摘要  本文介紹了我國球團礦生產(chǎn)粘結(jié)劑的發(fā)展與進步；介紹了富鐵復合粘結(jié)劑與膨潤土的質(zhì)量對比分析，介紹了富鐵粘結(jié)劑用于泰富球團鐵精粉造球?qū)嶒灥慕Y(jié)果，并介紹和分析了其用于泰富球團工業(yè)試驗的效果。

關(guān)鍵詞  膨潤土  富鐵復合粘結(jié)劑  工業(yè)試驗及效果

1膨潤土的質(zhì)量與鐵礦球團粘結(jié)劑

鐵礦球團法是由瑞典學者A?G安德遜1911年提出專利報告，1948年美國小高爐冶煉試驗取得良好效果，上世紀五十年代初期便開始了球團粘結(jié)劑的試驗研究，經(jīng)在許多具有粘結(jié)劑潛力的材料中篩選，發(fā)現(xiàn)膨潤土最為有效[2]，使膨潤土成為長期以來球團生產(chǎn)的主要粘結(jié)劑。

我國球團礦生產(chǎn)也從上世紀五十年代開始，當時產(chǎn)能低，多數(shù)以消石灰作粘結(jié)劑生產(chǎn)堿性球團，70年代開始建豎爐，并采用膨潤土作粘結(jié)劑，80年代開始普遍采用膨潤土作粘結(jié)劑生產(chǎn)酸性球團，直到現(xiàn)在膨潤土也還是國內(nèi)球團生產(chǎn)常用的粘結(jié)劑，為什么國內(nèi)外球團生產(chǎn)半個多世紀以來，都采用膨潤土作粘結(jié)劑呢？這是因為膨潤土的分子式為：Al?Si8O20(OH)4nH2O,其晶體由兩層硅氧四面體中間夾著一層鋁氧八面體的三層形結(jié)構(gòu)，膨潤土具有很大的比表面積（8000~15000cm2/g），它這種高度分散的特性可將鐵精粉顆粒緊密地拉在一起，再加上它具有優(yōu)良的潤濕性、膨脹性和膠體性，它可有效地提高鐵精粉的成球性，改善鐵礦球團生球、干球和成品球的機械強度，形成長期以來，膨潤土一直是國內(nèi)外球團礦生產(chǎn)的粘結(jié)劑[3]。國內(nèi)外常見膨潤土的化學成分特性列于表1。

由表1可見，作為球團粘結(jié)劑膨潤土的主要化學成分為SiO2+ Al2O3，無論國內(nèi)還是國外的膨潤土，SiO2含量一般高于60%。而SiO2是高爐煉鐵渣量的源頭，球團礦生產(chǎn)每配加1%的膨潤土，球團的含鐵品位會下降0.6%，2015年我國球團生產(chǎn)膨潤土的加入量平均為噸球16.25kg，即球團的含鐵品位下降接近1.0%，對于我國目前已具有2億噸球團產(chǎn)能的國家，將會造成資源和經(jīng)濟的巨大損失。

對高爐煉鐵而言，入爐礦每增加1%的SiO2，噸鐵渣量將增加35kg，100kg渣量，將會影響高爐燃料比3.0%~3.5%，這與當前以低成本、低燃料比為中心煉鐵背向而行，因此球團礦生產(chǎn)對膨潤土變革是大勢所趨。近十多年來，采用有機粘結(jié)劑和膨潤土復合粘結(jié)劑取代單一的膨潤土作粘結(jié)劑正是這種變革的具體表現(xiàn)。

富鐵復合粘結(jié)劑是變革膨潤土作為球團粘結(jié)劑的一種好品種，它對比膨潤土復合粘結(jié)劑，已完全取消了膨潤土，它對比有機粘結(jié)劑又富含了鐵元素，因此它是鐵礦球團粘結(jié)劑的一次重大變革。富鐵粘結(jié)劑是一種工業(yè)副產(chǎn)品，含有30%以上的全鐵，其脈石為富含粘性的三水化鋁，且在我國有很大的量，能滿足球團生產(chǎn)的需求，其主要化學成分列于表2.

2. 富鐵復合粘結(jié)劑用于泰富精粉造球的試驗研究

揚州泰富特種材料有限公司（以下簡稱泰富公司）鐵精粉造球，由于其鐵精粉粒度細，－325目（0.046mm）＞90%，選用黏結(jié)劑與國內(nèi)一般鐵精粉不相同，為解決生球爆裂溫度低的問題，其原生產(chǎn)工藝是配加0.8%~1.5%鈣基膨潤土，即使這樣，生球的爆裂溫度低于340℃，且成品球還有1%左右的碎裂，影響了企業(yè)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。

北京科技大學與北京東方永誠科技有限公司，采取配用0.4~0.6%自主研發(fā)的富鐵復合黏結(jié)劑造球，并與配0.6%的鈉基膨潤土、1.0%和1.5%鈣基膨潤土作了造球?qū)Ρ仍囼?，考慮到生球粒度對爆裂溫度的影響，在生球的粒度方面也作了10~12.5mm和14~16mm的對比試驗。

2.1 富鐵復合黏結(jié)劑和膨潤土的主要化學成分和理化指標（列于表3）

2.2 造球試驗設(shè)備條件

造球試驗條件：鐵礦粉造球是在直徑為600mm、轉(zhuǎn)速為43轉(zhuǎn)/分、傾角為45°的圓盤造球機上進行的，鐵精粉混合料在造球盤內(nèi)停留8±1分鐘，生球的水分控制在9±0.25%，生球的直徑為10~12.5mm和14~16mm兩種。

抗壓強度是在0～5kg彈簧稱上采用一個有機玻璃壓頭（平面為20mm）進行測定的。生球的落下強度是將單個生球自由落體到厚度為10mm的鋼板上直至破裂的次數(shù)測定的。生球的抗壓強度和落下強度均測定10個球的值取平均值作為生球的強度指標。

生球的抗爆裂溫度是在豎爐內(nèi)測定的，爐內(nèi)通過球的熱風速度為1.8HM/秒，熱風溫度從500℃開始，生球在豎爐的坩堝內(nèi)停留5分鐘，溫度間隔25℃，每次10個球，以1個球破裂為指數(shù)取2次的平均值為指標。

2.3 試驗結(jié)果（列于表4）

2.4 對造球試驗結(jié)果的分析

2.4.1泰富公司鐵精粉具有良好的造球性能，其表現(xiàn)為以下七個方面：

（1）試驗1、2表明：僅需配用0.4%的富鐵復合粘結(jié)劑，即每噸球配用4kg，即能滿足或遠遠超過生球質(zhì)量標準要求。生球粒徑增加，抗壓強度明顯提高；

（2）試驗3表明：即使只配加0.6%的單一富鐵粘結(jié)劑，也能達到生球質(zhì)量標準的要求（落下強度6次，抗爆裂溫度500℃）；

（3）試驗4表明：配用0.6%的4#富鐵復合粘結(jié)劑（低比例復合），也可以滿足生球質(zhì)量要求（生球落下7次，抗爆裂溫度>500℃）；

（4）試驗5表明：配用0.6%的5#富鐵復合粘結(jié)劑，生球的落下強度更高，明顯優(yōu)于4#富鐵復合粘結(jié)劑。

（5）試驗6表明：配用0.6%的山東鈉基膨潤土，也能滿足生球質(zhì)量的要求（生球落下強度8.6次，抗爆裂溫度500℃）；

（6）試驗7、8表明：配用1.0%的泰富公司鈣基膨潤土，生球質(zhì)量明顯低于使用富鐵復合粘結(jié)劑的生球質(zhì)量（落下強度分別為5.2和5.4次，抗爆裂溫度為350℃）；

（7）試驗8表明：配用1.5%的泰富鈣基膨潤土，比配加1.0%的生球質(zhì)量有所改善（生球落下強度較配1.0%的高，抗爆裂溫度也略有提高，由350℃提高到360℃。）

2.4.2綜合以上配用7種不同粘結(jié)劑的造球結(jié)果：凡是使用未經(jīng)復合粘結(jié)的生球表面均顯得毛糙，配用復合劑的則表面光滑，且富鐵的明顯高于其它復合劑，落下強度由原來的7次提高到15次，抗爆裂溫度高于500℃。

2.4.3富鐵復合粘結(jié)劑用于泰富公司鐵精粉造球的效果：生球質(zhì)量明顯優(yōu)于鈣基和鈉基膨潤土，特別是抗爆裂溫度由350℃提高到500℃以上，這將有利于泰富鐵精粉造球生產(chǎn)力的提高和成品球質(zhì)量的改善。

3 富鐵復合粘結(jié)劑用于泰富公司球團生產(chǎn)的工業(yè)試驗與分析

3.1 富鐵復合粘結(jié)劑工業(yè)試驗的背景

為解決高比例使用澳礦進行球團生產(chǎn)中存在的爆裂溫度低（僅為320~340℃），

有效產(chǎn)量日常達不到設(shè)計要求的難題，尋求合適的粘結(jié)劑提高生球爆裂溫度是關(guān)鍵。揚州泰富特種材料有限公司（以下稱泰富球團公司）生產(chǎn)質(zhì)量部與北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院和北京同創(chuàng)永誠冶金科技發(fā)展有限公司（以下稱同創(chuàng)永誠公司）通過多次實驗室試驗，使用100%澳礦，配加0.4%~0.5%富鐵復合粘結(jié)劑的情況下效果較為理想。因此經(jīng)雙方研究商定，北京同創(chuàng)永誠公司提供80噸生產(chǎn)試驗樣品，于2015年12月1日至12月3日在泰富球團公司使用富鐵復合粘結(jié)劑進行為期兩天的工業(yè)試驗。

1）富鐵復合粘結(jié)劑理化指標及試驗?zāi)繕艘螅ū?）

由表1可知，本批次試用的富鐵復合粘結(jié)劑理化指標均達到合同要求。

2）工業(yè)試驗考核指標（表6）

3.2 富鐵復合粘結(jié)劑工業(yè)試驗的結(jié)果及分析

1） 工業(yè)試驗的時間、配加結(jié)構(gòu)、球團產(chǎn)量和粘結(jié)劑單耗：2015年12月1日14:25開始至12月3日14:30結(jié)束，整兩晝夜時間，工業(yè)試驗期間的配礦由原先“42%澳粉+50%澳精粉+8%國產(chǎn)低品位精粉”更改為“63%澳粉+34%澳精粉+3%國產(chǎn)低品位精粉”，工業(yè)試驗期間的產(chǎn)量及富鐵復合劑的消耗列于表7.[5]

根據(jù)表7計算出，球團礦日產(chǎn)量為9118.24t/d，粘結(jié)劑單耗為4.56kg/t，均達到并優(yōu)于工業(yè)試驗的考核指標。

2） 工業(yè)試驗生球的質(zhì)量指標（列于表8）

由表4可知，工業(yè)試驗過程中，當生球水分超過9.5%達到9.8%時，落下強度未達到5次，當生球水分低于9.8%時，生球落下強度超過5次，達到了合同要求；生球爆裂溫度也與水分有關(guān)，生球水分為9.5%時爆裂溫度為370℃，有待進一步提高達到合同要求，工業(yè)試驗證明生球已能滿足配礦結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)需求。

由表4數(shù)據(jù)可說明，采用富鐵復合粘結(jié)劑造球，對水分比較敏感，當水分波動時，生球的粒徑大小會產(chǎn)生波動，因此造球操作應(yīng)勤管控好水分。

3) 工業(yè)試驗生球烘干和預(yù)熱的熱工制度（表9）

工業(yè)試驗表明，生球爆裂溫度提高了50℃左右，與工業(yè)試驗前使用膨潤土作

粘結(jié)劑、配礦結(jié)構(gòu)為“85%澳粉+15%外購精粉” 時基本相當, 說明采用富鐵復合粘結(jié)劑與改變配礦結(jié)構(gòu)適應(yīng), 滿足了工業(yè)試驗配礦結(jié)構(gòu)要求, 而且從成品球篩分數(shù)據(jù)分析, 兩種不同配礦結(jié)構(gòu)的篩分指數(shù)均在1.1%～1.2%之間, 達到了良好的正常生產(chǎn)狀態(tài)。

4）成品球的質(zhì)量及分析

成品球的抗壓強度和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，經(jīng)測定抗壓強度達到3200N/個，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達到97.5%

均達到了成品球質(zhì)量指標要求。

成品球的表觀質(zhì)量粒度大小較均勻，大小球不均，較采用膨潤土作粘結(jié)劑生產(chǎn)時有明顯降低，成品球表面比較光滑。

成品球經(jīng)11次化學成分分析，含鐵品位和SiO2含量成分穩(wěn)定，采用0.456%富鐵粘結(jié)劑比采用1.25%膨潤土，在相同配礦結(jié)構(gòu)的條件下，含鐵品位提高0.66%，SiO2含量降低0.74%。

5）不同粘結(jié)劑球團生產(chǎn)成本經(jīng)濟分析[6]

（1）使用1.25%膨潤土成本投入：

膨潤土消耗投入：噸球單耗為12.5kg/t，投入成本為：375元/1000×12.5 =4.6875元/t；

成品球品位下降投入：0.65%×1.25×8.00元=0.8125×8=6.50元/t；

成品球SiO2提高成本投入：0.65×1.25/3×3.5%×520×1000元/1000×1.50元=7.39元/t；

      式中：1%的SiO2增加50kg渣量，100kg渣量增加3.5%燃料比，520為噸鐵燃料比，580元為噸燃料價格，1.5為噸鐵球團消耗量。以上三項相加為采用膨潤土作粘結(jié)劑的成本投入：4.69+6.50+7.39=18.58元/t球；

（2）使用0.456%富鐵復合粘結(jié)劑消耗投入：

富鐵復合粘結(jié)劑消耗投入：

噸鐵消耗4.56kg，消耗投入成本為：4.56×1200/1000=5.47元/t；

成品球品位降低成本投入：

8.00元×（0.65-0.3177）×0.456%=8×0.1515=1.21元/t；

成品球SiO2提高成本投入：

9.95×0.456/3×3.5%×520×1000元/1000×1.5=0.41元/t；

以上三項之和為采用富鐵復合粘結(jié)劑的成本投入：5.47+1.21+0.41=7.09元/t；

采用富鐵復合粘結(jié)劑比采用膨潤土作粘結(jié)劑節(jié)約成本投入為：18.58-7.09=11.49元/t球。

在泰富球團公司條件下，采用以上兩種不同粘結(jié)劑對比的經(jīng)濟效益，不計配礦結(jié)構(gòu)的效益和球團質(zhì)量改善的效益，富鐵復合粘結(jié)劑噸球團礦的效益為11.49元。泰富球團公司一條生產(chǎn)線年產(chǎn)600萬噸球團，可取得經(jīng)濟效益：11.49元×600萬=6894萬元。

4 富鐵復合粘結(jié)劑用于泰富球團試驗的結(jié)論性意見：

由以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟分析，可得出如下結(jié)論性意見：

1）富鐵復合粘結(jié)劑是一種含鐵30%以上、含SiO2不足10%比較理想的球團粘結(jié)劑，

其配加量<0.5%，有利于提高成品球團的品位和降低SiO2含量，是鐵礦球團粘結(jié)劑的一次重大創(chuàng)新和變革。

2）泰富公司采用富鐵復合粘結(jié)劑，在97%澳精粉+3%外購精礦粉的配礦條件下，成

品球有效日產(chǎn)量達到9118.24噸，比配加1.25%膨潤土作粘結(jié)劑在85%澳精粉+15%外購精粉條件下，不僅有效增加了澳大利亞精粉的配比，同時提高了日產(chǎn)成品球518.24噸。

3）采用富鐵復合粘結(jié)劑，生球質(zhì)量有明顯提高，表現(xiàn)為生球的粒度比較均勻，球的

表面比較光滑，生球的落下強度比配加膨潤土粘結(jié)劑有較大提高，從2～3次提高到5次，生球抗爆裂溫度提高了約50℃，達到370℃。

4）采用富鐵復合粘結(jié)劑，成品球的質(zhì)量也有較大改善：粒度比較均勻，焙燒過程無

爆裂現(xiàn)象，成品球基本無裂縫，成品球具有良好的強度指標，抗壓強度達到3300牛頓，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達到97.5%的水平。

5）通過經(jīng)濟分析，泰富公司采用富鐵復合粘結(jié)劑，具有巨大的經(jīng)濟效益：噸球

有11.49元的效益，不計配礦結(jié)構(gòu)和成品球質(zhì)量改善的效益，年產(chǎn)600萬噸球團的生產(chǎn)線，可獲得6894萬元的年經(jīng)濟效益。

6）泰富公司球團生產(chǎn)，粘結(jié)劑用量從噸球12.5kg膨潤土降低到噸球4.56kg富

鐵復合粘結(jié)劑，粘結(jié)劑質(zhì)量和用量為國內(nèi)首創(chuàng)，達到了國內(nèi)外先進水平，同時改善了生球和成品球的質(zhì)量，具有良好的應(yīng)用效果和推廣價值。

參考文獻：

[1]<德國>F.卡佩爾   鐵礦石造塊的任務(wù)（球團礦發(fā)展歷史）

《第六屆國際造塊會議論文選》中國金屬學會1994.8（81）

[2]<英國>A.阿蘭    鐵礦球團使用的合成有機粘結(jié)劑

《第三屆國際造塊會議論文選》中國金屬學會1994.8（126）

[3]<美國>V.S.卡拉納斯薩斯特里等   在鐵精礦球團中粘結(jié)劑所起的作用

《第四屆國際造塊會議論文選》冶金工業(yè)部鞍山黑山冶金礦山設(shè)計院 1986.4（258）

[4]北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院    富鐵復合粘結(jié)劑用于揚州泰富特種材料公司鐵精粉造球的試驗研究     2015年8月

[5]揚州泰富特種材料公司生產(chǎn)部    富鐵粘結(jié)劑試用報告          2015年12月8日

[6]許滿興執(zhí)筆   富鐵復合粘結(jié)劑用于球團生產(chǎn)的工業(yè)試驗報告    2015年12月15日