藍(lán)慶滔，李要武，曾文波

（銅陵有色銅冠冶化分公司球團(tuán)車間，安徽 銅陵 244000）

適用技術(shù)

冶金球團(tuán)用膨潤土的加工及質(zhì)量要求

藍(lán)慶滔，李要武，曾文波

（銅陵有色銅冠冶化分公司球團(tuán)車間，安徽 銅陵 244000）

通過考察數(shù)家膨潤土生產(chǎn)廠家，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，論述冶金球團(tuán)用膨潤土的加工過程及質(zhì)量要求。

球團(tuán)；膨潤土；工藝流程；指標(biāo)檢測；質(zhì)量

黑色冶金中的球團(tuán)生產(chǎn)是將細(xì)磨鐵精礦制成能滿足高爐煉鐵需要的塊狀物料的一個(gè)加工過程。其過程是：將鐵精礦按一定的比例配加粘結(jié)劑并混勻后，在造球機(jī)上經(jīng)滾動(dòng)而制成一定尺寸的生球，然后經(jīng)過干燥和焙燒使球團(tuán)硬化固結(jié)。在這一過程中，粘結(jié)劑的類型及其質(zhì)量指標(biāo)對(duì)生球、干球及成品球團(tuán)的特性都有十分重要的影響。在球團(tuán)工藝的發(fā)展過程中，曾有多種有機(jī)物或無機(jī)物（如佩利多、消石灰等）被試用作為粘結(jié)劑，但目前在國內(nèi)球團(tuán)生產(chǎn)中，普遍使用的粘結(jié)劑仍是膨潤土。

膨潤土又叫斑脫巖或膨土巖，是1888年美國地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，原是因該種巖土吸水性強(qiáng)，且吸水后體積膨脹顯著并呈凝膠狀態(tài)而得名。在中國，膨潤土礦產(chǎn)資源非常豐富，居世界首位，主要應(yīng)用于鑄造工業(yè)、鉆井泥漿材料、鐵礦球團(tuán)生產(chǎn)、油脂脫色和凈化等等。

在球團(tuán)行業(yè)，如2008年，國內(nèi)球團(tuán)生產(chǎn)總量為 1.2億 t，膨潤土配比平均高達(dá) 2.5%，全國一年用于鐵礦球團(tuán)生產(chǎn)的膨潤土就達(dá)到300萬t左右。本文通過考察數(shù)家膨潤土生產(chǎn)廠家，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，論述冶金球團(tuán)用膨潤土的加工過程及質(zhì)量要求。

1 冶金球團(tuán)用膨潤土的加工

膨潤土的主要礦物成分是蒙脫石，常帶負(fù)電荷，能夠吸附陽離子，自然界中被它吸附的離子有 Ca2＋、Mg2＋、Na＋和 K＋等。 通常我們把吸 Ca2＋離子為主的膨潤土稱做鈣基膨潤土，吸附Na＋為主的膨潤土稱做鈉基膨潤土。在科研及實(shí)際生產(chǎn)中都發(fā)現(xiàn)，一般在蒙脫石含量相近的情況下，鈉基膨潤土比鈣基膨潤土對(duì)球團(tuán)的作用大。因此，根據(jù)膨潤土中蒙脫石含量及吸附離子類型的不同，需要的加工方法及流程也不同，常用的有干法加工流程、人工鈉化改型流程兩種。

（1）干法加工流程

對(duì)于蒙脫石含量高、質(zhì)量較好的鈉基膨潤土，一般采用干法加工流程，主要使加工后膨潤土的粒度及水分達(dá)到球團(tuán)生產(chǎn)要求即可。

干法加工流程較簡單，在原土進(jìn)廠后堆存一定的時(shí)間使之自然干燥，然后用破碎機(jī)破碎后再用圓筒干燥機(jī)干燥，干燥后水分為6%～8%，然后使用雷蒙磨磨粉，磨到合格粒度后即可得到成品。工藝流程見圖1。

圖1 干法加工流程

（2）人工鈉化改型流程

在自然界中，大部分鈉蒙脫石在地層中碳酸鈣型水的作用下，會(huì)自然改型為鈣蒙脫石。所以一般膨潤土礦體以鈣基膨潤土居多。對(duì)于這種鈣基膨潤土，需要進(jìn)行深加工即人工鈉化后，才能達(dá)到或接近鈉基膨潤土的性能要求。

人工鈉化改型是將外加的Na＋擠壓進(jìn)入蒙脫石晶層之間，使之與Ca2＋離子進(jìn)行陽離子交換。常用的鈉化劑有碳酸鈉和氫氧化鈉等。而鈣基膨潤土在自然條件下或水介質(zhì)中，都是以聚結(jié)狀態(tài)存在的，為了加速離子交換，一般在鈉化時(shí)需要施加外力，使晶層分開。其工藝流程如圖2。

在實(shí)際生產(chǎn)中，不管是干法加工還是人工鈉化改型，在使用烘干設(shè)備對(duì)膨潤土進(jìn)行干燥時(shí)，都要控制好干燥溫度。1982年，浙江省冶金研究所曾對(duì)安徽某地的膨潤土性能進(jìn)行測定。結(jié)果表明，膨潤土在500～600℃焙燒溫度下，仍能保持一定數(shù)量的蒙脫石。但經(jīng)過600～700℃焙燒后，其蒙脫石結(jié)構(gòu)會(huì)因完全受破壞而失去粘結(jié)特性，所以膨潤土加工時(shí)，烘干溫度要控制在600℃以下。

圖2 人工鈉化改型流程

2 冶金球團(tuán)用膨潤土的質(zhì)量要求

2.1 球團(tuán)用膨潤土的主要指標(biāo)及檢測

在球團(tuán)生產(chǎn)中，膨潤土的蒙脫石含量、吸水率、膨脹指數(shù)、水分及粒度都對(duì)球團(tuán)質(zhì)量有顯著影響。

（1）水分檢測

膨潤土水分的檢測方法為：將稱量瓶在（105±3）℃下烘干至恒重并稱量，加入約10g膨潤土試樣，將稱量瓶和試樣再次稱量后在（105±3）℃烘箱中烘干2 h，取出在干燥器中冷卻30 min，稱量。然后按以下公式計(jì)算水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

式中：W——水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

M1——烘干前稱量瓶和膨潤土試樣質(zhì)量，g；

M2——烘干后稱量瓶和膨潤土的質(zhì)量，g；

M3——稱量瓶的質(zhì)量，g。

（2）蒙脫石含量的判斷及吸藍(lán)量檢測

膨潤土中蒙脫石的含量直接影響到生球的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。膨潤土分散于水溶液中后，會(huì)具有吸附次甲基藍(lán)的能力，其吸附次甲基藍(lán)的量被稱為吸藍(lán)量。而膨潤土中的蒙脫石含量愈高，吸藍(lán)量就愈大。因此，我們通常采用吸藍(lán)量來粗略估算膨潤土中蒙脫石的相對(duì)含量。所以吸藍(lán)量是膨潤土最重要的質(zhì)量指標(biāo)。

吸藍(lán)量以100g樣吸附的次甲基藍(lán)的g數(shù)表示。檢測方法為：

膨潤土在（105±3）℃的烘箱中烘干 2 h后，稱取 （0.2±0.001）g作為試樣，置于預(yù)先盛有50 mL水的250 mL錐形燒瓶中，使其潤濕后，在磁力攪拌器上分散5min，加入1%焦磷酸鈉溶液20mL，繼續(xù)攪拌2～3 min。然后在電爐上加熱至微沸2 min，取下冷卻至（25±5）℃。在攪拌下用滴定管滴加亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液。第一次可預(yù)滴加約總量2/3的亞甲基藍(lán)溶液，攪拌2 min使其充分反應(yīng)，以后每次滴加1～2 mL，攪拌30 s后用玻璃棒沾取1滴試液在中速定量濾紙上，觀察藍(lán)色斑點(diǎn)周圍是否出現(xiàn)淡藍(lán)色暈環(huán)，若未出現(xiàn)，則繼續(xù)滴加亞甲基藍(lán)溶液。當(dāng)開始出現(xiàn)藍(lán)色暈環(huán)后，繼續(xù)攪拌2 min，再用玻璃棒沾取1滴試液在中速定量濾紙上，觀察是否還出現(xiàn)淡藍(lán)色暈環(huán)，若淡藍(lán)色暈環(huán)不再出現(xiàn)，繼續(xù)仔細(xì)滴加亞甲基藍(lán)溶液。如攪拌2 min后仍出現(xiàn)淡藍(lán)色暈環(huán)，表明已到終點(diǎn)，記錄下滴定體積（V）。

吸藍(lán)量的計(jì)算公式：

B＝31.99 VC／m

式中：B——吸藍(lán)量，g·（100 g）-1；

V——亞甲基藍(lán)的滴定體積，mL；

C——亞甲基藍(lán)溶液濃度，mol·L-1；

M——膨潤土試樣質(zhì)量，g。

檢測出吸藍(lán)量后，可以根據(jù)下式計(jì)算蒙脫石的相對(duì)含量：

（3）粒度檢測

一般在生產(chǎn)中測定的是膨潤土-75 μm粒級(jí)的含量，測定方法如下：

取已在 （105±3）℃的溫度下烘干2 h后的試樣約10 g，精確至0.001 g。移入裝有底盤的試驗(yàn)篩（Ф200×50-0.075／0.05）中，用羊毛刷輕刷試料，使粉末通過篩孔收集在底盤，直至達(dá)到篩分終點(diǎn)。篩分終點(diǎn)的判定是在篩子下墊一張黑紙，輕刷試料，刷篩至沒有在黑紙上留下痕跡，即為篩分終點(diǎn)。將篩余物移到已知質(zhì)量的表面皿中稱量，精確至0.001 g。

-75 μm粒級(jí)的含量計(jì)算公式：

式中：S——-75 μm粒級(jí)含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；M1——試料質(zhì)量，g；

M2——篩余物質(zhì)量，g。

（4）吸水率檢測

膨潤土的吸水率對(duì)球團(tuán)生球及熟球的各項(xiàng)性能都有影響，一般在生產(chǎn)中要測定膨潤土在兩小時(shí)內(nèi)的吸水增重而計(jì)算吸水率。具體操作步驟如下：

把大小為250 mm×250 mm×60 mm，孔徑為150～170 μm的多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸餾水浸沒，使多孔陶瓷板浸透［測定時(shí)要始終保持使多孔陶瓷板上表面高出水面（6±1）mm］，并使玻璃容器和水溫度穩(wěn)定在（20±2）℃。將濾紙2張放在蒸餾水中浸漬30 s，使其吸水飽和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60 min后，分別稱量該濾紙。

稱取 2 份（2±0.01）g已在（105±3）℃溫度下烘干恒重的膨潤土，分別均勻地撒在2張濕濾紙上，膨潤土的散布直徑約9 cm。然后將濾紙和膨潤土對(duì)稱放置在多孔陶瓷板上（注意不要重疊），蓋上玻璃容器蓋。靜置2 h后，用鑷子和鏟刀仔細(xì)取出濕濾紙和濕膨潤土，在天平上稱量。

膨潤土的2 h吸水率按下式計(jì)算：

式中：Wa——吸水率，%；

W——濕濾紙和濕膨潤土質(zhì)量，g；

W0——濕濾紙質(zhì)量，g；

m——干膨潤土試樣質(zhì)量，g。

（5）膨脹指數(shù)檢測

準(zhǔn)確稱取（2±0.01）g 已在（105±3）℃烘干 2 h后的膨潤土樣品，將該樣品分多次加入已有90mL蒸餾的100 mL刻度量筒內(nèi)。每次加入量不超過0.1 g，用30 s左右時(shí)間緩慢加入，待前次加入的膨潤土沉量筒底部后再次添加，相鄰兩次加入的時(shí)間間隔不少于10 min，直至試樣完全加入到量筒中。全部添加完畢后，用蒸餾水仔細(xì)沖洗粘附在量筒內(nèi)側(cè)的粉粒使其落入水中，最后將量筒內(nèi)的水位增到100 mL的標(biāo)線處，用玻璃塞蓋緊。靜置24 h后，記錄沉淀物界面的量筒刻度值（精確至 0.5 mL）即為膨脹指數(shù)。 單位為 mL·（2 g）-1。

2.2 球團(tuán)用膨潤土的質(zhì)量要求

根據(jù)本車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，最佳冶金球團(tuán)用膨潤土的質(zhì)量需達(dá)到表1要求。

表1 冶金球團(tuán)用膨潤土的質(zhì)量要求

3 結(jié)語

在我國，冶金球團(tuán)用膨潤土具有礦產(chǎn)資源非富、加工流程簡單等特點(diǎn)。因其質(zhì)量指標(biāo)對(duì)球團(tuán)生球、干球及成品的特性都有十分重要的影響，目前在國內(nèi)，各球團(tuán)生產(chǎn)廠家對(duì)膨潤土的質(zhì)量都有嚴(yán)格的要求。所以膨潤土加工企業(yè)必須根據(jù)球團(tuán)廠的具體需要，在加工時(shí)控制好膨潤土的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。

［1］ 傅菊英，朱德慶.鐵礦氧化球團(tuán)基本原理、工藝及設(shè)備［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2005.

［2］ GB／T20973-2007，膨潤土［S］.

Processing Technology and Quality Requirement of Bentonite for Pellets Metallurgy

LAN Qing-tao，LI Yao-wu，ZENG Wen-bo
（Tongguan Branch Company of Metallurgy and Chemistry， Tongling Non-ferrous Metals Corporation， Tongling 244000， China）

TQ 174.4

B

1671-9905（2011）03-0054-03

藍(lán)慶滔，安徽銅陵有色循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園銅冠治化分公司球團(tuán)車間，244000；電話：0562-5868368，13856209552，E-mail：lqt＠tlys.cn

2010-11-07