人工磁铁精矿成球性能及氧化动力学研究

氧化铁矿（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿）磁化焙烧—磁选产生的人工磁铁矿与天然磁铁矿相比，在密度、磁性、表面性质、晶体结构和化学反应活性等理化性质上有很大差别，其表面粗糙度大，比表面积大，亲水性强，天然磁铁矿的zeta电位绝对值大于人工磁铁矿，电负性较大。人工磁铁精矿易成球，生球强度大，但生球热稳定性差，生球干燥时，温度和流速存在显著交互影响，提高介质温度和介质流速均能加快干燥进程，过高会导致球团爆裂；人工磁铁矿生球前期干燥速率较慢，干燥速度随时间变化分为先恒速后降速两个干燥阶段，而天然磁铁矿生球则只有降速干燥阶段。 人工磁铁矿和人工磁铁矿球团均容易被氧化，在800℃以下时，活化能为8.40kJ/mol, 远低于天然磁铁矿球团的氧化反应活化能50 kJ/mol，表现为扩散控制；由于人工磁铁矿晶格缺陷多，结晶不完整，矿物不均匀性增强，球团在800℃以上氧化时，表观活化能高达67.79 kJ/mol，表现为化学反应控制。温度和时间对人工磁铁矿球团氧化有较大影响，介质气体中O2分压，介质流速、球团直径和球团的孔隙率等因素也有一定影响。天然磁铁精矿结晶完好，焙烧时Fe3O4氧化成Fe2O3释放出大量热量；人工磁铁矿易于与SiO2等脉石矿物生成低熔点化合物，会增加球团中的液相化合物，天然磁铁矿球团焙烧温度比人工磁铁矿球团低。焙烧温度相同，两种球团矿的抗压强度都随着焙烧时间的延长而增大，但是增加的幅度都不大，说明焙烧时间对两种磁铁矿球团的抗压强度的影响没有焙烧温度的影响大。 天然磁铁矿球团孔隙率约为10%，多为封闭性孔隙，不规则状孔道、孔隙多沿赤铁矿、磁铁矿及硅酸盐矿物颗粒间隙分布；人工磁铁矿球团内部的液相凝固不完整，孔隙率约为20%，形态不规则，分布不均匀；混合磁铁矿球团的孔隙比较发达，孔隙率约为16%，球团矿孔道、孔隙分布不均匀，较外带含量多，长径较大，封闭性差。人工磁铁精矿配加天然磁铁精矿的混合精矿，成球性得到改善，生球质量和成品球质量均较好，可以作为一种优质造球原料应用于钢铁工业。

人工磁铁精矿粒度细，比表面积大，表面亲水性强，严重影响其成球性和球团干燥脱水、氧化固结等焙烧性能；通过分析人工磁铁矿与天然磁铁矿润湿性、孔隙率、比表面积等理化性能差异，研究人工磁铁精矿成球行为特征；研究人工磁铁精矿生球干燥脱水各阶段行为，揭示其干燥过程速度变化规律；探索人工磁铁精矿球团氧化速度变化规律，测定氧化度X（t）达到饱和值的起始温度和时间特征值，计算球团氧化动力学系数，建立人工磁铁矿球团氧化动力学模型，并检验动力学模型的可信度；通过研究人工磁铁矿球团焙烧固结固结温度、气氛、气流速度对球团固结速率的影响，揭示人工磁铁矿球团焙烧固结过程中收缩率变化规律；通过分析人工磁铁矿球团固结结晶机理，明确Fe2O3结晶和和再结晶固结热力学条件和主要新生低熔点化合物类型，形成人工磁铁精矿球团粘结的有效控制机制。

铁精矿本身的性质(如粒度及粒度组成、颗粒形貌、孔隙度、亲水性)和粘结剂是影响铁精矿成球性能的两大因素。针对10 种铁精矿，为改善铁精矿成球性能，试验从优化原料结构、原料预处理、改善粒度组成和合理选择膨润土种类及用量四个方面展开了研究。

铁精矿优化原料结构

单一铁精矿亲水性能较差(如③矿，其最大分子水仅为1 .29 %)、粒度组成不一或粒度过粗(如⑥矿、⑦矿)、颗粒形貌单一(如①矿)，都将对铁精矿的成球性能产生不利影响。优化原料结构实质上就是以不同矿种的相互搭配，以达到改善铁精矿上述性质的作用。为此，在考虑原料结构的组成上，除保留方案1 中的①矿以作对比外，试验剔除了成球性能较差的几种铁精矿(如①矿、⑥矿、⑦矿、⑧矿等)，并以1 号膨润土为粘结剂，研究了4 种原料结构对生球质量的影响。

通过优化原料结构，膨润土用量可由1 方案所需的2 .5 %大幅下降到1 .0 %，爆裂温度提高约200 ℃。这表明，通过不同矿种之间的优化配置和合理搭配，能大幅度降低膨润土用量，稳定生球质量，改善铁精矿的成球性能。

铁精矿原料预处理

铁精矿颗粒的形状，决定了颗粒表面积和在生球内原料颗粒间接触面积的大小及相互嵌入的紧密程度，对铁精料的成球性能的影响很大。通过强化预处理工艺来改善铁精矿颗粒形貌对铁精料的成球性能影响非常明显。试验研究了高压辊磨和润磨这两种预处理方式对铁精矿成球性能的影响。经高压辊磨和润磨后的铁精矿成球性能获得明显改善，这主要得益于预处理(如采用高压辊磨)可一定程度地改变颗粒的表面形态，增加物料颗粒间的接触面及粒子表面结合力，使隔离分散的颗粒更加紧密的粘结，提高充填密度，最终达到提高原料成球性的良好效果。

铁精矿改善粒度组成

铁精矿粒度和粒度组成是影响铁精矿成球性能的重要因素之一。适宜的粒度组成可以提高原料中的毛细作用力，使生球的强度变好，直接影响原料的成球性。一般情况下可以利用磨矿操作来改善和调整铁精矿的粒度组成，形成良好的颗粒搭配，提高原料的成球性能。由于适宜铁精矿<0 .074 mm粒级含量一般要求为80 %～ 85 %左右，而⑩矿的粒度过粗，粒级中<0 .074 mm 含量仅为46 .4 %，试验以⑩矿为例，研究了配加磨矿后不同<0 .074 mm粒级含量的该矿对配矿方案4 生球质量的影响。:随着配入的铁精⑩矿中的<0 .074 mm 粒级含量提高，生球质量明显改善。当⑩矿中<0 .074 mm 粒级含量由46 .4 %提高到81 .9 %后，该矿的<0 .045 mm 粒级含量相应地由30 .9 %提高到44 .3 %，生球落下强度从3 .4 次/0 .5 m 提高到5 .8 次/0 .5 m ，抗压强度也有所提高。这充分说明，为获得合适的铁精矿粒度，调整粒度组成，适当增加细粒级含量有助于改善铁精矿的成球性能。

铁精矿种类和用量

由于膨润土对不同铁精矿的适应性差异较大，同时由于膨润土经过焙烧之后残余部分主要成分是SiO2 、Al2O3 ，将降低球团矿的有效成分的含量(铁品位)，这就要求球团生产中合理选择膨润土种类并尽量降低其用量。为充分和准确地研究膨润土与铁精矿之间的关系，试验研究了膨润土的种类和用量对方案2 生球质量的影响，以反映膨润土的选择对铁精矿成球性能的影响情况。

对于同一配矿方案，随着膨润土用量的上升，粘结作用增强，生球落下强度提高，生球爆裂温度逐渐下降。从生球落下强度考虑，1号、2 号和3 号三种膨润土的适宜用量分别为1.5 %、1 .0 %和1 .0 %。就抗压强度而言，3 种膨润土差异不大。但从生球爆裂温度方面来看，由于配加3 号膨润土的生球爆裂温度较低，这显然是不适宜的。导致使用3 号膨润土生球爆裂温度较低的原因主要在于其吸水率大，吸水能力强，虽造球后生球因塑性增强，生球落下强度提高，但对生球的爆裂温度会产生不利影响。因此，合理选择膨润土的种类和用量，就显得尤为重要。研究表明，在尽可能降低膨润土用量和保证球团性能的前提下，通过对生球性能指标的综合考虑，选择在铁精矿中配加用量为1.0 %的2 号膨润土能最有效地改善铁精矿的成球性能。

为了更好地了解10 种精矿的成球性能，试验以1号膨润土为粘结剂，研究各单一铁精矿对膨润土用量、造球水分、造球时间的要求。各铁精矿的成球性能差异明显。①矿、⑥矿、⑦矿和⑧矿4 种铁精矿要达到较好的造球效果，需将膨润土用量提高到2 .0 %以上。这主要是因为:①矿虽粒度较细，但由于颗粒形貌比较均一，微细粒级含量较少，成球性能差(成球性指数K 值为0 .08);⑥矿、⑦矿和⑧矿的粒度较粗，也导致三者的成球性能较差。③矿和④矿成球性能相对较好，但膨润土用量仍然偏高(分别为1.90 %和1 .75 %)。其中，③矿粒度细微，粒级中<0.074 mm 含量达92 .1 %，在粒度组成上满足生产要求(适宜铁精矿<0 .074 mm 粒级含量一般为80%～85%左右)，但由于其属浮选尾矿，表面上残留的浮选药剂导致其亲水性能差(试验测得其最大分子水仅为1 .29 %，静态成球性指数K 值为0 .09)，成球性相应也较差。④矿由于粒度偏粗，其成球性能同样不好。

总体而言，10 种铁精矿中只有②矿、⑤矿、⑨矿和⑩矿(⑩矿大颗粒较多，但其颗粒形貌及粒度组成相对较好 。

铜精矿氧化熔烧(oxidizing roasting of cop-per concentrate)是指在空气流中和低于铜精矿熔化温度下使铜精矿氧化脱硫的铜精矿熔烧方法。它适用于铜精矿熔炼中的造锍熔炼、离析炼铜法和还原熔炼(无铜锍炼铜法)。铜精矿氧化熔烧在铜精矿熔炼中曾起过重要作用，但随若闪速炼铜和属于熔池熔炼的白银炼钢法等新的铜熔炼方法的出现，铜精矿氧化熔烧在这些新的炼铜方法中已不是一项单独的炼前准备作业，而是和造锍熔炼一起在同一设备中完成。这不仅简化了生产流程，而且提高了过程的自热程度和烟气的SO₂浓度。铜精矿氧化熔烧作业现时在铜精矿熔炼中已不多用，只在少数采用反射护炼铜或电炉体铜的工厂中还予以保留 。2100433B