鐵礦石機(jī)械裝置取制樣系統(tǒng)水分損失的研究

王春生 陳小奇

(寶山鋼鐵股份有限公司檢化驗(yàn)中心)

目前，我國是世界上最大的鐵礦石進(jìn)口國，2016年鐵礦石進(jìn)口量達(dá)到10.24億t。為了準(zhǔn)確可靠檢驗(yàn)鐵礦石的品質(zhì)，我國主要的鐵礦石港口都實(shí)現(xiàn)了鐵礦石機(jī)械裝置自動(dòng)化取樣、制樣及水分含量、粒度分布的測(cè)定[1-3]。其中，水分含量是鐵礦石貿(mào)易結(jié)算中一項(xiàng)重要指標(biāo)，水分含量的準(zhǔn)確性影響貿(mào)易雙方的經(jīng)濟(jì)利益。在機(jī)械裝置自動(dòng)取制樣系統(tǒng)中，鐵礦石經(jīng)過皮帶輸送、破碎、縮分等流程后進(jìn)行干燥水分含量的測(cè)定，必然會(huì)造成部分水分的損失[4]，如何檢測(cè)取制樣系統(tǒng)水分損失，并確定一個(gè)取制樣系統(tǒng)針對(duì)不同種類鐵礦石水分損失允許最大值，這對(duì)評(píng)價(jià)自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)是至關(guān)重要的。目前還沒有鐵礦石水分損失檢驗(yàn)可參考的標(biāo)準(zhǔn)，因此，非常有必要開展有關(guān)機(jī)械裝置自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)水分損失檢測(cè)方法的研究，為鐵礦石水分含量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供理論參考。

1 鐵礦石中水分存在形式及來源

水在鐵礦石中存在的形式主要分為結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水、游離水等[4]，自動(dòng)取制樣系統(tǒng)在線檢測(cè)的水分主要是游離水，即吸附于鐵礦石顆粒表面或由于表面張力作用而被吸附于礦物或礦料顆粒之間小裂隙之中的水，溫度在100～110 ℃時(shí)可以完全脫去。鐵礦石的游離水主要來源是鐵礦石選礦采用水洗浮選工藝殘留水、鐵礦產(chǎn)地露天堆場(chǎng)遭受降雨而吸收的水分、港口裝卸因環(huán)保需要人為噴灑水以防塵及鐵礦石中原有的游離水。目前國內(nèi)外測(cè)定鐵礦石游離水含量都是采用105 ℃ 空氣中干燥至恒重時(shí)試樣質(zhì)量損失占初始試樣質(zhì)量的百分含量。

2 水分損失檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)礦石

根據(jù)檢驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)選擇水分含量≥8%鐵礦石。

2.2 試樣對(duì)數(shù)及試樣量

選取20對(duì)最大公稱粒度小于22.4 mm的試驗(yàn)樣至少5 kg，最大公稱粒度小于10 mm的試驗(yàn)樣至少1 kg。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備

選取機(jī)械裝置自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)、能將爐內(nèi)任何一點(diǎn)的溫度均控制在105 ℃±5 ℃的干燥箱、試驗(yàn)盤若干、電子稱一臺(tái)。

2.4 試驗(yàn)方法及步驟

將同一品種鐵礦石采用機(jī)械裝置自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)制備的份樣和副樣在線檢測(cè)水分含量，采用本質(zhì)上無偏差參比方法采取制備的份樣按照《鐵礦石交貨批水分含量的測(cè)定》(ISO 3087：2011)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行水分含量檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析在線檢測(cè)水分含量與參比方法檢測(cè)水分含量，得出此類礦石在機(jī)械裝置取制樣系統(tǒng)的水分損失值。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1為取制樣系統(tǒng)不同試樣水分損失波動(dòng)圖?？梢钥闯?，鐵礦石交貨批按照份樣或副樣在線取制樣系統(tǒng)水分含量檢測(cè)時(shí)，都存在明顯的水分損失。按照份樣檢測(cè)時(shí)，水分損失平均達(dá)到0.46%(水分含量絕對(duì)值)，按副樣檢測(cè)時(shí)，水分損失平均達(dá)到0.73%(水分含量絕對(duì)值)，不同份樣之間和不同副樣之間水分損失存在顯著差異，按照份樣進(jìn)行水分含量檢測(cè)水分損失量明顯小于按照副樣進(jìn)行水分含量檢測(cè)值。

圖1 取制樣系統(tǒng)水分損失波動(dòng)圖

影響取制樣系統(tǒng)水分損失的因素：

(1)水分試驗(yàn)樣在系統(tǒng)內(nèi)滯留時(shí)間。水分試驗(yàn)樣在初次稱量前，經(jīng)過初級(jí)采樣、二級(jí)采樣、皮帶輸送、縮分機(jī)縮分，不可避免地造成水分損失，如果按照副樣檢測(cè)，采集到的第一個(gè)份樣臨時(shí)收集儲(chǔ)存，等收集到5個(gè)或6個(gè)份樣組成一個(gè)副樣時(shí)，再進(jìn)行縮分，制成水分試驗(yàn)樣，在系統(tǒng)停留時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)大大增加水分試樣在干燥前的水分損失。

(2)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)組成部分密封性。系統(tǒng)密封性能好，可以減少系統(tǒng)內(nèi)空氣流動(dòng)，使水分盡可能保留在試樣內(nèi)，最大限度地減少水分損失。

(3)系統(tǒng)內(nèi)空氣流動(dòng)。一方面，取制樣系統(tǒng)中存在溜槽、運(yùn)輸皮帶，試樣在通過溜槽和在運(yùn)輸皮帶輸送時(shí)產(chǎn)生大量的流動(dòng)空氣。另一方面，為了減少取制樣系統(tǒng)的粉塵對(duì)環(huán)境的污染，會(huì)在運(yùn)輸皮帶端部、溜槽上部裝有吸塵接口，系統(tǒng)有試樣時(shí)，除塵設(shè)備會(huì)自動(dòng)開啟，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的空氣流動(dòng)。系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)空氣會(huì)使物料表面壓強(qiáng)減少，物料的水分蒸發(fā)速度加快，容易失去水分。

(4)礦石物料特性。一般水分含量越高的礦石，水分損失相對(duì)較高。此外，礦石粒度分布情況也會(huì)對(duì)水分的損失造成一定的影響。細(xì)粒度試樣含量越多，其表面積越大，吸附的水分就越多，在自動(dòng)取制樣系統(tǒng)水分損失也會(huì)較多。

4 水分損失校正

由于鐵礦石貿(mào)易結(jié)算都是以干態(tài)為基準(zhǔn)質(zhì)量，而鐵礦石海運(yùn)運(yùn)輸費(fèi)用大多由自然態(tài)鐵礦石確定。鐵礦石水分表面上僅與運(yùn)價(jià)有關(guān)，但水分檢測(cè)過程有水分損失，造成水分含量偏低，就與鐵礦石交貨批噸位有直接關(guān)系，相當(dāng)于礦石采購方以鐵礦石的價(jià)格購買了水，造成礦石采購方的經(jīng)濟(jì)損失。因此，要得到更加準(zhǔn)確的交貨批水分含量值，必須對(duì)自動(dòng)取制樣系統(tǒng)的水分損失加以校正。校正公式為

(1)

利用最小二乘法公式計(jì)算k值及b值,見式(2)～式(6),機(jī)械裝置取制樣系統(tǒng)測(cè)定鐵礦石試樣水分含量的離差平方和lj為

(2)

參比樣測(cè)定鐵礦石試樣水分含量的離差平方和lc為

(3)

機(jī)械取制樣系統(tǒng)和參比方法測(cè)定鐵礦石試樣水分含量的離差積ljc為

(4)

k=ljc/lj,

(5)

(6)

式(2)的相關(guān)系數(shù)R計(jì)算公式為

(7)

4.1 按照份樣測(cè)定水分含量校正公式

(8)

表1 機(jī)械裝置取制樣系統(tǒng)按份樣檢測(cè)鐵礦石水分損失結(jié)果 %

4.2 按照副樣測(cè)定水分含量校正公式

(9)

5 結(jié) 論

隨著鐵礦石貿(mào)易量的不斷增加，國內(nèi)外港口及鋼鐵廠相繼建造了機(jī)械裝置自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鐵礦石在線取制樣及在線水分含量的檢測(cè)。受到鐵礦石在系統(tǒng)的停留時(shí)間、系統(tǒng)的密閉性及礦石物料特性等因素的影響，鐵礦石在通過機(jī)械裝置自動(dòng)取制樣系統(tǒng)進(jìn)行水分含量檢測(cè)時(shí)，不可避免地造成水分損失，導(dǎo)致鐵礦石采購方的利益受損。建議ISO鐵礦石和直接還原鐵標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)TC102/SC1取制樣分技術(shù)委員會(huì)、全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)建立鐵礦石機(jī)械裝置自動(dòng)取制樣系統(tǒng)水分損失允許差及水分損失校正標(biāo)準(zhǔn)，以便各鐵礦石檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照標(biāo)準(zhǔn)校正方法，對(duì)鐵礦石機(jī)械裝置自動(dòng)取制樣系統(tǒng)水分含量的損失進(jìn)行校正，確保鐵礦石交貨批水分含量的準(zhǔn)確可靠，保證鐵礦石采購方的合法利益。

表2 機(jī)械裝置取制樣系統(tǒng)按副樣檢測(cè)鐵礦石水分損失結(jié)果 %

[1] 袁曉鷹,葉向勇.日照港礦石機(jī)械化采制樣系統(tǒng)中機(jī)器人的應(yīng)用[J].金屬礦山，2009(3)：124-129.

[2] 王春生,陳小奇,孫 良，等.寶鋼自動(dòng)化取制樣系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].金屬礦山，2010，413(11)：116-121.

[3] 李 江.大宗原料試樣自動(dòng)取制樣系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)探討[J].鋼鐵技術(shù)，2010(6)：1-4.

[4] 袁曉鷹，張永春，姜 濤.礦石機(jī)械化采樣裝置水分損失指標(biāo)的確定[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(6)：120-122.

[5] 李鳳貴，張西春.鐵礦石檢驗(yàn)就技術(shù)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.