一种改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法
技术领域
本发明涉及一种改善超细磁铁精矿造球性能的方法，特别涉及一种改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
球团矿因其具备优良的冶金性能、良好的机械强度，是理想的高炉原料。目前，国外高炉炼铁球团矿比例已超过60％，甚至达到100％，但国内高炉球团矿配比一般低于20％。主要原因是国内可用于生产球团的高品位优质铁精矿原料供应不足，为获得铁品位高、杂质含量少的铁精矿，必须经过多段“磨-选”，才能满足生产球团矿的要求。但是磁铁矿莫氏硬度仅为5.5～6.5，低于石英、石榴石等常见脉石矿物，因此在磨矿过程中，磁铁矿易被磨细，造成获得铁精矿粒度过细，从而影响生球制备。氧化球团制备领域大量研究表明，表面积约2000cm2/g、-200目粒级＞80％是适宜造球的精矿粒度分布，粒度过粗或者过细都不利于生球制备及后续氧化焙烧。此外，磁铁矿表面亲水性差，铁精矿中细粒级比例过高将显著影响造球原料成球性。原料粒度过细，生球内部结构组成将变得致密，不利于干燥过程水分的外扩散，当球团内外部水分不均匀扩散时将产生毛细力，从而直接导致球团破碎、爆裂。尤其在目前主流的链篦机-回转窑生产工艺中，在链篦机抽风干燥段若发生大量球团爆裂，将影响球团预热-焙烧过程的透气性，进而影响磁铁矿氧化、固结等后续过程。当生球爆裂温度低于300℃时，严重影响球团生产顺行。
因此，开发改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法，对优化球团制备工艺，提高氧化球团品质意义重大。
发明内容
针对现有技术中，由于超细磁铁精矿的比表面积大、成球性差、球团爆裂温度低等生产现状，本发明的目的是在于提供一种改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法，该方法在不使用高比例粘结剂的前提下，通过优化工艺参数、改善磁铁矿表面亲水性、降低生球水分，与常规工艺相比，能将超细磁铁精矿制备出强度满足生产需求的生球，同时生球爆裂温度提高70～110℃，且该方法操作简单、生产成本低、环境友好，满足工业化生产要求。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种改善超细磁铁精矿球团爆裂温度的方法，该方法是将部分超细磁铁精矿与有机-无机复合粘结剂及改性球团粉尘进行一次混匀，得到一次混合料，将余下部分超细磁铁精矿与所述一次混合料进行二次混匀，得到二次混合料，二次混合料通过圆盘造球机造球；所述改性球团粉尘由球团粉尘与生石灰及亚铁盐经过湿磨处理得到。
作为一个优选的方案，所述超细磁铁精矿的粒度满足：-0.074mm粒级的质量比例占100％，且-0.025mm粒级的质量比例高于80％。本发明涉及的超细磁铁精矿原料粒度过细，表面亲水性较差，难以成球，且在制备球团料过程中由于生球内部结构组成会变得致密，不利于干燥过程水分的外扩散，当球团内外部水分不均匀扩散时将产生毛细力，容易直接导致球团破碎、爆裂。
作为一个优选的方案，所述生石灰质量为球团粉尘质量的2～5％；所述亚铁盐为球团粉尘质量的0.5～1％。本发明技术方案通过配加生石灰和亚铁盐作为活化剂，在湿式磨矿过程中，能够强化机械力活化球团粉尘表面活性，提高造球过程中矿物颗粒与粘结剂表面粘结作用，改善球团粉尘参与造球的性能。涉及的生石灰和亚铁盐比表面积大、亲水性好、表面活性高、且具有天然胶结能力。混合物料颗粒在成球过程中，颗粒间距减小，孔隙率降低，桥液在颗粒表面的接触角变小，可以使物料间分子黏结力和毛细力提高，成球速率加快。同时生石灰的加入可以提高生球的塑性，亚铁离子的加入可以显著提高磁铁矿表面离子解离，并与粘结剂分子成键粘结，颗粒间的物理黏结力和成键作用相互协同作用，生球强度显著增加。亚铁盐为硝酸亚铁等常见的亚铁盐。
作为一个优选的方案，球团粉尘与生石灰及亚铁盐湿磨至粒度满足：-0.074mm粒级的质量比例占50％。本发明技术方案通过控制粉尘磨矿粒度，可以改善生球内部细粒级磁铁矿颗粒之间致密的分布状态，+0.074mm颗粒在球团中改善了球团粒级匹配，有助于在干燥过程中水蒸气外扩散的通道形成，对于改善球团爆裂温度意义重大。
作为一个优选的方案，所述改性球团粉尘质量为超细磁铁精矿总质量的0.5～1.0％。所述球团粉尘来自球团生产现场返粉。球团粉尘相比超细磁铁精矿粒度更粗，经过高温焙烧之后，表明多呈现疏水性质，并不适用于造球生产，而通过配加生石灰和亚铁盐作为活化剂，在湿式磨矿过程中，机械力活化球团粉尘表面活性，提高造球过程中矿物颗粒与粘结剂表面粘结作用，使其能够参与造球，并且通过控制粉尘磨矿粒度，可以改善生球内部细粒级磁铁矿颗粒之间致密的分布状态，+0.074mm颗粒在球团中改善了球团粒级匹配，有助于在干燥过程中水蒸气外扩散的通道形成，改善球团爆裂温度，但是其添加比例不能过高，会影响球团性能。
作为一个优选的方案，所述一次混合料中超细磁铁精矿占超细磁铁精矿总质量的20～30％，含水率控制为6.0～7.5％。预先将少部分超细磁铁精矿与有机-无机复合粘结剂混匀，更有利于有机-无机复合粘结剂在整个超细磁铁精矿原料中分散，改善精矿成球性。
作为一个优选的方案，所述二次混合料中含水率控制为8.5～9.0％。
本发明技术方案通过两段混匀的水分控制，避免了因原料水分过高导致的混匀不充分、粘结剂分散性差等，可以一定程度上优化球团爆裂温度。
作为一个优选的方案，所述有机改性膨润土中有机改性剂为腐植酸和佩利多，所述有机改性膨润土中腐植酸质量百分比含量占5％～10％，佩利多质量百分比含量占10～15％。由于超级磁铁精矿的比表面积大、粒度细，一方面，如果采用单一的有机粘结剂不可避免地造成部分磁铁精矿颗粒紧密粘结，不利于粘结剂在物料中的分散和均匀分布，造成物料中粘结剂偏析，对造球过程不利，需要提高粘结剂用量，影响生球强度，另一方面，超级磁铁精矿原料粒度过细，造成生球内部结构组成变得致密，不利于干燥过程水分的外扩散，当球团内外部水分不均匀扩散时将产生毛细力，从而直接导致球团破碎、爆裂。本发明申请技术方案优选采用改性膨润土粘结剂，无机膨润土为层状硅酸盐，具备良好的持水性和空隙结构，造球过程中吸附大量水分，避免局部过湿等情况出现，从而有利于粘结剂分散，改善精矿成球性，同时，膨润土主要功能组分是蒙脱石，为天然层状硅酸盐矿物，吸水后体积显著膨胀，在干燥过程有良好的稳定性和持水性，可以一定程度上缓解球团爆裂。
本发明技术方案通过优化工艺参数、改善磁铁矿表面亲水性、降低生球水分、改善球团粒级匹配，在不使用高比例粘结剂的前提下，实现改善超细磁铁精矿造球性能的同时提高球团爆裂温度，制备出生球强度满足生产需求，同时爆裂温度提高70～110℃。影响生球爆裂温度的关键因素是原料粒度、水分、矿物表面性质等，而天然磁铁精矿表面疏水，不利于水分附着，在干燥过程中球团爆裂温度相对低，且超细磁铁精矿由于粒度过细，在制备球团料过程中由于生球内部结构组成会变得致密，不利于干燥过程水分的外扩散，当球团内外部水分不均匀扩散时将产生毛细力，容易直接导致球团破碎、爆裂。本发明技术方案的改进，一方面，通过引入有机-无机复合粘结剂，利用改性膨润土吸水后体积显著膨胀，在干燥过程有良好的稳定性和持水性，可以一定程度上缓解球团爆裂，同时改性膨润土在造球过程中吸附大量水分，避免局部过湿等情况出现，从而有利于粘结剂分散，改善精矿成球性；另一方面，引入了改性球团粉尘，通过特殊的活化处理后，使得球团粉尘表面性能好能够作为含铁原料参与造球，并且改性后的球团粉粒度适中，部分粗粒级可以改善物料粒度匹配，对球团干燥过程有利，有效缓解球团在低温下破碎、爆裂。
相对于现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1)本发明的技术方案最大优点是在不使用高比例粘结剂的前提下，通过优化工艺参数、对磁铁矿表面性质调控、水分控制、两段强化混匀等措施，与常规工艺相比，能将超细磁铁精矿制备出强度满足生产需求的生球，同时生球爆裂温度提高70～110℃。
2)本发明的技术方案提供的技术方案简单、成本低、操作可行，不增加新的设备，满足工业化生产要求。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
对比实施例1
采用传统工艺，以有机改性膨润土作为粘结剂，物料直接混匀。
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，添加1.5％的有机改性膨润土混匀，加入适量水分后，在圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分10.3％，生球落下强度3.2次·(0.5m·个)-1，抗压强度11.5N·个-1，生球爆裂温度300℃。
对比实施例2
球团粉尘直接润磨后添加。
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的20％配加1.5％的有机改性膨润土以及0.7％直接润磨后的球团粉尘(粒度50％小于0.074mm)进行一次配料、强力混匀；然后再将此部分物料与剩余配比铁精矿进行二次混匀，并调整至适宜水分；一次混匀水分控制在7％，二次混匀水分控制在9％，最后将混匀料在圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球落下强度3.6次·(0.5m·个)-1，抗压强度12.5N·个-1，生球爆裂温度295℃。
对比实施例3
只添加生石灰对球团粉尘改性。
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的20％配加1.5％的有机改性膨润土以及0.7％经预处理的球团粉尘进行一次配料、强力混匀；球团粉尘预处理方式为配加2％的生石灰后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比铁精矿进行二次混匀，并调整至适宜水分；一次混匀水分控制在7％，二次混匀水分控制在9％，最后将混匀料在圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球落下强度3.5次·(0.5m·个)-1，抗压强度11.2N·个-1，生球爆裂温度293℃。
对比实施例4
只添加硝酸亚铁对球团粉尘改性。
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的20％配加1.5％的有机改性膨润土以及0.7％经预处理的球团粉尘进行一次配料、强力混匀；球团粉尘预处理方式为配加1％的硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比铁精矿进行二次混匀，并调整至适宜水分；一次混匀水分控制在7％，二次混匀水分控制在9％，最后将混匀料在圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球落下强度3.7次·(0.5m·个)-1，抗压强度11.9N·个-1，生球爆裂温度288℃。
对比实施例5
所有原料采用一段混合。
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，再配添加1.5％的有机改性膨润土以及0.7％经预处理后的球团粉尘强力混合混匀；球团粉尘预处理方式为配加2％的生石灰、1％硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后将混合物料加入适量水分，在圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分9.8％，生球落下强度3.2次·(0.5m·个)-1，抗压强度10.3N·个-1，生球爆裂温度285℃。
实施例1
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量8％，佩利多质量百分比含量13％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的20％配加预处理之后的球团粉尘0.5％以及0.9％的改性膨润土进行一次配料、强力混合混匀；球团粉尘预处理方式为配加2％的生石灰、1％硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比的铁精矿进行二次混匀、并调整至适宜的造球水分；一次混匀水分控制在7.5％、二次混匀水分控制在9.0％。最后将混匀料投入圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分9.5％，生球落下强度3.6次·(0.5m·个)-1，抗压强度12.5N·个-1，生球爆裂温度370℃。
实施例2
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例85％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量5％，佩利多质量百分比含量15％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的30％配加预处理之后的球团粉尘1.0％以及1.0％的改性膨润土进行一次配料、强力混合混匀；球团粉尘预处理方式为配加5％的生石灰、0.5％硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比的铁精矿进行二次混匀、并调整至适宜的造球水分；一次混匀水分控制在6.0％、二次混匀水分控制在8.5％。最后将混匀料投入圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分9.8％，生球落下强度3.4次·(0.5m·个)-1，抗压强度12.8N·个-1，生球爆裂温度395℃。
实施例3
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例90％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量10％，佩利多质量百分比含量10％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的25％配加预处理之后的球团粉尘0.75％以及0.8％的改性膨润土进行一次配料、强力混合混匀；球团粉尘预处理方式为配加4％的生石灰、0.7％硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比的铁精矿进行二次混匀、并调整至适宜的造球水分；一次混匀水分控制在7.0％、二次混匀水分控制在8.7％。最后将混匀料投入圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分9.6％，生球落下强度3.6次·(0.5m·个)-1，抗压强度11.6N·个-1，生球爆裂温度398℃。
实施例4
以某高品位超细磁铁精矿为(粒度-0.074mm比例为100％、-0.025mm比例90％)原料，原料水分8.9％，控制有机改性膨润土中有机改性剂腐植酸质量百分比含量10％，佩利多质量百分比含量13％，将用于造球磁铁精矿原料质量分数的20％配加预处理之后的球团粉尘0.70％以及0.9％的改性膨润土进行一次配料、强力混合混匀；球团粉尘预处理方式为配加3％的生石灰、0.8％硝酸亚铁后进行湿磨至粒度50％小于0.074mm；然后再将此部分物料与剩余配比的铁精矿进行二次混匀、并调整至适宜的造球水分；一次混匀水分控制在6.5％、二次混匀水分控制在8.8％。最后将混匀料投入圆盘造球机内制备成直径8～12mm的生球，生球水分9.4％，生球落下强度3.7次·(0.5m·个)-1，抗压强度13.2N·个-1，生球爆裂温度386℃。
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