顧武安，袁熙志

(四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川成都610065)

由于鉻尖晶石熔點(diǎn)很高，燒結(jié)過程難形成低熔點(diǎn)液相，不利于鉻鐵礦燒結(jié)。為此，采用鈣化提釩尾渣作鉻礦燒結(jié)熔劑，將鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中，降低燒結(jié)礦成塊液相溫度，并取得較理想的實(shí)驗(yàn)效果［1～4］。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著鉻鐵礦燒結(jié)溫度提高，尾渣加入量增加，燒結(jié)礦強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，鈣化提釩尾渣在鉻粉礦燒結(jié)中，降低熔點(diǎn)液相，強(qiáng)化液相粘結(jié)的作用顯著；其次，添加鈣化提釩尾渣后，鉻粉礦在較低溫度下就能燒結(jié)成塊，可降低其燒結(jié)溫度。由此可見，鈣化提釩尾渣作為鉻礦燒結(jié)添加劑，添加到鉻粉礦中，既能充分利用尾渣中的低熔點(diǎn)化合物，減少鈣化提釩尾渣資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染，又能改善鉻礦燒結(jié)性能，可謂是一舉數(shù)得的節(jié)能環(huán)保資源有效利用的舉措。

1 實(shí)驗(yàn)條件和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

哈薩克斯坦鉻礦(簡稱哈礦)、提釩尾渣、焦粉原料主要化學(xué)成分如表1所示。由表1可見，哈礦中含有較高比例的Cr2O3；焦粉主要預(yù)還原礦中的氧化物，為燒結(jié)提供少部分熱源。提釩尾渣主要作為鉻礦燒結(jié)添加劑，降低鉻礦燒結(jié)溫度。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

鉻礦燒結(jié)實(shí)驗(yàn)在型號KSY15D-18高溫馬弗爐中進(jìn)行。鉻礦燒結(jié)前測定原料水分，風(fēng)干原料電熱鼓風(fēng)干燥箱型號為TST101A-0B。稱量原料質(zhì)量電子分析天平型號為CP114，精度達(dá)到Ⅰ級。測定鉻鐵燒結(jié)礦抗壓強(qiáng)度壓力測試儀如圖1所示。實(shí)驗(yàn)測試強(qiáng)度裝置主體部分由壓力測試儀，螺旋千斤頂和BK-2Y型壓力傳 感器組成，其精度±0.2，單位N。

圖1 鉻鐵燒結(jié)礦抗壓強(qiáng)度壓力測試儀

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

方法一，在相同燒結(jié)溫度條件下，稱取鉻礦粉100 g和焦粉12 g，分別配加0 g、2 g、4 g、6 g、8 g的鈣化提釩尾渣添加劑，研究其加入量對鉻鐵燒結(jié)礦體積變化率，質(zhì)量變化指數(shù)，燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響［2～5］。

方法二，在相同添加劑加入量條件下，分別研究1200℃、1250℃、1300℃和1350℃燒結(jié)溫度對鉻鐵燒結(jié)礦體積變化率，質(zhì)量變化指數(shù)，燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響［2～5］。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鉻礦燒結(jié)礦產(chǎn)物形貌

按照一定參數(shù)配料，試樣混合均勻置于瓷舟皿中，然后放入高溫馬弗爐中，按照設(shè)定程序升溫進(jìn)行鉻礦燒結(jié)。每一個燒結(jié)溫度均恒溫維持30 min，待鉻礦完全燒結(jié)后，自然冷卻至室溫，然后取出實(shí)驗(yàn)試樣，以備性能分析檢測。實(shí)驗(yàn)的鉻鐵燒結(jié)礦破碎后的形貌如圖2所示。由圖2可見，鈣化提釩尾渣配比和溫度對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響較大。當(dāng)鈣化提釩尾渣配比為0%時，在1200～1350℃燒結(jié)溫度下很難生成固熔相，導(dǎo)致燒結(jié)塊礦很松散，鉻粉礦很難粘結(jié)成塊。隨著鈣化提釩尾渣配比的增加，燒結(jié)礦的固結(jié)效果越加顯著。而且燒結(jié)溫度越高，燒結(jié)礦的固結(jié)效果也越好，表面分布也越均勻，根據(jù)對實(shí)驗(yàn)試樣目測判斷，能達(dá)到電爐冶煉鉻鐵合金的技術(shù)要求。由此可知，鈣化提釩尾渣添加到鉻鐵粉礦中，起到了粘結(jié)劑的作用，能將鉻粉礦顆粒緊密粘結(jié)在一起。究其原因是鈣化提釩尾渣中含有的低熔點(diǎn)化合物，在1200～1350℃燒結(jié)溫度下熔化形成固溶體，從而起到粘結(jié)劑的作用。

圖2 鉻礦燒結(jié)產(chǎn)物形貌

2.2 燒結(jié)溫度對鉻礦燒結(jié)體積變化率的影響

將鉻粉礦、鈣化提釩尾渣和焦炭按比例混合，混勻倒入瓷盅皿中，并在馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)。實(shí)驗(yàn)在不同鈣化提釩尾渣添加劑配比、不同燒結(jié)溫度下進(jìn)行，鉻鐵礦燒結(jié)前后體積變化率如表2所示。由表2可知，溫度對鉻鐵礦燒結(jié)前后體積變化率影響為0%～12.09%，其影響不明顯，且波動大。

表2 鉻礦燒結(jié)前后體積變化率(%)

2.3 添加劑加入量對鉻礦燒結(jié)體積變化率的影響

由表3可見，在燒結(jié)前后，燒結(jié)礦前后質(zhì)量變化指數(shù)很小，因此可以得出燒結(jié)礦在燒結(jié)前后的體積變化很小。燒結(jié)礦呈多孔隙狀，這正好可以解釋燒結(jié)礦體積變化很小這個現(xiàn)象。燒結(jié)礦的孔隙率較大，透氣性較好，因此具有良好的冶金性能。

表3 鉻礦燒結(jié)前后質(zhì)量變化指數(shù)(%)

2.4 燒結(jié)溫度對鉻礦燒結(jié)前后質(zhì)量變化指數(shù)的影響

分別稱量不同配比、不同燒結(jié)溫度下的燒結(jié)礦在燒結(jié)前后的質(zhì)量，得出燒結(jié)礦質(zhì)量的變化如表3所示。由表3可知，在不同溫度和不同配比條件下，燒結(jié)前后燒結(jié)礦質(zhì)量的變化都較為恒定。分析原因，主要是在高溫環(huán)境下，配加的焦炭完全反應(yīng)，這是導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量變化的主要因素。由圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)過程中燒結(jié)礦產(chǎn)物中殘余C含量較少，這也證明了所配加的焦炭已反應(yīng)完全。另外，由于配加的鈣化提釩尾渣中含有部分CaSO4，在高溫條件下，CaSO4分解，這也是導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量變化的一個因素。

2.5 添加劑加入量對燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

由圖4可以看出，在同一溫度下，燒結(jié)礦的強(qiáng)度隨著鈣化提釩尾渣配比的增加而增大；在相同的鈣化提釩尾渣配比條件下，隨著溫度的升高，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也增加。當(dāng)溫度升高時，有更多的固熔相生成，增加了燒結(jié)礦顆粒之間的粘結(jié)。而在同一溫度下，隨著鈣化提釩尾渣配比的增加，燒結(jié)礦抗壓強(qiáng)度也增大，因?yàn)殁}化提釩尾渣的添加使得燒結(jié)礦的固熔相增多，增強(qiáng)了燒結(jié)礦顆粒之間的粘結(jié)。

圖3 添加劑加入量對燒結(jié)礦密度的影響

3 結(jié)論

(1)將鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中，燒結(jié)礦成塊效果明顯。鈣化提釩尾渣在鉻粉礦燒結(jié)中起到了粘結(jié)劑的作用，能有效降低鉻粉礦的燒結(jié)溫度。

圖4 添加劑加入量對燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

(2)隨著燒結(jié)溫度的升高，以及鈣化提釩尾渣添加比例的增加，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)，鉻鐵燒結(jié)礦具有良好的冶金性能。

(3)鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中進(jìn)行燒結(jié)，既減少尾渣堆積造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，又提高鉻鐵燒結(jié)礦的冶金性能，具有廣闊推廣應(yīng)用前景。