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2024
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腐植酸粘結(jié)劑對含釩鈦磁鐵礦精礦制備氧化球團(tuán)的影響（2）
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來源：公司內(nèi)部
3. 結(jié)果與討論
3.1. HA粘結(jié)劑對成球特性的影響
比較了膨潤土、HA粘結(jié)劑和石灰石混合后生球團(tuán)的性能。一般以落球強(qiáng)度> 3次/0.5 m、抗壓強(qiáng)度> 10 N/球團(tuán)、破蝕溫度> 400℃為合格的生球團(tuán)進(jìn)行后續(xù)燒結(jié)。要生產(chǎn)合格的生球團(tuán)，膨潤土的最低用量要求為1.5%。其跌落強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到3.6次/0.5 m和12.7 N/球團(tuán)。隨著膨潤土摻量增加至2.0%，這兩項指標(biāo)分別提高到4.5和13.5。膨潤土用量對生球團(tuán)的老化溫度無明顯影響。當(dāng)使用膨潤土作為粘結(jié)劑時，溫度始終保持在600℃以上。摻入透明質(zhì)酸粘結(jié)劑可明顯減少粘結(jié)劑的用量。0.75%的HA粘結(jié)劑(僅為膨潤土用量的一半)可得到滴下強(qiáng)度為3.2次/0.5 m、抗壓強(qiáng)度為12.7 N/球團(tuán)的合格生球團(tuán)。與膨潤土生球團(tuán)相比，老化溫度降至520℃，這可能是由于HA粘結(jié)劑中的有機(jī)成分發(fā)生了分解，但仍能達(dá)到生球團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)。在HA粘結(jié)劑用量為0.75%的情況下，0~12%的石灰石摻量對生球團(tuán)的落差和抗壓強(qiáng)度沒有負(fù)面影響。當(dāng)石灰石摻量達(dá)到8.0%時，生球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到18 N/球團(tuán)的水平。當(dāng)石灰石摻量大于5%時，生球團(tuán)的老化溫度明顯下降。D50為6.75 μm的石灰石比VTM精礦細(xì)得多。原料中加入一定量的細(xì)顆?？梢蕴岣呱髑虻拿芏群蛷?qiáng)度，但過多會導(dǎo)致球的結(jié)構(gòu)過于致密，從而降低破皮溫度。
3.2. HA粘結(jié)劑對燒結(jié)特性的影響
檢測了不同預(yù)熱/焙燒條件下得到的膨潤土、HA和石灰石粘結(jié)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度。作為氧化球團(tuán)最重要的指標(biāo)，大中型高爐抗壓強(qiáng)度要求在2000~2500 N/P以上。對于1.5%膨潤土混合球團(tuán)，其抗壓強(qiáng)度隨預(yù)熱溫度的升高呈穩(wěn)定上升趨勢。經(jīng)950℃預(yù)熱，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到2512 N/P，滿足高爐要求。當(dāng)預(yù)熱溫度升至1000℃時，強(qiáng)度略有增加，達(dá)到2654 N/P。預(yù)熱時間的延長似乎對抗壓強(qiáng)度的影響更大。抗壓強(qiáng)度由2512 N/P增加到2722 N/P，時間由15 min延長到18 min，其增加幅度比溫度升高更為明顯。在0.75% ha -粘合劑混合球團(tuán)的預(yù)熱過程中也觀察到類似的變化規(guī)律。
膨潤土和ha鍵合球團(tuán)之間也存在差異。首先，相同燒結(jié)條件下得到的ha粘結(jié)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度始終低于膨潤土粘結(jié)球團(tuán)，但仍可達(dá)到2000 N/P的水平;此外，ha鍵合球團(tuán)需要更長的預(yù)熱時間。這可能與HA粘合劑在預(yù)熱過程中分解有關(guān)。在焙燒溫度≥1250℃、焙燒時間≥8 min的條件下，膨潤土和ha鍵合球團(tuán)均可獲得合格的氧化球團(tuán)。以0.75%的HA粘結(jié)劑摻量為基礎(chǔ)，在優(yōu)化的燒結(jié)條件下(950℃預(yù)熱15 min, 1250℃焙燒10 min)，燒結(jié)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度在石灰石摻量為5%時達(dá)到峰值，達(dá)到2573 N/P。此時球團(tuán)的堿度達(dá)到0.6。在高溫?zé)Y(jié)過程中，石灰石的加入誘導(dǎo)鐵酸鈣(CaO·Fe2O3，一種低熔點(diǎn)相)的形成，有助于提高HA球團(tuán)的強(qiáng)度。然而，過多的低熔點(diǎn)物質(zhì)的形成會阻礙氧在球團(tuán)中的傳遞，從而阻礙氧化鐵相的氧化和結(jié)晶，從而降低球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度。
3.3. HA粘結(jié)劑對燒結(jié)球團(tuán)物相結(jié)構(gòu)的影響
從上面討論的造球結(jié)果來看，可以用VTM分別用1.5%膨潤土、0.75% HA或0.75% HA + 5%石灰石制備合格的球團(tuán)。
三種顆粒樣品的相特性差異不大。與所有其他氧化球團(tuán)類似，赤鐵礦構(gòu)成了它們的主要礦物相。除此之外，在膨潤土和石灰石摻雜的球團(tuán)中發(fā)現(xiàn)了一個額外的小相(假brookite)。假鎂鐵礦作為一種含鐵鎂鐵礦，在VTM氧化過程中常見，微量鎂鐵素體尖晶石相僅在摻石灰石的助熔劑球團(tuán)中檢測到。鎂鐵素體尖晶石是熔劑球團(tuán)生產(chǎn)中常見的相。它通常由MgO與赤鐵礦或磁鐵礦在600℃以上固相反應(yīng)形成。MgO的加入可以穩(wěn)定磁鐵礦的晶格，不利于球團(tuán)的氧化和硬化。
通過光學(xué)顯微鏡觀察三種燒結(jié)球團(tuán)樣品中赤鐵礦相的形貌。在摻膨潤土的球團(tuán)中，單個赤鐵礦(亮白色，顆粒狀細(xì))發(fā)育成相對完整的片狀狀態(tài)，在相互連接的赤鐵礦顆粒之間留下微小的孔隙(黑色，形狀不規(guī)則)。氧化球團(tuán)的強(qiáng)度主要取決于赤鐵礦顆粒的結(jié)晶，因此燒結(jié)過程中赤鐵礦生長的物理化學(xué)條件尤為關(guān)鍵。然而，晶體狀態(tài)明顯較差，摻入ha的球團(tuán)中赤鐵礦顆粒之間的孔洞越來越大。這解釋了為什么HA顆粒的強(qiáng)度略低。HA球團(tuán)的赤鐵礦晶粒的結(jié)晶總是需要較長的燒結(jié)時間，但5%的石灰石摻量促進(jìn)了HA球團(tuán)赤鐵礦晶粒的生長。摻石灰石球團(tuán)中形成的熔融物質(zhì)在一定程度上促進(jìn)了赤鐵礦顆粒的擴(kuò)散。觀察到細(xì)晶粒發(fā)育為10~20 μm的豐滿晶粒，并具有充分的互鎖。因此，適當(dāng)添加石灰石可以增強(qiáng)HA球團(tuán)的硬化。
通過配備能譜儀的掃描電鏡進(jìn)一步鑒定了燒結(jié)球團(tuán)樣品中的假綠銅礦和鎂鐵素體尖晶石相的形貌。從SEM圖像(橫截面)可以發(fā)現(xiàn)假綠簾石與赤鐵礦之間存在共生關(guān)系。假綠簾巖相呈針狀，但在未破碎的球團(tuán)中實(shí)際上呈片狀。它包裹著氧化鐵，這導(dǎo)致VTM的氧化比普通磁鐵礦更難。
鎂鐵素體尖晶石呈塊狀，包裹著其他礦物，在其周圍形成大孔隙。液相(含鎂、鋁和硅成分)在高溫下誘導(dǎo)生成鎂鐵素體尖晶石相。然后，它在顆粒冷卻過程中收縮，在其周圍留下大孔隙。這種結(jié)構(gòu)的形成可能導(dǎo)致最終球團(tuán)的強(qiáng)度下降。
赤鐵礦是最終球團(tuán)的主要相。結(jié)晶良好的赤鐵礦顆粒確保了球團(tuán)的必要強(qiáng)度。然而，當(dāng)假綠銅礦出現(xiàn)時，赤鐵礦的互連狀態(tài)被切斷。這不利地抑制了赤鐵礦顆粒的生長。鎂鐵素體尖晶石與假綠銅礦相之間形成連接頸或中間溶液。然而，鎂鐵尖晶石與赤鐵礦之間幾乎不形成互連。因此，在燒結(jié)過程中加強(qiáng)VTM氧化和調(diào)節(jié)鎂鐵素體尖晶石的形成是改善ha結(jié)合球團(tuán)硬化的關(guān)鍵。
4. 結(jié)論
(1)采用0.75% HA粘結(jié)劑的VTM精礦可制得抗壓強(qiáng)度高于2000 N/P的合格氧化球團(tuán)。用透明質(zhì)酸代替膨潤土可使粘結(jié)劑用量減少50%。當(dāng)摻加5%的石灰石時，HA球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度可進(jìn)一步提高到2500 N/P以上;
(2)添加HA粘結(jié)劑的燒結(jié)球團(tuán)，赤鐵礦顆粒結(jié)晶細(xì)，孔隙嵌入較多。而5%的石灰石摻合使細(xì)粒赤鐵礦演化為飽滿的連鎖狀態(tài)。燒結(jié)過程中假綠銅礦和鎂鐵素體尖晶石相的形成阻礙了赤鐵礦顆粒的結(jié)晶，導(dǎo)致最終球團(tuán)的強(qiáng)度下降。
Li, G., Zhang, Y., Zhang, X., Meng, F., Cao, P., & Yi, L. Effect of Humic Acid Binder on the Preparation of Oxidized Pellets from Vanadium-Bearing Titanomagnetite Concentrate. Sustainability, 15(8), 6454. https://doi.org/10.3390/su15086454
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