廣泛應(yīng)用的報(bào)道。20世紀(jì)90年代初，中南工業(yè)大學(xué)發(fā)明了以高分子有機(jī)腐植酸為主的 F黏結(jié)劑(采用堿性抽提法從褐煤中直接提取的產(chǎn)物)，利用其具有的高黏性、催化、還原等特性，采用煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝，可制備出質(zhì)量優(yōu)良的直接還原鐵產(chǎn)品。然而，較強(qiáng)的還原特性使其在氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)中并未得到應(yīng)用[11-12]。多年來，國內(nèi)冶金工作者一直致力于新型球團(tuán)黏結(jié)劑的研究開發(fā)，以期最終實(shí)現(xiàn)氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)的提質(zhì)降耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。姜濤等[13]以F黏結(jié)劑的開發(fā)特點(diǎn)及其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，發(fā)明了一種適用于氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)的新型復(fù)合黏結(jié)劑，即MHA，并于2011年獲得國家授權(quán)發(fā)明專利。為高效綜合利用攀西地區(qū)儲(chǔ)量豐富的釩鈦磁鐵礦資源，攀鋼公司除了生產(chǎn)大量的高堿度燒結(jié)礦以外，近年來也在大力發(fā)展鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)。然而，為確保球團(tuán)生產(chǎn)過程順行，目前膨潤土的配加量高達(dá)2%以上[14]，導(dǎo)致入爐球團(tuán)礦TFe品位不高，這與高爐煉鐵實(shí)行的“精料”方針也相違背。尋找新型黏結(jié)劑取代膨潤土對提高攀鋼公司在鋼鐵市場的地位和作用十分重要?；诖耍耘输撯C鈦磁鐵礦為原料，本文作者用已開發(fā)的MHA黏結(jié)劑替代膨潤土制備氧化球團(tuán)，考察工藝參數(shù)對MHA球團(tuán)質(zhì)量的影響，為該黏結(jié)劑的工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 原料及研究方法

1.1 原料性質(zhì)

1.1.1 含鐵原料

試驗(yàn)用釩鈦磁鐵礦取自于攀鋼公司。釩鈦磁鐵礦的主要化學(xué)成分及燒損量見表 1，其粒度組成及比表面積(采用Blaine法測定)見表2。

從表1可以看出：該鐵精礦的TFe品位(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)為 54.76%，F(xiàn)eO和 TiO2含量分別為 21.36%和10.00%。表2數(shù)據(jù)表明：釩鈦磁鐵礦小于0.074 mm粒級(jí)所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.6%，比表面積為993 cm2/g。相對于球團(tuán)生產(chǎn)對含鐵原料的要求而言，該鐵精礦的粒度過粗，比表面積偏小，因而造球前需要對其進(jìn)行預(yù)處理。

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐，本研究采用了潤磨工藝對樣品進(jìn)行預(yù)處理。固定潤磨條件為：潤磨時(shí)間 5 min，潤磨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 7%。潤磨后釩鈦磁鐵礦的粒度組成及比表面積見表3。

從表 3可知：潤磨后釩鈦磁鐵礦小于 0.074 mm粒級(jí)所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到 49.0%，比表面積達(dá)到1 091 cm2/g。

表1 釩鈦磁鐵礦樣品的主要化學(xué)成分及燒損(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Main chemical compositions and LOI of sample V, Ti-bearing magnetite %

表2 釩鈦磁鐵礦樣品的粒度組成及比表面積Table 2 Particle size distribution and specific surface area of V, Ti-bearing magnetite

表3 潤磨后釩鈦磁鐵礦的粒度組成及比表面積Table 3 Particle size distribution of V, Ti-bearing magnetite after wet-grinding

1.1.2 黏結(jié)劑

試驗(yàn)用黏結(jié)劑包括中南大學(xué)已發(fā)明的MHA和攀鋼膨潤土。MHA黏結(jié)劑以國內(nèi)儲(chǔ)量豐富的年輕褐煤和風(fēng)化煤為主要原料，來源廣泛。采用助劑AQ強(qiáng)化堿性提取過程，過濾、干燥后得到固體產(chǎn)品，MHA主要由有機(jī)組分和無機(jī)組分構(gòu)成。其有機(jī)物部分是由分子結(jié)構(gòu)相似的高分子羥基、芳香族及羧酸類等結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的復(fù)合體，每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元又由核、橋鍵和活性基團(tuán)3部分組成[15-16]。

測得MHA和膨潤土的主要化學(xué)成分及燒損如表4所示。從表4可以看出：MHA的LOI較大，為52.50%，主要是由MHA中的有機(jī)組分在高溫加熱后分解或揮發(fā)所致。高溫焙燒過程中，該部分有機(jī)物質(zhì)將從球團(tuán)中揮發(fā)脫除。比較來看，膨潤土的LOI僅11.80%，低于MHA。結(jié)果表明，采用MHA為球團(tuán)黏結(jié)劑，高溫焙燒后其殘留量比膨潤土明顯要低，這對提高成品球團(tuán)礦的TFe品位非常有利。

MHA的主要含氧官能團(tuán)分析結(jié)果見表5。表5數(shù)據(jù)顯示：MHA黏結(jié)劑中含有較多的羧酸根、酚羥基等含氧官能團(tuán)，表明其具有較強(qiáng)的親水性。其中羧基與總酸基的摩爾比為10.24%。據(jù)文獻(xiàn)[16]報(bào)道：羧基能與金屬離子和金屬氫氧化物發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)，這有助于 MHA與鐵精礦顆粒表面之間形成化學(xué)吸附，產(chǎn)生較強(qiáng)的黏結(jié)作用力，從而提高生球團(tuán)強(qiáng)度。

圖1所示為MHA黏結(jié)劑的TG-DSC曲線。從圖1可以看出：在119 ℃前主要為MHA中所含吸附水的脫除，其質(zhì)量損失約10.4%；溫度在119～285 ℃和285～458 ℃范圍內(nèi)主要為MHA黏結(jié)劑中少量結(jié)合水的分解，以及部分脫羧或脫羥基反應(yīng)，該階段的質(zhì)量損失率僅為3.1%；溫度在458～616 ℃，616～958 ℃和958～1 009 ℃范圍內(nèi)，主要發(fā)生MHA的劇烈分解、脫羧或脫羥基反應(yīng)，以及固體碳的燃燒反應(yīng)，并伴隨碳酸鹽的分解，該階段 MHA的質(zhì)量損失率較大，為38.2%。綜合來看，當(dāng)溫度低于1 009 ℃時(shí)，MHA黏結(jié)劑基本上分解及燃燒完全，最終殘留的灰分質(zhì)量約為48.3%。

圖1 MHA黏結(jié)劑的TG-DSC曲線Fig.1 TG-DSC curve of MHA binder

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)主要包括：混勻、潤磨、造球、預(yù)熱、焙燒、冷卻等工序。

具體試驗(yàn)步驟為：首先將釩鈦磁鐵精礦、黏結(jié)劑和水按比例進(jìn)行人工混勻；然后采用d 500 mm×500 mm無級(jí)調(diào)速潤磨機(jī)對混合料進(jìn)行預(yù)處理，電機(jī)轉(zhuǎn)速為600～800 r/min，介質(zhì)填充率12%，潤磨時(shí)混合料水分為7%，潤磨時(shí)間為5 min；生球的制備采用圓盤造球機(jī)，造球機(jī)直徑為1 000 mm，邊高200 mm，圓盤轉(zhuǎn)速為18 r/min，傾角為45°～47°可調(diào)。固定造球時(shí)間為12 min，生球水分控制為適宜水分。造球完成后，選取直徑為10～12.5 mm的生球分別測定其爆裂溫度、落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，其余生球放入105 ℃烘箱進(jìn)行干燥，直至水分脫除完全。

表4 MHA和膨潤土的主要化學(xué)成分及燒損量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 4 Main chemical compositions and LOI of MHA binder and bentonite %

表5 MHA的主要含氧官能團(tuán)Table 5 Main oxygen-containing functional groups of MHA binder

取直徑為10～12.5 mm的干球進(jìn)行預(yù)熱和焙燒。預(yù)熱和焙燒試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室臥式管狀電爐中進(jìn)行，電爐由爐膛直徑為 50 mm的一個(gè)鐵鉻鋁絲電阻爐和一個(gè)硅碳管電阻爐對接而成。前者作預(yù)熱試驗(yàn)用，后者作焙燒試驗(yàn)用。每次試驗(yàn)選10個(gè)干球裝入剛玉瓷舟，按照設(shè)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱焙燒。預(yù)熱和焙燒試驗(yàn)完成后，將球團(tuán)置入空氣中冷卻至室溫，然后在智能球團(tuán)抗壓機(jī)上分別測定球團(tuán)的強(qiáng)度，取平均值作為最終抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 MHA黏結(jié)劑球團(tuán)制備研究

2.1.1 MHA黏結(jié)劑的造球

研究MHA黏結(jié)劑用量對生球質(zhì)量指標(biāo)的影響，獲得的主要試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 MHA黏結(jié)劑用量對生球質(zhì)量的影響Table 6 Effects of MHA binder dosage on quality of green balls

從表6可以看出：MHA黏結(jié)劑對改善釩鈦磁鐵礦生球質(zhì)量的效果明顯。當(dāng)MHA用量為0.25%～1.0%時(shí)，獲得的生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度明顯高于未使用任何黏結(jié)劑生球的強(qiáng)度，而且生球的落下強(qiáng)度隨MHA用量的增加而顯著提高。熱爆裂溫度高低是衡量生球在干燥過程中熱態(tài)強(qiáng)度好壞的重要指標(biāo)之一。當(dāng)MHA用量不高于0.5%，釩鈦磁鐵礦制備生球的熱爆裂溫度均高于600 ℃，而當(dāng)MHA用量高于0.75%時(shí)，生球爆裂溫度隨其用量的提高而明顯降低，但MHA用量為1.0%時(shí)，爆裂溫度仍高于420 ℃，可滿足鏈篦機(jī)工業(yè)生產(chǎn)基本要求。

有研究者[17-18]從接觸角、潤濕熱、電位等方面，通過紅外光譜，光電子能譜及Zeta電位測定等方法，研究了腐植酸類物質(zhì)與鐵礦顆粒表面的作用機(jī)理，結(jié)果表明：有機(jī)腐植酸由于含有較多的羥基、羧基等活性含氧官能團(tuán)，在鐵礦顆粒表面的吸附屬作用力較強(qiáng)的化學(xué)吸附，因而MHA黏結(jié)劑球團(tuán)內(nèi)鐵礦顆粒之間的黏結(jié)作用力強(qiáng)，這對提高生球強(qiáng)度非常有利。所以MHA用量越大，獲得的生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度越高。

然而，高用量的MHA黏結(jié)劑顯著改善了鐵礦顆粒表面的親水性，使鐵礦球團(tuán)的持水能力增強(qiáng)。而且鐵礦顆粒之間由于黏結(jié)作用力強(qiáng)，相互之間連接緊密。當(dāng)MHA黏結(jié)劑用量較高的生球團(tuán)置入高溫環(huán)境下，球團(tuán)表面的水分蒸發(fā)速度快，而球團(tuán)內(nèi)部的水蒸氣向外遷移的速度較慢，導(dǎo)致球團(tuán)內(nèi)部形成的蒸汽壓大。即使在較低溫度下，也會(huì)在生球內(nèi)部形成較大的蒸汽壓，使得生球破裂或爆裂。因此MHA用量越高，生球的爆裂溫度相對越低。

2.1.2 MHA黏結(jié)劑球團(tuán)的預(yù)熱

MHA是一種以有機(jī)物為主的復(fù)合黏結(jié)劑，因而掌握其預(yù)熱特性對加快MHA黏結(jié)劑在氧化球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用至關(guān)重要。

以MHA用量0.25%的干球團(tuán)為對象，分別研究了預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間對預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響，獲得的主要結(jié)果如圖2所示。從圖2(a)可以看出：預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度隨預(yù)熱溫度的升高而明顯增大。當(dāng)預(yù)熱溫度高于900 ℃時(shí)，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度均在400 N/個(gè)以上，滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。從圖2(b)可以看出：隨著預(yù)熱時(shí)間的延長，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度也呈逐漸增大的趨勢。當(dāng)預(yù)熱時(shí)間達(dá)到10 min，繼續(xù)延長時(shí)間，預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。

結(jié)合圖1曲線可知：MHA黏結(jié)劑中的有機(jī)物部分在溫度達(dá)到450 ℃以上時(shí)，已開始發(fā)生激烈的氧化分解，導(dǎo)致MHA與鐵礦顆粒之間的連接橋斷裂，其間的相互作用力減弱甚至消失。同時(shí)，MHA氧化分解的主要產(chǎn)物為碳氧化物等氣體，加熱過程中氣體產(chǎn)物從球團(tuán)內(nèi)部向外逐漸擴(kuò)散，一定程度上阻礙了外部氧氣向內(nèi)擴(kuò)散，使球團(tuán)內(nèi)部磁鐵礦氧化不充分，新生的 Fe2O3晶粒較少，晶鍵連接強(qiáng)度低，導(dǎo)致低溫下獲得的預(yù)熱球團(tuán)強(qiáng)度差。而當(dāng)溫度達(dá)到900 ℃以上時(shí)，0.25%的MHA在短時(shí)間內(nèi)即可氧化分解完全，這使得球團(tuán)氣孔增多，有助于外部氧氣向內(nèi)擴(kuò)散，因而內(nèi)部的磁鐵礦得到較為充分的氧化，并產(chǎn)生較多的 Fe2O3微晶鍵連接，此時(shí)球團(tuán)的強(qiáng)度可達(dá)較高水平。預(yù)熱溫度的進(jìn)一步提高可促進(jìn) Fe2O3晶粒的長大和相互固結(jié)，對改善預(yù)熱球團(tuán)強(qiáng)度效果明顯。

圖2 預(yù)熱溫度和預(yù)熱時(shí)間對預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of preheating temperature and time on compression strength of preheated pellets

相比較而言，預(yù)熱時(shí)間對改善球團(tuán)強(qiáng)度的效果要弱。磁鐵礦的氧化是從球團(tuán)表層逐漸向內(nèi)部進(jìn)行的，固定溫度條件下，當(dāng)時(shí)間達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，球團(tuán)中磁鐵礦的氧化已經(jīng)較充分，新生的 Fe2O3微晶發(fā)生相互連接使預(yù)熱球團(tuán)具有一定強(qiáng)度。此時(shí)，延長時(shí)間對改善球團(tuán)強(qiáng)度的效果不明顯，主要原因是預(yù)熱階段Fe2O3晶粒的長大速率和相互固結(jié)程度受預(yù)熱溫度影響更大。

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際，適宜的預(yù)熱溫度選取為 950℃，預(yù)熱時(shí)間為10 min。在該預(yù)熱制度條件下，研究了不同MHA用量對預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出：隨著MHA黏結(jié)劑用量的增大，預(yù)熱球抗壓強(qiáng)度不斷降低，尤其是當(dāng)MHA

圖3 MHA黏結(jié)劑用量對預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響Fig.3 Effects of MHA binder dosage on compression strength of preheated pellets

用量高于 0.5%時(shí)，預(yù)熱球團(tuán)強(qiáng)度下降的幅度顯著增大。主要原因是，當(dāng) 0.25%～0.5%的 MHA球團(tuán)在950 ℃下預(yù)熱10 min，其中的MHA黏結(jié)劑短時(shí)間內(nèi)可得到較充分的氧化分解，球團(tuán)內(nèi)部生成較多的微孔，有助于內(nèi)部磁鐵礦的氧化，因而產(chǎn)生較多的 Fe2O3微晶鍵連接，使得預(yù)熱球團(tuán)具有較高的抗壓強(qiáng)度。而當(dāng)MHA黏結(jié)劑用量進(jìn)一步提高到0.75%和1.0%時(shí)，球團(tuán)中外層的MHA氧化和分解的速度較快，高溫下球團(tuán)中外層的釩鈦磁鐵礦可得到充分的氧化，形成了較致密的 Fe2O3殼層，這對外部氧氣向球團(tuán)內(nèi)部的擴(kuò)散不利；而球團(tuán)內(nèi)部的MHA短時(shí)間內(nèi)難以得到充分的氧化分解，加熱過程中MHA分解和氧化的氣體產(chǎn)物(碳氧化物等)從球團(tuán)內(nèi)部向外逐漸擴(kuò)散，一定程度上也阻礙了外部氧氣向內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)一步惡化了球團(tuán)內(nèi)部釩鈦磁鐵礦的氧化條件。最終導(dǎo)致MHA用量較高的預(yù)熱球團(tuán)形成明顯的“雙層”結(jié)構(gòu)，使預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度顯著降低。實(shí)驗(yàn)室測定預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度過程中，也發(fā)現(xiàn)了這一“雙層”結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的存在。

研究結(jié)果表明：在預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間10 min的條件下，MHA黏結(jié)劑用量不超過0.5%時(shí)，可獲得強(qiáng)度較高的預(yù)熱球團(tuán)。

2.1.3 MHA黏結(jié)劑球團(tuán)的焙燒

對0.25% MHA的球團(tuán)在預(yù)熱溫度950 ℃條件下預(yù)熱10 min，進(jìn)而分別研究了焙燒溫度和焙燒時(shí)間對焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響，主要試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖 4(a)可知：焙燒球抗壓強(qiáng)度隨焙燒溫度的升高呈逐漸增大的趨勢，當(dāng)焙燒溫度為1 250 ℃時(shí)，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度基本達(dá)到最大值，溫度繼續(xù)提高到1 270 ℃，球團(tuán)強(qiáng)度提高幅度不大。從圖4(b)可知：焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度隨著焙燒時(shí)間的延長而逐漸升高，并趨于穩(wěn)定。當(dāng)焙燒時(shí)間從8 min延長到10 min時(shí)，焙燒球抗壓強(qiáng)度增幅較大，進(jìn)一步延長焙燒時(shí)間對改善球團(tuán)抗壓強(qiáng)度效果并不明顯。

圖4 焙燒溫度和焙燒時(shí)間對焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響Fig.4 Effects of roasting temperature and time on compression strength of roasted pellets

對于MHA黏結(jié)劑球團(tuán)，只要釩鈦磁鐵礦中的FeO在預(yù)熱階段發(fā)生充分氧化，不出現(xiàn)“雙層”結(jié)構(gòu)的預(yù)熱球團(tuán)，那么，該球團(tuán)的高溫焙燒固結(jié)特性與普通膨潤土球團(tuán)類似。相對而言，0.25%MHA球團(tuán)在預(yù)熱溫度為950 ℃條件下預(yù)熱10 min，球團(tuán)內(nèi)部FeO發(fā)生較充分氧化，新生成較多的 Fe2O3微晶。高溫焙燒過程中，MHA球團(tuán)內(nèi)部的Fe2O3微晶進(jìn)一步長大互連，并發(fā)生再結(jié)晶固結(jié)，球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)變得更加致密、均勻，因而氧化球團(tuán)礦具備足夠的強(qiáng)度。一定焙燒溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，隨著焙燒溫度的提高和焙燒時(shí)間延長，球團(tuán)礦內(nèi)的 Fe2O3晶粒再結(jié)晶和固結(jié)的程度逐漸趨于完善，所以球團(tuán)礦的強(qiáng)度不斷提高并達(dá)到最大值。

綜合比較，對于0.25%MHA預(yù)熱球團(tuán)，適宜的焙燒溫度選取為1 250 ℃，焙燒時(shí)間為10 min。

2.2 MHA與膨潤土2種球團(tuán)性能比較

上述研究表明，在優(yōu)化試驗(yàn)條件下，采用中南大學(xué)已發(fā)明的MHA作為球團(tuán)黏結(jié)劑，可獲得高強(qiáng)度的釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)。本研究對2種黏結(jié)劑條件下獲得的氧化球團(tuán)礦性能進(jìn)行了綜合比較，如表7所示。2種球團(tuán)在相同的預(yù)熱及焙燒制度下獲得：預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間10 min，焙燒溫度1 250 ℃，焙燒時(shí)間10 min。

比較 0.25% MHA黏結(jié)劑與 2.0%膨潤土的生球團(tuán)，前者的落下強(qiáng)度比后者的要高0.8次/(0.5 m)，這是因?yàn)镸HA黏結(jié)劑在鐵礦顆粒表面形成作用力較強(qiáng)的化學(xué)吸附，而膨潤土在鐵礦顆粒表面為作用力較弱的物理吸附[19]。盡管膨潤土球團(tuán)的預(yù)熱球和成品球抗壓強(qiáng)度略高，但是MHA黏結(jié)劑的預(yù)熱球和焙燒球抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到500 N/個(gè)和3 700 N/個(gè)以上，完全滿足鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)的要求。

從產(chǎn)品的TFe品位看，使用0.25%MHA黏結(jié)劑的成品球團(tuán)礦比 2.0%膨潤土球團(tuán)的鐵品位提高了1.11%。因此，采用MHA黏結(jié)劑完全替代膨潤土制備釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)時(shí)，具有明顯提高成品球團(tuán)礦鐵品位的效果，這對高爐煉鐵生產(chǎn)的“節(jié)能減排”非常有利。

參照ISO 7215，ISO 4696-2和ISO 4698分別測定了2種黏結(jié)劑成品球團(tuán)礦的冶金性能，主要包括：還原度、低溫還原粉化指數(shù)和還原膨脹率。2個(gè)方案球團(tuán)礦的還原性能測定結(jié)果分別列入表8中。

表7 2種黏結(jié)劑球團(tuán)的性能比較Table 7 Comparison of quality of pellets with two binders

表8 2種黏結(jié)劑成品球團(tuán)礦還原性能比較Table 8 Comparison of reducibility of production pellets with two binders

從表8可知：

(1) 2種黏結(jié)劑球團(tuán)的RDI+3.15均大于95%，RDI-0.5小于2.0 %。其中MHA黏結(jié)劑球團(tuán)的RDI+3.15和RDI-0.5分別是96.23% 和1.05%。表明采用MHA黏結(jié)劑制備的成品球團(tuán)礦低溫還原粉化性較好，低溫下還原時(shí)不易粉化。

(2) 對于還原度而言，2種黏結(jié)劑球團(tuán)礦的還原度很接近，為67%～68%。

(3) 2種球團(tuán)礦的還原膨脹率均也很接近(均小于18%)，屬正常膨脹。

結(jié)果表明：MHA球團(tuán)礦的還原性能與目前使用的膨潤土球團(tuán)礦接近，均可作為優(yōu)良的高爐冶煉原料。因而，MHA黏結(jié)劑在釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)MHA用量在0.25%～1.0%范圍內(nèi)變化，隨著其用量的增加，所獲得生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度不斷提高，而生球的爆裂溫度則呈逐漸降低趨勢，但均高于400 ℃，可滿足鏈篦機(jī)工業(yè)生產(chǎn)要求。

(2) 采用MHA黏結(jié)劑制備釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)，當(dāng)MHA用量為0.25%，適宜的預(yù)熱焙燒制度為：預(yù)熱溫度950 ℃，預(yù)熱時(shí)間10 min，焙燒溫度1 250 ℃，焙燒時(shí)間10 min。該試驗(yàn)條件下獲得的預(yù)熱球團(tuán)抗壓強(qiáng)度為522 N/個(gè)，焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度為3 702 N/個(gè)。與2.0%膨潤土球團(tuán)礦比較，0.25%MHA成品球團(tuán)礦的TFe品位可提高1.11%。就還原性能而言，2種球團(tuán)礦接近。

(3) 采用 MHA黏結(jié)劑完全替代膨潤土可制備出質(zhì)量優(yōu)良的釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)，成品球團(tuán)礦強(qiáng)度和還原性能均滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的要求。MHA新型球團(tuán)黏結(jié)劑在釩鈦磁鐵礦氧化球團(tuán)制備中具有良好的應(yīng)用前景。

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