秘魯?shù)V選礦及球團(tuán)中應(yīng)用研究

李永欣，青格勒，趙瑞豐，趙鐵良

(1.北京首鋼股份有限公司,河北 遷安 064404；2.首鋼技術(shù)研究院，北京 100083)

1 前言

2017年首鋼股份公司遷鋼公司為降低鐵前生產(chǎn)成本，提高企業(yè)利潤(rùn)，改善公司經(jīng)營(yíng)狀況，在開(kāi)展內(nèi)部挖潛工作的同時(shí)，積極組織開(kāi)拓鐵前原料資源市場(chǎng)，尋找性價(jià)比較高的新資源。首鋼集團(tuán)秘魯鐵礦的二期選礦工程未投產(chǎn)，秘魯原礦存在富余，通過(guò)成本測(cè)算和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，有利于降低鐵前生產(chǎn)成本。同年5月份由首鋼股份公司牽頭，組織運(yùn)作加工秘魯原工，用于球團(tuán)工序生產(chǎn)。

由于秘魯原礦原品高，而且硫含量也高，需要通過(guò)選礦工藝進(jìn)行細(xì)磨精選，生產(chǎn)的精選粉才能滿足球團(tuán)工序需求。為此，組織開(kāi)展了降硫提質(zhì)等技術(shù)攻和相關(guān)的基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究，掌握了秘魯原礦、精選粉等的基礎(chǔ)特性。同時(shí)通過(guò)完善選礦工藝流程，強(qiáng)化生產(chǎn)組織管理，為球團(tuán)工序穩(wěn)定配加精選粉創(chuàng)造良好條件。

本文通過(guò)對(duì)秘魯原礦理化指標(biāo)等基礎(chǔ)性能分析指導(dǎo)造球、焙燒試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，以取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 秘魯原礦基礎(chǔ)特性研究

2.1 秘魯原礦多元素及物相分析

秘魯原礦為首鋼集團(tuán)秘魯鐵礦二期工程生產(chǎn)的，通過(guò)海到國(guó)內(nèi)港口，再通過(guò)火車(chē)運(yùn)至遷鋼公司。到廠后組織對(duì)秘魯原礦進(jìn)行取制樣檢驗(yàn)，表1數(shù)據(jù)顯示秘魯原礦鐵元素含量較高，品位高達(dá)54.91%，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)一般的磁鐵礦石，而且硫含量也較高，達(dá)到4.01%，且堿金屬較高。

表1 秘魯原礦化學(xué)分析單位：%

從表2秘魯原礦通過(guò)物相分析顯示可以看出，其磁性鐵達(dá)到90%以上，菱鐵礦、赤鐵礦、硅酸鐵礦量很少，通過(guò)磁選法進(jìn)行選別，可有效提高精選粉品位。

表2 物相分析表單位：%

2.2 秘魯原礦粒級(jí)組成分析

研究了秘魯原礦粒級(jí)組成及Fe和S含量，結(jié)果見(jiàn)表3：秘魯原礦主要粒級(jí)集中在+20mm，累計(jì)含量達(dá)到73.99%，其中+50mm含量為19.58%。細(xì)粒級(jí)含量較少，-200目為僅為1.67%。

表3 原礦粒級(jí)組成及Fe、S含量表

+20目～-3mm 1.51 54.6 4.98+60目～-20目 2.08 56.39 4.17+100目～-60目 1.40 56.18 2.72+200目～-100目 2.31 57.36 2.46-200目 1.67 50.52 3.64合計(jì) 100 57.59 4.65

3 秘魯原礦選別工藝研究

針對(duì)秘魯原礦鐵、硫元素較高，在選別工藝上采取提鐵降硫、硅的方針組織生產(chǎn)。為獲得合格的鐵精礦，將原礦縮分，分別磨礦至-200目占50%、55%、65%、70%、75%、80%、85%、90%，每組樣品20g，在一定場(chǎng)強(qiáng)條件條件下分別做磁選管可選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1、2：

圖1 精選粉粒度與品位趨勢(shì)圖

圖2 精選粉粒度與硫含量趨勢(shì)圖

隨著精選粉-200目粒度的逐步增多，精選粉品位也隨之提高，從-200目粒度占50%提高的55%時(shí)，精選粉品位由69%提高到70.20%，提升幅度較大，隨后粒度提高到90%時(shí)，增加幅度較小，此粒級(jí)區(qū)間精選粉品位變化2.80個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)粒度的增加，精選粉中硫元素含量呈下降趨勢(shì)，接近0.40%。

通過(guò)磁選管選別試驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)有選礦車(chē)間工藝流程，確定了兩段磨選，三次磁選及閃爍磁場(chǎng)精選機(jī)的工藝流程，確保秘魯原礦選別后精選粉質(zhì)量指標(biāo)滿足球團(tuán)生產(chǎn)需求。

3 秘魯原礦的細(xì)磨精選及球團(tuán)能應(yīng)用研究

3.1 細(xì)磨精選

首鋼礦業(yè)公司對(duì)秘魯原礦進(jìn)行了細(xì)磨和選別。表4是選后精選粉的化學(xué)成分。精選粉品位比較高，達(dá)到69.78%，SiO2含量是1.19%，S含量是0.35%。

表4 精選后礦粉成分 單位：%

從表4可以看出，秘魯原礦加工后的精選粉品位高于A精粉，但其硫含量較高，分析主要是因?yàn)锳精粉在首鋼秘魯鐵礦選別，其工藝流程中有浮選工藝，有效降低了硫含量，而在首鋼礦業(yè)公司大石河鐵礦選礦工藝為磁選工藝，在硫含量選別上稍遜于浮選工藝。

3.2 精選礦粉粒度組成與比表面積

選礦過(guò)程中，對(duì)不同粒度的礦粉進(jìn)行了取樣和比表面積分析。表5為工業(yè)生產(chǎn)時(shí)精選粉粒度與比表面積關(guān)系，從中可以看出隨著-200目粒級(jí)含量的增加，精選粉的比表面積是呈升高趨勢(shì)。當(dāng)-200目含量達(dá)到85%以上時(shí)，礦粉比表面積才能達(dá)到905cm2/g以上。

表5 精選粉比表面積情況

對(duì)不同比表面積的礦粉進(jìn)行了造球試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看，粒度粗，比表面積低的時(shí)候，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都比較低，難滿足生產(chǎn)要求。

表6 造球試驗(yàn)配比及生球指標(biāo)

3.3 精選粉的高壓輥磨研究

從前面的試驗(yàn)看，精選后的礦粉如果比表面積低，對(duì)造球有一定的影響，所以為了改善精礦粉成球性能，并提高使用比例，采取提高精選粉比表面積的措施。為了進(jìn)一步改善精礦粉的比表面積和成球性能，對(duì)高壓輥磨后的精選粉進(jìn)行了造球試驗(yàn)。表5是高壓輥磨后精礦粉比表面積情況。高壓輥磨后礦粉表表面積有一定的改善，-200目含量83.07%時(shí)，精選粉的比表面積從726cm2/g提高至953cm2/g，-200目含量提高至89.05%時(shí)，比表面積從1034cm2/g提高至1255cm2/g[1]。

表7 高壓輥磨前后礦粉比表面積

圖3-4是不同粒度時(shí)精選粉①的高壓輥磨前后礦粉顆粒形貌情況。從顆粒形貌看，高壓輥磨后礦粉顆粒表面變粗糙，微小顆粒含量增加趨勢(shì)。

圖3 高壓輥磨前

圖4 高壓輥磨后

4 精選粉造球試驗(yàn)研究

精選粉造球試驗(yàn)根據(jù)后期生產(chǎn)情況預(yù)設(shè)配比方案，在圓盤(pán)Ф800mm，造球時(shí)間為10min；造球后，篩取粒度為10-12.5mm的生球測(cè)定其落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度。球團(tuán)焙燒試驗(yàn)在直徑為120mm的球團(tuán)焙燒杯內(nèi)進(jìn)行。焙燒試驗(yàn)后測(cè)定焙燒球的物化性能和冶金性能。原料均取自遷鋼公司球團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

4.1 造球試驗(yàn)及結(jié)果

造球試驗(yàn)配比是結(jié)合遷鋼公司球團(tuán)資源配比情況進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。表8為造球試驗(yàn)基本配比和指標(biāo)情況

表8 造球試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)結(jié)果看，配精選粉（磨后）時(shí)，生球落下次數(shù)和抗壓強(qiáng)度有下降趨勢(shì)，在膨潤(rùn)土配比2.0%時(shí)，生球落下次數(shù)和抗壓強(qiáng)度較低，落下次數(shù)只有2.3次/0.5m左右，生球抗壓強(qiáng)度在5N/P以下。膨潤(rùn)土配比提高至2.5%時(shí)，配精選粉的生球落下次數(shù)能達(dá)到4.0次/0.5m以上。B精粉配C精粉時(shí)，生球落下次數(shù)和抗壓強(qiáng)度相對(duì)比配精選粉的生球落下次數(shù)和抗壓強(qiáng)度要高一些。因?yàn)镃細(xì)精粉的比表面積是1150cm2/g左右，較高的比表面積可提高造球效果。

4.2 焙燒試驗(yàn)及焙燒球抗壓強(qiáng)度

對(duì)不同配比生球進(jìn)行了焙燒杯焙燒試驗(yàn)。圖1是焙燒杯實(shí)驗(yàn)溫度曲線。焙燒試驗(yàn)最高焙燒溫度是1260℃，焙燒總時(shí)間是54min。焙燒后測(cè)定焙燒球的抗壓強(qiáng)度。表9是焙燒球團(tuán)配比及抗壓強(qiáng)度結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果看，不同配比方案球團(tuán)礦平均抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了2600N/P以上，基本能滿足生產(chǎn)要求。

表9 球團(tuán)配比及焙燒球抗壓強(qiáng)度

圖5 焙燒試驗(yàn)溫度曲線

4.2 球團(tuán)礦冶金性能研究

為進(jìn)一步掌握配加精選粉后冶金性能情況，組織球團(tuán)冶金性能試驗(yàn)研究，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表10。從試驗(yàn)結(jié)果看，用精選粉替代B精粉時(shí)球團(tuán)礦的還原膨脹率變化不大，基本在19%左右，還原度略有改善的趨勢(shì)。球團(tuán)礦的低溫還原粉化率指標(biāo)變化不大，RDI+3.15在95%左右。

表10 焙燒球團(tuán)礦的冶金性能 單位：%

5 球團(tuán)應(yīng)用情況

遷鋼公司有2條鏈蓖機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線，在球團(tuán)1#和2#都進(jìn)行了精選粉的應(yīng)用?？紤]到精選粉的比表面積和造球效果，我們采用逐步提高的辦法，一、二系列分別按照3、5、7、10等梯度逐步增加，最終分別穩(wěn)定在10%、20%的比例。

在工業(yè)生產(chǎn)期間，隨著精選粉配比的逐步提高，一、二系列皂土配比有升高趨勢(shì)，最高達(dá)到1.6%，輥磨前生球落下強(qiáng)度有所降低，但通過(guò)高壓輥磨后，生球落下強(qiáng)度與基礎(chǔ)期相比變化不大，總體能夠滿足生產(chǎn)要求。

5.1 球團(tuán)工業(yè)配吃指標(biāo)、參數(shù)情況

表11 球團(tuán)一系列造球情況

表12 球團(tuán)一系列焙燒參數(shù)情況 單位：℃

表13 球團(tuán)二系列造球情況

表14 球團(tuán)二系列焙燒參數(shù)情況 單位：℃

從表10-14中可以看出，球團(tuán)一、二系列在配加未經(jīng)過(guò)高壓輥磨的精選粉時(shí)，膨潤(rùn)土比例升高。在使用輥磨后的精選粉后，生球落下強(qiáng)度有所提高，配比保持穩(wěn)定。同時(shí)鏈篦機(jī)、回轉(zhuǎn)窯的主要熱工參數(shù)保持穩(wěn)定，說(shuō)明通過(guò)強(qiáng)化管理和操作，在配加精選粉時(shí)熱工制度參數(shù)變化不大。

表15 干球及成品球質(zhì)量情況

表15中可以看出，配加未經(jīng)過(guò)高壓輥磨的精選粉后，干球、窯頭球、成品球抗壓強(qiáng)度均比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有所下降，分析主要是受成球性差影響，生球粘結(jié)效果，生球強(qiáng)度下降，同時(shí)表面粉末較多，影響干燥預(yù)熱和焙燒效果。在經(jīng)過(guò)高壓輥磨后，效果有所好轉(zhuǎn)，干球、窯頭球和成品球均好于輥磨前，但稍微比基礎(chǔ)數(shù)據(jù)低。但差異較小，成品球質(zhì)量仍超過(guò)入爐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足高爐用料需求。

表16 成品球膨脹率 單位：%

從表16中可以看出，球團(tuán)一、二系列配加精選粉后，成品球膨脹率雖然有所波動(dòng)，但基本保持穩(wěn)定。且高于試驗(yàn)指標(biāo)。

6 結(jié)論

（1）秘魯原礦精選后，品位高，SiO2含量低，有利于提高球團(tuán)礦品位。

（2）秘魯原礦精選后，-200目含量低時(shí)，比表面積低，成球性能較低，-200目含量提高至85%以上，并經(jīng)過(guò)高壓輥磨后，其比表面積提高明顯，成球性能改善。在生產(chǎn)中應(yīng)用比例最高到25%，可保持基本指標(biāo)的穩(wěn)定。

精選粉對(duì)球團(tuán)焙燒強(qiáng)度和冶金性能變化幅度較小、影響不大。