1 球团用钙基膨润土钠化改性试验与生产实践王新江1 王志强2谢爱虎3 （1 咸阳非金属矿研究设计院，咸阳712021；2 中国非金属矿工业公司，北京100036；3 湖北中非膨润土有限公司，鄂州436061 ）摘 要：以湖北鄂州某地钙基膨润土为原料，采用双螺旋挤压钠化改性工艺，以Na2CO3为改性剂制备钠基膨润土，确定了该地区膨润土钠化改性最优生产工艺条件 实践表明，钠化改性后的膨润土性能有较大的提高，可满足冶金球团用膨润土的要求关键词： 钙基膨润土钠化改性冶金球团Pelletizing Experiment and Production with Preparation of Na-bentonite from Ca-bentonite Wang Xin Jiang1Wang Zhi Qiang2 Xie Ai Hu3(1 Xianyang Research and Design Institute of Non-metallic Minerals ，Xianyang 712021；2 China National Non-metallic Minerals Industrial Corporation，Beijing 100036；3 Hubei Zhongfei Bentonite Co.，LTD，Ezhou 436061) Abstract: Using Ca-bentonite produced from Ezhou Hubei province as raw materials and adopting the double-helix extrusion modification mechanism ，To prepare Na-based bentonite modified with Na2CO3，the optimum conditions of local Na-activated bentonite prodution technology are comfirmed，which can greatly improve the Na-activated bentonite properties for spheric agglomeration application ．Key words: Ca-bentonite；Sodium modification；Agglomeration 一 前言随着钢铁工业的不断发展， 高炉迫切需要合理的炉料结构，而酸性球团矿配加高碱度烧结矿被认为是一种较理想的高炉炉料结构。
因此，近几年许多钢铁企业都纷纷利用自身的铁精矿生产球团矿在球团矿的生产过程中， 为了保证其强度要求，必须添加粘结剂，以提高生球的落下强度，抗压强度，爆裂温度以及焙烧球团的抗压强度， 同时在还原的过程中降低其膨胀系数，膨润土是2 一种粘结性较强的添加剂， 国内外已广泛采用膨润土作球团粘结剂但我国球团生产中膨润土的配入量太高，其平均配入量为3~4%左右，与国外低于1%的水平相比， 差距明显 因此，研究降低膨润土在铁矿球团中的配加量具有重要的现实意义膨润土是一种用途广泛的非金属矿产资源，自然界的膨润土主要分为钠基膨润土和钙基膨润土 钠基土的工艺性能明显地优于钙基土，吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换容量高；在水中分散好，胶质价高；其胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好， pH值高、热稳定性好等而我国的膨润土资源中钙基土占到90%以上，钠基土储量很少因此对钙基土进行钠化改性很有必要本文通过以湖北鄂州某地钙基膨润土为原料，用Na2CO3为改性剂钠化改性，并对改性后的钠基膨润土进行成球试验研究，成功应用到武钢集团程潮铁矿球团厂的生产实践中，取得了良好的效果二 钠化改性目前球团用钙基膨润土钠化改性方法主要是采用直接钠化法，它分为堆场法、悬浮法、挤压法。
本试验研究以指导生产实际需要并结合客户需求，采用挤压钠化工艺， 即在加入 Na2CO3改性剂的同时， 施加一定的压力 (主要为剪切应力)使钙基土中的蒙脱石颗粒分开，加速Na+交换 Ca+的过程同时，在施压过程中可使一部分机械能转化为热能，提高钠化温度， 在施压过程中， 晶层之间颗粒产生相对运动而产生分离，增加了钠离子与钙离子的接触面积，有利于钠化进行并且挤压可使蒙脱石晶体产生部分断键，利于吸附具有相反电荷的Na+及蒙脱石水化，改善其水化性能，提高产品的钠化性能工 业 试 验采 用 的钠 化改 性工 艺 流程为 ： 原 矿→初 选→ 锤 破机粗 碎（100目， 1.50%； 100~160目， 3.20%； 160~200目， 5.05%； 200~320目，75.20%；720 1.5 6.96 3.8 1.879 395.4 3850 580 由表 4 可知，程潮铁精矿球团在使用膨润土作粘结剂时，生球落下强度随着膨润土用量的增加而增大，程潮铁精矿属于含铁品位高的矿石，SiO2较低，亚铁含量比较高， 全铁品位高， 适合生产高品位球团矿； 程潮铁精矿的粒度较粗从理论上讲， -0.074mm 粒级物料一般要求达80%以上；钠化改性的膨润5 土产品造球性能优良，成品球的抗压都大于2500N/个，其获得的指标均能满足生产的需要。
有待在实际生产中进一步证实四 生产实践武钢集团目前氧化球团年产量为700万t，二期年产 500万t氧化球团已经在建设中，其规模为亚洲最大，主要包括武钢集团鄂州球团厂、程潮铁矿、大冶铁矿其中程潮铁矿年产 120万t氧化球团所用的铁精矿原料均为程潮自产铁精矿武钢集团矿业公司为了寻求与自身铁精矿搭配性更好的膨润土，以降低目前企业球团生产中膨润土的用量，确保球团生产工序的正常、工艺参数稳定，提高成品球 TFe品位， 同时也为了进一步证实我们钠化改性膨润土产品的性能，2009年1月13日~1月16日在程潮铁矿球团车间进行了球团用膨润土工业生产实验具体工艺和结果如下：1．铁精矿及膨润土理化指标：表 5 铁精矿质量指标日期TFe/% S/% H2O/% -0.074mm/% 1 月 13 日66.77 0.17 8.87 71.37 1 月 14 日66.83 0.18 8.78 69.48 1 月 15 日66.99 0.19 9.20 72.24 1 月 16 日67.75 0.18 8.63 71.73 平均67.09 0.18 8.87 71.21 表 6 膨润土质量指标日期吸蓝量 g/100g 胶质价 ml/15g 粒度 -0.074mm/% 水份 /% 2h 吸水率 /% 1 月 13 日33.62 >100 99.54 5.56 287.5 1 月 14 日32.03 >100 99.69 6.22 260 1 月 15 日34.91 >100 97.53 9.28 300 6 1 月 16 日34.70 >100 95.80 10.41 310 平均33.82 >100 98.14 7.87 289.38 表 7 膨润土配比日期铁精矿消耗量/t 膨润土消耗量 /t 配比 /% 1 月 13 日4101 110 2.61 1 月 14 日4180 110 2.56 1 月 15 日4147 105 2.47 1 月 16 日4200 105 2.55 平均4157 107.8 2.54 2．氧化球团工艺：武钢集团程潮铁矿氧化球团年产120万 t 生产线是 20 世纪 80年代末由中南大学设计，主要工艺流程为：原料（铁精粉+膨润土） →卧式强力混合机混料→ф6000 mm园盘造球机造球 →链篦机布料、预热（干燥温度<550℃、预热温度≈900 ～1000℃）→回转窑氧化焙烧（温度1200～1300℃）→环冷机冷却→产品3．工业实验数据：表 8 球团工业实验数据日期配比% 生球干球抗压强度N/个成 品 球落下次数/0.5m水份 % 8~16mm % TFe/% FeO% S% 抗压强度 N/个-5mm % 1 月 13 日2.61 12.8 8.65 62.58 435 64.22 1.69 0.07 2550 1.32 1 月 14 日2.56 10.1 8.57 66.35 411 65.19 1.41 0.06 3104 1.02 1 月 15 日2.47 9.5 8.78 70.44 400 64.88 1.88 0.07 2870 0.98 7 1 月 16 日2.55 10.0 8.99 69.15 415 65.50 1.56 0.07 2640 1.15 表 9 工业实验球团矿产量日期1 月 13 日1 月 14 日1 月 15 日1 月 16 日产量 /t3921 4042 3981 4084 五 结论1．本研究对湖北鄂州某地钙基膨润土采用的半湿法挤压钠化改性工艺，经过工业生产实践证明完全可用于武钢集团程潮铁矿氧化球团的生产，其膨润土的配比由原来的4.0%下降为 2.54%，铁精矿的成球性、生球产量和质量、干球的产量和质量、 成品球团的产量和质量都有大幅度的提高，球团产品已完全满足武钢集团炼铁厂5#、6#、7#高炉的需要。
现已投入使用，为企业带来了显著的经济效益和社会效益2．武钢集团程潮铁矿自产的铁精矿为磁铁矿，铁精矿原料指标与其它钢铁厂原料有些差别，具有一定的特性，由于本次生产实践受时间等诸多因素的限制，没有进行更深入的研究， 但我们从理论分析上判断， 采用此工艺改性后的膨润土添加量还可以降低参考文献 : 1．王鸿禧 . 膨润土 [M ]. 北京：地质出版社 , 1980 2．肖琪. 团矿理论与实践 [M] . 长沙：中南工业大学出版社,1991. 3．杨雅秀等．中国黏土矿物[M] ．北京：地质出版社， 1994．4．傅菊英，姜涛，朱德庆 . 烧结球团学 [M] . 长沙:中南工业大学出版社 ,1996. 名词解释：造球： 称取一定量的精矿粉，按要求配加膨润土将精矿粉和膨润土进行人工混匀，使水分达到 5-6 %，闷料 30 分钟将混合料在 Ф600×120 mm 圆盘造球机上造球，圆盘造球机倾角为 45° ，转速为 33 转/分钟，生球的粒度控制在10~15 mm生球落下强度： 通常采用一定数量直径相等的生球，自50cm高处进行落下检验测定各生球出现明显裂纹或破裂的落下次数，取其平均值及标准偏差，作为生球的落下强度及8 偏差范围。
当生球在生产过程中运转次数少于3 次时，落下强度至少为3 次，竖炉生产要求落下强度大于5 次它是衡量生球在运输过程中落下时抗冲击的能力取 10 个生球，逐个自 0.5 米高处自由落在 10mm 厚的钢板上，记下每个生球破裂时的落下次数，10 个球落下次数的算术平均值为生球落下强度指标生球抗压强度 ：通常采用 10～20 个直径相等 (一般为 11.8～13.2mm)的生球，在压下速度不大于 10mm／min 的压力机上进行检验 测定各生球压裂时的压力值， 取其平均值及标准偏差作为生球抗压强度及偏差范围使用带式焙烧机及链箅机回转窑生产球团时，要求单个生球抗压强度在10N 以上，竖炉则要求在20N 以上它是衡量生球承受运输过程及料层内的各种压力负荷的能力 （取 10 个生球，逐个放在压力机上，匀速压下，记下生球破裂时的压力值， 10 个生球破裂时的压力值的算术平均值，为生球抗压强度指标干球抗压强度： 将含水大约 8%的合格生球进行干燥，此时生球表面的水份开始蒸发为了保证含大量水份的生球在干燥初期不发生爆裂，热气流温度严格控制在200℃以下，待物料内的物理水几乎全部脱除之后进入预热段，气流温度900～1000℃，此时在干燥段尚未脱除的部分结晶水被脱除，同时发生磁铁矿的氧化，碳酸盐的分解，硫化物的分解、氧化等化学反应，并使预热球具有了一定强度后，进入回转窑焙烧。
此时，测定各球压裂时的压力值，取其平均值及标准偏差作为干球抗压强度熟球抗压强度： 球团在回转窑中经过高温焙烧，由磁铁矿氧化成的Fe2O3微晶再结晶，同时完成晶粒长大。