优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究

工程科学学报，第39卷，第5期：683-692.2017年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.5:683-692,May 2017 D0L:10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.006;htp:/journals..usth.edu.cn 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 朱德庆)，虎训)四，潘建)，杨聪聪)，徐梦杰)，王召元) 1)中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4100832)北方重工集团（沈阳）工程设计研究院有限公司.沈阳110027 ☒通信作者，E-mail:hxuncsu@csu.dcu.cn 摘要进行了西澳超细粒磁铁精矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿制备氧化球团可矿的实验研究.结果表明，以 100%西澳超细磁铁精矿为原料制备氧化球团矿时，球团预热及焙烧性能较差，在预热温度为1050℃、预热时间20mi及培烧 温度1300℃、培烧时间40mi的条件下，预热球团和焙烧球团矿抗压强度分别为每个502和2313N.西澳超细粒磁铁精矿配 加40%国产磁铁精矿或20%巴西赤铁精矿时，球团适宜预热温度由1050℃分别降低到950和975℃，适宜的焙烧温度由 1300℃分别降低到1250和1280℃；而且焙烧球团矿的抗压强度分别提高到每个2746N和每个2630N.焙烧球团矿的微观结 构研究表明：配加国产磁铁精矿后，焙烧球团矿中F,0,晶粒发育优良，晶粒间互联程度提高，晶粒粗大，孔隙率低，固结更加 紧密.配加20%巴西赤铁精矿时，焙烧球团矿中F0,晶粒基本连接成片，F203晶体发育良好.优化配矿是改善西澳超细 粒磁铁精矿球团矿预热及焙烧性能的有效途径. 关键词西澳超细粒磁铁精矿：球团预热培烧：磁铁精矿：赤铁精矿：优化配可矿 分类号TF046.6 Optimization of feed blends to enhance the roasting performance of pellets made from Western Australian ultrafine magnetite concentrate ZHU De-qing,HU Xun,PAN Jian,YANG Cong-cong,XU Meng-jie,WANG Zhao-yuan2) 1)School of Minerals Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha 410083,China 2)Northern Heavy Industries Group (Shenyang)Engineering Design and Research Institute Limited Company,Shenyang 110027,China Corresponding author,E-mail:hxuncsu@csu.deu.cn ABSTRACT The conducted roasting tests were studied which pellets were made from blends of Western Australia ultrafine (WAU) magnetite concentrate and domestic magnetite concentrate or Brazilian hematite concentrate.The results show that the pellets made from 100%WAU magnetite concentrate exhibit inferior preheating and roasting performance under the following conditions:preheating at 1050C for 20 min and roasting at 1300C for 40 min,with compressive strengths of the preheated and fired pellets of each pellet 502 N and 2313N,respectively.When blended 40%domestic magnetite concentrate or 20%Brazilian hematite concentrate with60% or 80%WAU magnetite concentrate,the appropriate preheating and firing temperatures of the pellets are reduced from 1050C to950 ℃and975℃，and from 1300℃tol250℃and1280℃，respectively.Moreover,the compressive strength of the fired pellets obvi- ously improves to more than each pellet 2500N.The microstructure of fired pellets made from WAU and domestic magnetite concen- trate is characterized by fully grown Fe O grains and close interlinkages among the hematite grains,which leads to low porosity and strong consolidation.In contrast,20%Brazilian hematite concentrate blended with WAU magnetite concentrate yields nearly grown Fe,O,grains in the fired pellets and only relatively close interlinkages between the hematite grains.The preheating and roasting per- formance of WAU magnetite concentrate pellets can be improved by optimizing the ore matching. KEY WORDS Western Australia ultrafine magnetite concentrates;pellet preheating and roasting performance;magnetite concen- trates;hematite concentrates;optimizing ore matching 收稿日期：2016-07-13

工程科学学报,第 39 卷,第 5 期:683鄄鄄692,2017 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 5: 683鄄鄄692, May 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 05. 006; http: / / journals. ustb. edu. cn 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 朱德庆1) , 虎 训1) 苣 , 潘 建1) , 杨聪聪1) , 徐梦杰1) , 王召元2) 1) 中南大学资源加工与生物工程学院, 长沙 410083 2) 北方重工集团(沈阳)工程设计研究院有限公司, 沈阳 110027 苣 通信作者,E鄄mail: hxuncsu@ csu. deu. cn 收稿日期: 2016鄄鄄07鄄鄄13 摘 要 进行了西澳超细粒磁铁精矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿制备氧化球团矿的实验研究. 结果表明,以 100% 西澳超细磁铁精矿为原料制备氧化球团矿时,球团预热及焙烧性能较差,在预热温度为1050 益 、预热时间20 min 及焙烧 温度 1300 益 、焙烧时间 40 min 的条件下,预热球团和焙烧球团矿抗压强度分别为每个 502 和 2313 N. 西澳超细粒磁铁精矿配 加 40% 国产磁铁精矿或 20% 巴西赤铁精矿时,球团适宜预热温度由 1050 益 分别降低到 950 和 975 益 ,适宜的焙烧温度由 1300 益分别降低到 1250 和 1280 益 ;而且焙烧球团矿的抗压强度分别提高到每个 2746 N 和每个 2630 N. 焙烧球团矿的微观结 构研究表明:配加国产磁铁精矿后,焙烧球团矿中 Fe2O3 晶粒发育优良,晶粒间互联程度提高,晶粒粗大,孔隙率低,固结更加 紧密. 配加 20% 巴西赤铁精矿时,焙烧球团矿中 Fe2O3 晶粒基本连接成片,Fe2O3 晶体发育良好. 优化配矿是改善西澳超细 粒磁铁精矿球团矿预热及焙烧性能的有效途径. 关键词 西澳超细粒磁铁精矿; 球团预热焙烧; 磁铁精矿; 赤铁精矿; 优化配矿 分类号 TF046郾 6 Optimization of feed blends to enhance the roasting performance of pellets made from Western Australian ultrafine magnetite concentrate ZHU De鄄qing 1) , HU Xun 1) 苣 , PAN Jian 1) , YANG Cong鄄cong 1) , XU Meng鄄jie 1) , WANG Zhao鄄yuan 2) 1) School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China 2) Northern Heavy Industries Group (Shenyang) Engineering Design and Research Institute Limited Company, Shenyang 110027, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: hxuncsu@ csu. deu. cn ABSTRACT The conducted roasting tests were studied which pellets were made from blends of Western Australia ultrafine (WAU) magnetite concentrate and domestic magnetite concentrate or Brazilian hematite concentrate. The results show that the pellets made from 100% WAU magnetite concentrate exhibit inferior preheating and roasting performance under the following conditions: preheating at 1050 益 for 20 min and roasting at 1300 益 for 40 min, with compressive strengths of the preheated and fired pellets of each pellet 502 N and 2313 N, respectively. When blended 40% domestic magnetite concentrate or 20% Brazilian hematite concentrate with 60% or 80% WAU magnetite concentrate, the appropriate preheating and firing temperatures of the pellets are reduced from 1050 益 to 950 益 and 975 益 , and from 1300 益 to 1250 益 and 1280 益 , respectively. Moreover, the compressive strength of the fired pellets obvi鄄 ously improves to more than each pellet 2500 N. The microstructure of fired pellets made from WAU and domestic magnetite concen鄄 trate is characterized by fully grown Fe2O3 grains and close interlinkages among the hematite grains, which leads to low porosity and strong consolidation. In contrast, 20% Brazilian hematite concentrate blended with WAU magnetite concentrate yields nearly grown Fe2O3 grains in the fired pellets and only relatively close interlinkages between the hematite grains. The preheating and roasting per鄄 formance of WAU magnetite concentrate pellets can be improved by optimizing the ore matching. KEY WORDS Western Australia ultrafine magnetite concentrates; pellet preheating and roasting performance; magnetite concen鄄 trates; hematite concentrates; optimizing ore matching

.684· 工程科学学报，第39卷，第5期 铁精矿球团矿生产能耗低，环境污染少，而且具 西澳超细粒磁铁精矿球团的预热焙烧特性(-0.025mm 有良好的机械性能和冶金性能，能强化高炉冶炼，降 粒级的质量分数占91.20%，比表面积为2118cm2·g1), 低焦比-]，是一种不可或缺的优质高炉炉料.因 球团预热性能良好，但球团焙烧性能较差，需要在较 此，我国近10年来球团矿的产量快速增长，由2006 高焙烧温度和较长焙烧时间下，成品球团矿抗压强 年的8500万t增加到2014年的1.2亿).磁铁精 度才能满足要求 矿是生产球团矿的理想原料，不仅铁品位高，产品质 西澳大利亚拥有丰富的磁铁矿资源)，其特点是 量好，而且球团矿生产能耗明显低于以赤铁矿为原 嵌布粒度微细，经过细磨深选产出的磁铁精矿粒度超 料生产的球团矿.近年来由于我国铁矿球团产量不 细，比表面积高，能很好满足造球对铁精矿原料的要 断扩大，导致国内磁铁精矿严重短缺，大量进口磁铁 求.但该类磁铁精矿球团的预热及焙烧性能较差[) 精矿和赤铁精矿用于球团矿生产，铁精矿进口量由 因此，本文针对西澳超细粒磁铁精矿预热及培烧性能 2006年的4040.54万t增加到2014年的7800万[4-1]. 较差的特点，采用优化配矿技术，对西澳超细粒磁铁精 以往的研究及生产实践表明，在一定的粒度范围内， 矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿的球团预热 提高磁铁精矿的细度，有利于缩短球团预热培烧时 焙烧性能及固结特性的影响进行研究，将为改善其球 间，改善球团矿的质量[6-].然而，相关领域的研究 团焙烧性能及高效利用该类磁铁精矿资源提供有效途 者们分别对国内外粒度非常细的磁铁精矿球团预热 径，并对降低我国球团矿生产成本，节能降耗，改善和 焙烧性能进行研究时发现，按常规的工艺参数进行 提高球团矿质量与产量具有重要意义. 球团预热焙烧，成品球团矿的抗压强度反而会下降. 1 原料性能及研究方法 如范建军等0-)和郭宇峰等[]以国产细粒磁铁精 矿(-0.044mm粒级的质量分数占86%~95%，比 1.1原料性能 表面积1800~2200cm2·g1)为原料制备氧化球团， 试验所用三种铁精矿A、B、C分别来自西澳皮尔 要下调预热及焙烧温度，同时延长预热及焙烧时间， 巴拉地区、中国东北和巴西.造球原料的化学成分和 才能获得强度较高的成品球团矿.Yag等研究了 物理性能分别见表1和表2. 表1原料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of the raw materials 原料 TFe FeO Ca0 SiO2 Mgo AL203 K,0 Na,O P 烧损· A矿 66.83 28.96 0.16 5.25 0.30 0.32 0.050 0.024 0.020 0.010 -3.19 B矿 65.12 27.67 0.98 3.61 1.49 1.42 0.021 0.190 -2.80 C矿 65.20 0.17 0.30 1.91 0.06 1.51 0.041 0.010 2.06 膨润土12.39 0.22 2.03 43.30 2.06 15.51 0.077 2.000 0.045 0.036 12.10 ·:空气气氛下，1000℃，1h的烧损 由表1可知，A矿、B矿和C矿的铁品位均在65% 量分数高，A矿其余杂质（如Ca0、AL,0,和Mg0等）含 以上，属于高品位铁精矿.其中A矿、B矿的FeO质量 量较B矿低.C矿的Fe0质量分数仅0.17%，Si0,等 分数分别为28.96%和27.67%，属于典型的磁铁精 脉石成分和P、S等有害杂质含量低，是一种优质的赤 矿，A矿的Si0,质量分数为5.25%，比B矿的Si0,质 铁精矿. 表2原料的物理性能 Table 2 Physical properties of the raw materials 粒度组成（质量分数）/% 比表面积/ 原料 成球性指数 +0.180mm 0.074~0.180mm0.044~0.074mm0.025~0.044mm -0.025mm (cm2.g-1) A矿 0 0.06 0.54 2.61 96.79 2254 0.24 B矿 0.61 14.19 25.15 26.94 33.11 1138 0.27 C矿 3.71 11.46 19.38 16.92 48.53 1350 0.55 膨润土 0 2.01 37.05 42.62 18.31

工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 铁精矿球团矿生产能耗低,环境污染少,而且具 有良好的机械性能和冶金性能,能强化高炉冶炼,降 低焦比[1鄄鄄2] ,是一种不可或缺的优质高炉炉料. 因 此,我国近 10 年来球团矿的产量快速增长,由 2006 年的 8500 万 t 增加到 2014 年的 1郾 2 亿 t [3] . 磁铁精 矿是生产球团矿的理想原料,不仅铁品位高,产品质 量好,而且球团矿生产能耗明显低于以赤铁矿为原 料生产的球团矿. 近年来由于我国铁矿球团产量不 断扩大,导致国内磁铁精矿严重短缺,大量进口磁铁 精矿和赤铁精矿用于球团矿生产,铁精矿进口量由 2006 年的 4040郾 54 万 t 增加到 2014 年的 7800 万 t [4鄄鄄5] . 以往的研究及生产实践表明,在一定的粒度范围内, 提高磁铁精矿的细度,有利于缩短球团预热焙烧时 间,改善球团矿的质量[6鄄鄄9] . 然而,相关领域的研究 者们分别对国内外粒度非常细的磁铁精矿球团预热 焙烧性能进行研究时发现,按常规的工艺参数进行 球团预热焙烧,成品球团矿的抗压强度反而会下降. 如范建军等[10鄄鄄11] 和郭宇峰等[12] 以国产细粒磁铁精 矿( - 0郾 044 mm 粒级的质量分数占 86% ~ 95% ,比 表面积 1800 ~ 2200 cm 2·g - 1 ) 为原料制备氧化球团, 要下调预热及焙烧温度,同时延长预热及焙烧时间, 才能获得强度较高的成品球团矿. Yang 等[13]研究了 西澳超细粒磁铁精矿球团的预热焙烧特性( - 0郾 025 mm 粒级的质量分数占91郾 20% ,比表面积为2118 cm 2·g - 1 ), 球团预热性能良好,但球团焙烧性能较差,需要在较 高焙烧温度和较长焙烧时间下,成品球团矿抗压强 度才能满足要求. 西澳大利亚拥有丰富的磁铁矿资源[14] ,其特点是 嵌布粒度微细,经过细磨深选产出的磁铁精矿粒度超 细,比表面积高,能很好满足造球对铁精矿原料的要 求. 但该类磁铁精矿球团的预热及焙烧性能较差[13] . 因此,本文针对西澳超细粒磁铁精矿预热及焙烧性能 较差的特点,采用优化配矿技术,对西澳超细粒磁铁精 矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿的球团预热 焙烧性能及固结特性的影响进行研究,将为改善其球 团焙烧性能及高效利用该类磁铁精矿资源提供有效途 径,并对降低我国球团矿生产成本,节能降耗,改善和 提高球团矿质量与产量具有重要意义. 1 原料性能及研究方法 1郾 1 原料性能 试验所用三种铁精矿 A、B、C 分别来自西澳皮尔 巴拉地区、中国东北和巴西. 造球原料的化学成分和 物理性能分别见表 1 和表 2. 表 1 原料的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical compositions of the raw materials % 原料 TFe FeO CaO SiO2 MgO Al2O3 K2O Na2O P S 烧损* A 矿 66郾 83 28郾 96 0郾 16 5郾 25 0郾 30 0郾 32 0郾 050 0郾 024 0郾 020 0郾 010 - 3郾 19 B 矿 65郾 12 27郾 67 0郾 98 3郾 61 1郾 49 1郾 42 0郾 021 0郾 190 - 2郾 80 C 矿 65郾 20 0郾 17 0郾 30 1郾 91 0郾 06 1郾 51 0郾 041 0郾 010 2郾 06 膨润土 12郾 39 0郾 22 2郾 03 43郾 30 2郾 06 15郾 51 0郾 077 2郾 000 0郾 045 0郾 036 12郾 10 *:空气气氛下,1000 益 ,1 h 的烧损. 由表 1 可知,A 矿、B 矿和 C 矿的铁品位均在 65% 以上,属于高品位铁精矿. 其中 A 矿、B 矿的 FeO 质量 分数分别为 28郾 96% 和 27郾 67% ,属于典型的磁铁精 矿,A 矿的 SiO2 质量分数为 5郾 25% ,比 B 矿的 SiO2 质 量分数高,A 矿其余杂质(如 CaO、Al 2O3 和 MgO 等)含 量较 B 矿低. C 矿的 FeO 质量分数仅 0郾 17% ,SiO2 等 脉石成分和 P、S 等有害杂质含量低,是一种优质的赤 铁精矿. 表 2 原料的物理性能 Table 2 Physical properties of the raw materials 原料 粒度组成(质量分数) / % + 0郾 180 mm 0郾 074 ~ 0郾 180 mm 0郾 044 ~ 0郾 074 mm 0郾 025 ~ 0郾 044 mm - 0郾 025 mm 比表面积/ (cm 2·g - 1 ) 成球性指数 A 矿 0 0郾 06 0郾 54 2郾 61 96郾 79 2254 0郾 24 B 矿 0郾 61 14郾 19 25郾 15 26郾 94 33郾 11 1138 0郾 27 C 矿 3郾 71 11郾 46 19郾 38 16郾 92 48郾 53 1350 0郾 55 膨润土 0 2郾 01 37郾 05 42郾 62 18郾 31 ·684·

朱德庆等：优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 ·685· 由表2可知，A矿-0.044mm和-0.025mm的粒 化指标优于大多数国产膨润土，是一种优质的球团用 级质量分数分别为99.40%和96.79%，比表面积高达 黏结剂[5-16]，尤其2h吸水率高达567%. 2254cm2·g'.与A矿相比，B矿和C矿的粒度明显偏 1.2研究方法 粗，其中-0.074mm的粒级质量分数分别为85.20% 试验采用表4所示的11组配矿方案准备造球原 和84.83%，但其比表面积分别为1138cm2·g和1350 料，焙烧球团矿为酸性球团矿.试验流程模拟链篦机- cm2·g,低于一般要求值(1500~1900cm2·g1),只能 回转窑氧化球团生产工艺.采用圆盘造球机制备生 基本满足造球对原料的粒度要求[).A矿分别与B矿 球，其直径为1000mm,倾角47°，转速28rmin1.膨润 或C矿搭配使用时，将有可能很好的满足造球工艺对 土的用量由最佳造球时间和最佳造球水分下生球落下 铁精矿粒度及比表面积的要求，并改善球团预热培烧 强度达到每0.5m四次及抗压强度每个大于等于10N 性能. 的要求而确定，本研究中固定其用量为1%.将粒度为 本实验所采用的黏结剂为从国外进口的膨润土， 10~12.5mm的生球在105℃下干燥4h用于预热及 其物理性能如表3所示.由此可见，该膨润土各项物 焙烧实验.球团预热培烧实验在50mm×600mm的 表3膨润土物理性能 电热卧式管炉中进行，预热及焙烧过程在空气气氛中 Table 3 Physical properties of bentonite 进行，升温曲线及球团抗压强度检测方法见文 吸兰量/ 蒙脱石质量胶质价/2h吸水率/膨胀倍数/ 献[3.]，预热球团和焙烧球团的抗压强度采用ZQYC- 10-2 分数/% % (mL.g-1) 智能型球团抗压测量仪检测.采用Leica DMLP光学 显微镜分析焙烧球团矿的微观结构，进而揭示焙烧球 39.85 88.39 100 567 18 团的培烧及固结特性 表4球团原料配矿方案（质量分数） Table 4 Blending schemes of pellet feed % 原料 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# A矿 100 80 60 40 20 0 80 60 四 20 0 B矿 0 20 40 60 80 100 0 0 0 0 0 C矿 0 0 0 0 0 0 20 40 60 80 100 量.因此，应优化预热制度使预热球团入回转窑前获 2结果与讨论 得足够的强度 2.1球团预热性能 2.1.1预热条件对超细粒磁铁精矿配加国产磁铁精 预热的主要目的是使球团获得一定机械强度，以 矿预热球团强度的影响 保证球团在回转窑中培烧时不产生破碎及尽可能少的 预热温度和预热时间对超细粒磁铁矿配加国内磁 形成粉末，防止回转窑结圈，提高回转窑产量及产品质 铁矿的预热球团抗压强度的影响见图1.由此可知，随 900 (a) 5 700 ◆5# 800 4# 700 600 600 2 出 500 2# 500 # 400 400 300 300 200 800 850 200 900950 10001050 1520 25 预热温度℃ 预热时间加mim 图1预热制度对A矿配加B矿预热球团抗压强度的影响.(a)预热10mn:(b)1#球团预热温度1000℃，2#~6#球团预热温度950℃ Fig.1 Effect of preheating parameters on compressive strength of preheated pellets comprising ore A and B:(a)preheating for 10 min;(b)1#pre- heating at1000℃，2#-6年preheating at950℃

朱德庆等: 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 由表 2 可知,A 矿 - 0郾 044 mm 和 - 0郾 025 mm 的粒 级质量分数分别为 99郾 40% 和 96郾 79% ,比表面积高达 2254 cm 2·g - 1 . 与 A 矿相比,B 矿和 C 矿的粒度明显偏 粗,其中 - 0郾 074 mm 的粒级质量分数分别为 85郾 20% 和 84郾 83% ,但其比表面积分别为 1138 cm 2·g - 1和 1350 cm 2·g - 1 ,低于一般要求值(1500 ~ 1900 cm 2·g - 1 ),只能 基本满足造球对原料的粒度要求[15] . A 矿分别与 B 矿 或 C 矿搭配使用时,将有可能很好的满足造球工艺对 铁精矿粒度及比表面积的要求,并改善球团预热焙烧 性能. 本实验所采用的黏结剂为从国外进口的膨润土, 其物理性能如表 3 所示. 由此可见,该膨润土各项物 表 3 膨润土物理性能 Table 3 Physical properties of bentonite 吸兰量/ 10 - 2 蒙脱石质量 分数/ % 胶质价/ % 2 h 吸水率/ % 膨胀倍数/ (mL·g - 1 ) 39郾 85 88郾 39 100 567 18 化指标优于大多数国产膨润土,是一种优质的球团用 黏结剂[15鄄鄄16] ,尤其 2 h 吸水率高达 567% . 1郾 2 研究方法 试验采用表 4 所示的 11 组配矿方案准备造球原 料,焙烧球团矿为酸性球团矿. 试验流程模拟链篦机鄄鄄 回转窑氧化球团生产工艺. 采用圆盘造球机制备生 球,其直径为1000 mm,倾角47毅,转速28 r·min - 1 . 膨润 土的用量由最佳造球时间和最佳造球水分下生球落下 强度达到每 0郾 5 m 四次及抗压强度每个大于等于 10 N 的要求而确定,本研究中固定其用量为 1% . 将粒度为 10 ~ 12郾 5 mm 的生球在 105 益 下干燥 4 h 用于预热及 焙烧实验. 球团预热焙烧实验在 准50 mm 伊 600 mm 的 电热卧式管炉中进行,预热及焙烧过程在空气气氛中 进 行, 升 温 曲 线 及 球 团 抗 压 强 度 检 测 方 法 见 文 献[13,17] ,预热球团和焙烧球团的抗压强度采用 ZQYC鄄鄄 智能型球团抗压测量仪检测. 采用 Leica DMLP 光学 显微镜分析焙烧球团矿的微观结构,进而揭示焙烧球 团的焙烧及固结特性. 表 4 球团原料配矿方案(质量分数) Table 4 Blending schemes of pellet feed % 原料 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# A 矿 100 80 60 40 20 0 80 60 40 20 0 B 矿 0 20 40 60 80 100 0 0 0 0 0 C 矿 0 0 0 0 0 0 20 40 60 80 100 2 结果与讨论 图 1 预热制度对 A 矿配加 B 矿预热球团抗压强度的影响 郾 (a) 预热 10 min; (b) 1#球团预热温度 1000 益 ,2# ~ 6#球团预热温度 950 益 Fig. 1 Effect of preheating parameters on compressive strength of preheated pellets comprising ore A and B: (a) preheating for 10 min; (b) 1# pre鄄 heating at 1000 益 , 2#鄄鄄6# preheating at 950 益 2郾 1 球团预热性能 预热的主要目的是使球团获得一定机械强度,以 保证球团在回转窑中焙烧时不产生破碎及尽可能少的 形成粉末,防止回转窑结圈,提高回转窑产量及产品质 量. 因此,应优化预热制度使预热球团入回转窑前获 得足够的强度. 2郾 1郾 1 预热条件对超细粒磁铁精矿配加国产磁铁精 矿预热球团强度的影响 预热温度和预热时间对超细粒磁铁矿配加国内磁 铁矿的预热球团抗压强度的影响见图 1. 由此可知,随 ·685·

·686· 工程科学学报，第39卷，第5期 着预热温度的升高和预热时间的延长，预热球团的抗 磁铁精矿(A矿)配加国产磁铁精矿(B矿)后，混合 压强度不断增加.因为预热温度的提高不仅可促进球 铁精矿的粒度变粗，生球的孔隙率增加，球团预热过 团中磁铁矿颗粒氧化形成赤铁矿，赤铁矿颗粒间形成 程中氧气扩散变得容易，促进球团中Fe,O,氧化成 微晶连接桥：还可促进赤铁矿晶粒的长大及再结 Fe,O,新生赤铁矿颗粒间形成更多的Fe,O3微晶键 晶2,16 连接，有助于提高预热球团强度).因此，西澳超细 从图1(a)可见，两种单矿球团(1#-A矿球团， 粒磁铁精矿配加40%国产磁铁精矿时，表现在球团 6#-B矿球团)的预热性能均较差，当预热温度为 预热性能得到明显改善，球团预热温度降低100℃左 1050℃时，预热球团的抗压强度仅分别为每个502N 右，有利于节省能耗，降低生产成本，而且预热球团 和525N,但国产磁铁精矿(B矿)预热性能略优于西 抗压强度得到明显提高 澳超细粒磁铁精矿(A矿).在相同的预热条件下， 2.1.2预热条件对西澳超细粒磁铁精矿配加赤铁精 国产磁铁精矿(B矿)配比从0%增加到80%时，预 矿预热球团强度的影响 热球团抗压强度从每个502N(1#-A矿)增大到每个 西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿制备的预 819N(5#-20%A矿+80%B矿)，预热球团抗压强度 热球团抗压强度随预热温度及时间的变化结果见图 增长近30%.从图1(b)可见，配加40%~80%B 2.由此可见，对所有配料结构的球团而言(1#，7#~ 矿，在预热温度为950℃、预热时间12.5mim时，预热 11#),随着预热温度的升高及预热时间的延长，预热 球团的抗压强度均大于每个500N.这是因为超细粒 球团的抗压强度逐渐升高 650 700 7# 600 A8# 9 ≤600 0 7 500 1# 500 9# ◆10# 400 ◆10# 450 1# 300 411# 400 111# 200 350 100 300 800 850 900950 1000 1050 10 15 20 25 预热温度/℃ 预热时间/min 图2预热制度对A矿配加C矿预热球团抗压强度的影响.(a)预热10mn:(b)1#,8#球团预热温度1000℃，9#、10#、11#球团预热温度 1050℃，7#球团预热温度975℃ Fig.2 Effect of preheating parameters on compressive strength of preheated pellets of blends of ore A and C:(a)preheating for 10 min;(b)1#,8# preheating at1000℃，9#、10#、1l#preheating at1050℃，7#preheating at975℃ 由图2(a)可知，西澳超细粒磁铁精矿球团(1#)预20%时，预热球团抗压强度提高，但是超过20%时，预 热性能明显优于巴西赤铁精矿球团(11#)，当预热温热球团抗压强度下降：在C矿配比为60%时，预热球 度达到1050℃时，西澳超细粒磁铁精矿预热球团(1#团抗压强度与不配加C矿相似，超过60%C矿时，预 球团)抗压强度达到每个502N,而巴西赤铁精矿预热 热球团抗压强度比100%C矿还低.因此，适宜的C矿 球团(11#球团)抗压强度仅为每个304N.主要是因为 配比为20%~40%.因为配加少量巴西赤铁精矿后， A矿是磁铁精矿，Fe0氧化反应生成的Fe,03活性高， 球团的孔隙率得到提高，利于预热过程中磁铁矿的氧 预热球团形成Fe,0,微晶连接及少量Fe,0,晶粒长 化，磁铁矿氧化新生成活性高F,0,微晶，颗粒间形成 大，而巴西赤铁精矿无F0氧化反应，预热球团抗压微晶键连接.但是，赤铁矿配比增大后，在预热过程 强度明显低于磁铁矿，F,O,活性低，微晶连接程度 中，球团中原生赤铁矿颗粒形状不变，颗粒间产生的微 低，强度差.因此，通常通过配人磁铁精矿来提高其预 晶连接减少，预热球团抗压强度下降[ 热及培烧球团强度[).但是由于西澳磁铁精矿粒度 由图2(b)可见，配加40%C矿时，即使在预热温 过细，球团(1#球团)致密，相对于国产磁铁精矿而言， 度1000℃及预热时间25min的条件下，预热球团(8#) 其氧化速率慢.因此，配加赤铁精矿，可改善其氧化条 抗压强度仅达到每个497N.C矿配比大于60%后，即 件，从而强化其预热.随着C矿配比由0%增加到 使延长预热时间，预热球团矿的抗压强度远低每个

工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 着预热温度的升高和预热时间的延长,预热球团的抗 压强度不断增加. 因为预热温度的提高不仅可促进球 团中磁铁矿颗粒氧化形成赤铁矿,赤铁矿颗粒间形成 微晶连 接 桥; 还 可 促 进 赤 铁 矿 晶 粒 的 长 大 及 再 结 晶[2,16] . 从图 1( a) 可见,两种单矿球团(1 #鄄鄄 A 矿球团, 6#鄄鄄B矿球团) 的 预 热 性 能 均 较 差, 当 预 热 温 度 为 1050 益 时,预热球团的抗压强度仅分别为每个 502 N 和 525 N,但国产磁铁精矿(B 矿)预热性能略优于西 澳超细粒磁铁精矿( A 矿) . 在相同的预热条件下, 国产磁铁精矿( B 矿) 配比从 0% 增加到 80% 时,预 热球团抗压强度从每个 502 N(1#鄄鄄A 矿)增大到每个 819 N(5#鄄鄄20% A 矿 + 80% B 矿) ,预热球团抗压强度 增长近 30% . 从图 1 ( b) 可见,配加 40% ~ 80% B 矿,在预热温度为 950 益 、预热时间 12郾 5 min 时,预热 球团的抗压强度均大于每个 500 N. 这是因为超细粒 磁铁精矿(A 矿) 配加国产磁铁精矿( B 矿) 后,混合 铁精矿的粒度变粗,生球的孔隙率增加,球团预热过 程中氧气扩散变得容易,促进球团中 Fe3O4 氧化成 Fe2O3 ,新生赤铁矿颗粒间形成更多的 Fe2O3 微晶键 连接,有助于提高预热球团强度[11] . 因此,西澳超细 粒磁铁精矿配加 40% 国产磁铁精矿时,表现在球团 预热性能得到明显改善,球团预热温度降低 100 益 左 右,有利于节省能耗,降低生产成本,而且预热球团 抗压强度得到明显提高. 2郾 1郾 2 预热条件对西澳超细粒磁铁精矿配加赤铁精 矿预热球团强度的影响 西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿制备的预 热球团抗压强度随预热温度及时间的变化结果见图 2. 由此可见,对所有配料结构的球团而言(1 #,7 # ~ 11#),随着预热温度的升高及预热时间的延长,预热 球团的抗压强度逐渐升高. 图 2 预热制度对 A 矿配加 C 矿预热球团抗压强度的影响 郾 (a) 预热 10 min;(b) 1#、8#球团预热温度 1000 益 ,9#、10#、11#球团预热温度 1050 益 ,7#球团预热温度 975 益 Fig. 2 Effect of preheating parameters on compressive strength of preheated pellets of blends of ore A and C: (a) preheating for 10 min; (b) 1#、8# preheating at 1000 益 , 9#、10#、11# preheating at 1050 益 , 7# preheating at 975 益 由图 2(a)可知,西澳超细粒磁铁精矿球团(1#)预 热性能明显优于巴西赤铁精矿球团(11#),当预热温 度达到 1050 益时,西澳超细粒磁铁精矿预热球团(1# 球团)抗压强度达到每个 502 N,而巴西赤铁精矿预热 球团(11#球团)抗压强度仅为每个 304 N. 主要是因为 A 矿是磁铁精矿,FeO 氧化反应生成的 Fe2O3 活性高, 预热球团形成 Fe2O3 微晶连接及少量 Fe2O3 晶粒长 大,而巴西赤铁精矿无 FeO 氧化反应,预热球团抗压 强度明显低于磁铁矿,Fe2O3 活性低,微晶连接程度 低,强度差. 因此,通常通过配入磁铁精矿来提高其预 热及焙烧球团强度[18] . 但是由于西澳磁铁精矿粒度 过细,球团(1#球团)致密,相对于国产磁铁精矿而言, 其氧化速率慢. 因此,配加赤铁精矿,可改善其氧化条 件,从而强化其预热. 随着 C 矿配比由 0% 增加到 20% 时,预热球团抗压强度提高,但是超过 20% 时,预 热球团抗压强度下降;在 C 矿配比为 60% 时,预热球 团抗压强度与不配加 C 矿相似,超过 60% C 矿时,预 热球团抗压强度比 100% C 矿还低. 因此,适宜的 C 矿 配比为 20% ~ 40% . 因为配加少量巴西赤铁精矿后, 球团的孔隙率得到提高,利于预热过程中磁铁矿的氧 化,磁铁矿氧化新生成活性高 Fe2O3 微晶,颗粒间形成 微晶键连接. 但是,赤铁矿配比增大后,在预热过程 中,球团中原生赤铁矿颗粒形状不变,颗粒间产生的微 晶连接减少,预热球团抗压强度下降[19] . 由图 2(b)可见,配加 40% C 矿时,即使在预热温 度 1000 益及预热时间 25 min 的条件下,预热球团(8#) 抗压强度仅达到每个 497 N. C 矿配比大于 60% 后,即 使延长预热时间,预热球团矿的抗压强度远低每个 ·686·

朱德庆等：优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 ·687· 500N.因此，结合图2(a)、(b)可见，C矿适宜配比为 烧球团的抗压强度仅为每个1864N,远不能满足工 20%. 业生产对球团抗压强度达到每个2500N的要求.因 比较图1和图2可见，西澳超细粒磁铁精矿配加 此，西澳超细粒磁铁精矿球团的培烧性能远比国产 国产磁铁精矿时，球团预热性能优于配加巴西赤铁精 磁铁精矿球团培烧性能差.在相同的培烧条件下，当 矿，表现在不仅预热温度低，预热时间短，而且预热球 B矿配比从20%配加到80%时(2#~5#球团)，成品 团强度高 球团矿抗压强度明显增加，并均高于单一矿种的球 2.2球团焙烧性能 团矿(1#和6#球团).并且随着B矿配比逐渐增加， 由2.1节球团预热实验可知，西澳超细粒磁铁精 焙烧球团矿抗压强度达到每个2500N所需的焙烧温 矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿各配比球团 度逐渐降低.当B矿配比为80%时，在焙烧温度 的适宜预热制度分别为：1#，1000℃，20min:2#~5#, 1200℃、培烧时间15min条件下，焙烧球团矿的抗压 950℃，12.5min:6#,950℃，15min:7#,975℃，15min: 强度就能达到每个2815N.由图3(b)可见，1#球团 8#,1000℃，15min:9#,1050℃，15min:10#~11#, (A矿)在焙烧温度1300℃时即使将焙烧时间延长到 1050℃，20mim.所有配比的球团分别在上述预热温度 40min,其培烧球团矿抗压强度也仅为每个2313N.表明 和预热时间下获得预热球团再进行培烧实验 采用单一西澳超细磁铁精矿制备氧化球团，球团培烧 2.2.1培烧条件对西澳超细粒磁铁精矿配加国产磁 性能差，必须与其他矿种搭配使用.当A矿与B矿搭 铁精矿培烧球团强度的影响 配使用时，培烧球团矿抗压强度达到每个2500N所需 焙烧温度和焙烧时间对西澳超细粒磁铁精矿配加 时间明显缩短，当A矿配入20%B矿时，在焙烧温度 国产磁铁精矿焙烧球团抗压强度的影响见图3.由此 为1280℃时，培烧时间仅为7.5min.因此，国产磁铁 可见，随着焙烧温度提高及焙烧时间延长，焙烧球团抗 精矿与西澳超细粒磁铁精矿搭配使用制备球团矿，不 压强度均逐渐增大 仅可以降低球团焙烧温度，而且还能明显缩短培烧时 由图3(a)可见，对于两种单矿球团，B矿球团 间.尤其当国产磁铁精矿配比为60%时，球团适宜焙 (6#球团)在焙烧温度1280℃、焙烧时间15min时， 烧温度仅为1230℃，培烧温度降低幅度达到70℃，而 焙烧球团抗压强度为每个2642N.而A矿球团(1# 且培烧时间仅为10min,焙烧球团抗压强度高达每个 球团)在焙烧温度1300℃、焙烧时间为15min时，焙 3192N,比单一A矿高40% 4500 (b) 4000 5# 3500 潭4# 4# 3500 ▲3# 02# 3000 出 2500 2500 2000 2000 1500 1000 1500 500 1000 11251150117512001225125012751300 10152025303540 培烧温度℃ 焙烧时间/min 图3培烧制度对A矿配加B矿培烧球团抗压强度的影响.(a)培烧15m:(b)1#球团焙烧温度1300℃，2#球团培烧温度1280℃，3#球 团培烧温度1250℃，4#球团培烧温度1230℃，5#球团焙烧温度1200℃，6#球团焙烧温度1280℃ Fig.3 Effect of roasting parameters on compressive strength of fired pellets of blends of ore A and B:(a)roasting for 15 min;(b)1#roasting at 1300℃，2#roasting at1280℃，3#roasting at1250℃，4#roasting at1230℃，5#roasting at1200℃，6#roasting at1280℃ 2.2.2焙烧条件对西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤 图4(a)可见，对于单矿球团(1#球团-A矿，11#球团- 铁精矿焙烧球团强度的影响 C矿)，在焙烧温度1300℃、焙烧时间15min的条件 图4为西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿时 下，焙烧球团的抗压强度分别为每个1864N和1012N, 球团矿焙烧特性.由此可知，随着焙烧温度提高及焙 远低于工业生产对焙烧球团矿抗压强度大于每个 烧时间的延长，培烧球团矿的抗压强度不断增大.由 2500N的要求.因此，巴西赤铁精矿及西澳超细磁铁

朱德庆等: 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 500 N. 因此,结合图 2( a)、( b)可见,C 矿适宜配比为 20% . 比较图 1 和图 2 可见,西澳超细粒磁铁精矿配加 国产磁铁精矿时,球团预热性能优于配加巴西赤铁精 矿,表现在不仅预热温度低,预热时间短,而且预热球 团强度高. 2郾 2 球团焙烧性能 由 2郾 1 节球团预热实验可知,西澳超细粒磁铁精 矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿各配比球团 的适宜预热制度分别为:1#,1000 益 ,20 min;2# ~ 5#, 950 益 ,12郾 5 min;6#,950 益 ,15 min;7#,975 益 ,15 min; 8#,1000 益 ,15 min;9 #,1050 益 ,15 min;10 # ~ 11 #, 1050 益 ,20 min. 所有配比的球团分别在上述预热温度 和预热时间下获得预热球团再进行焙烧实验. 2郾 2郾 1 焙烧条件对西澳超细粒磁铁精矿配加国产磁 铁精矿焙烧球团强度的影响 焙烧温度和焙烧时间对西澳超细粒磁铁精矿配加 国产磁铁精矿焙烧球团抗压强度的影响见图 3. 由此 可见,随着焙烧温度提高及焙烧时间延长,焙烧球团抗 压强度均逐渐增大. 由图 3 ( a) 可见,对于两种单矿球团,B 矿球团 (6#球团)在焙烧温度 1280 益 、焙烧时间 15 min 时, 焙烧球团抗压强度为每个 2642 N. 而 A 矿球团(1 # 球团)在焙烧温度 1300 益 、焙烧时间为 15 min 时,焙 烧球团的抗压强度仅为每个 1864 N,远不能满足工 业生产对球团抗压强度达到每个 2500 N 的要求. 因 此,西澳超细粒磁铁精矿球团的焙烧性能远比国产 磁铁精矿球团焙烧性能差. 在相同的焙烧条件下,当 B 矿配比从 20% 配加到 80% 时(2# ~ 5#球团) ,成品 球团矿抗压强度明显增加,并均高于单一矿种的球 团矿(1#和 6#球团) . 并且随着 B 矿配比逐渐增加, 焙烧球团矿抗压强度达到每个 2500 N 所需的焙烧温 度逐渐 降 低. 当 B 矿 配 比 为 80% 时,在 焙 烧 温 度 1200 益 、焙烧时间 15 min 条件下,焙烧球团矿的抗压 强度就能达到每个 2815 N. 由图 3( b) 可见,1#球团 (A 矿)在焙烧温度 1300 益 时即使将焙烧时间延长到 40min,其焙烧球团矿抗压强度也仅为每个2313N. 表明 采用单一西澳超细磁铁精矿制备氧化球团,球团焙烧 性能差,必须与其他矿种搭配使用. 当 A 矿与 B 矿搭 配使用时,焙烧球团矿抗压强度达到每个 2500 N 所需 时间明显缩短,当 A 矿配入 20% B 矿时,在焙烧温度 为 1280 益 时,焙烧时间仅为 7郾 5 min. 因此,国产磁铁 精矿与西澳超细粒磁铁精矿搭配使用制备球团矿,不 仅可以降低球团焙烧温度,而且还能明显缩短焙烧时 间. 尤其当国产磁铁精矿配比为 60% 时,球团适宜焙 烧温度仅为 1230 益 ,焙烧温度降低幅度达到 70 益 ,而 且焙烧时间仅为 10 min,焙烧球团抗压强度高达每个 3192 N,比单一 A 矿高 40% . 图 3 焙烧制度对 A 矿配加 B 矿焙烧球团抗压强度的影响 郾 (a) 焙烧 15 min; (b) 1#球团焙烧温度 1300 益 ,2#球团焙烧温度 1280 益 ,3#球 团焙烧温度 1250 益 ,4#球团焙烧温度 1230 益 ,5#球团焙烧温度 1200 益 ,6#球团焙烧温度 1280 益 Fig. 3 Effect of roasting parameters on compressive strength of fired pellets of blends of ore A and B: (a) roasting for 15 min; ( b) 1# roasting at 1300 益 , 2# roasting at 1280 益 , 3# roasting at 1250 益 , 4# roasting at 1230 益 , 5# roasting at 1200 益 , 6# roasting at 1280 益 2郾 2郾 2 焙烧条件对西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤 铁精矿焙烧球团强度的影响 图 4 为西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿时 球团矿焙烧特性. 由此可知,随着焙烧温度提高及焙 烧时间的延长,焙烧球团矿的抗压强度不断增大. 由 图 4(a)可见,对于单矿球团(1#球团鄄鄄 A 矿,11#球团鄄鄄 C 矿),在焙烧温度 1300 益 、焙烧时间 15 min 的条件 下,焙烧球团的抗压强度分别为每个 1864 N 和 1012 N, 远低于工业生产对焙烧球团矿抗压强度大于每个 2500 N 的要求. 因此,巴西赤铁精矿及西澳超细磁铁 ·687·

·688· 工程科学学报，第39卷，第5期 3000间 2800b) ●7料 7# 2500 2600 2400 2000 8# 2200 1# 2000 9# 1500 10 1800 1600 1000 1400 1200 500 1000叶 1150117512001225125012751300 152025303540 焙烧温度℃ 培烧时间/min 图4培烧制度对A矿配加C矿不同配矿方案培烧球团抗压强度的影响.(a)焙烧时间15mm:(b)1#球团培烧温度1300℃，7#球团培烧 温度1280℃，8#9#，10#、11#球团培烧温度1300℃ Fig.4 Effect of roasting parameters on compressive strength of fired pellets of blends of ore A and C:(a)roasting for 15 min;(b)1#roasting at 1300℃，7#roasting at1280℃，8#，9#，10#and11#roasting at1300℃ 精矿分别单独用于球团制备时其培烧性能均较差，但 焙烧球团矿强度起主要作用6).因此，Fe,O,晶粒的 西澳超细磁铁精矿球团(1#球团)培烧性能远优于巴 结晶程度是关键.西澳超细粒磁铁精矿配加国产磁铁 西赤铁精矿球团(11#球团). 精矿焙烧球团的微观结构见图5.由此可见，对于两种 由图4(a)还可见，当巴西赤铁精矿配比为20%~ 单矿球团(1#，6#球团)，1#球团（西澳超细磁铁精矿A 40%(7#8#球团)时，焙烧球团抗压强度均高于单一 矿)中F20,晶粒发育差，晶粒细小，互联程度不高，晶 西澳超细磁铁精矿球团(1#球团)：当巴西赤铁精矿配 粒之间的间隙大，固结特性差.而6#球团（国产磁铁 比为60%~80%时，焙烧球团矿(9#、10#球团)抗压强 精矿B矿)中Fe,0晶粒发育良好，互连程度高，基本 度均低于单一西澳超细磁铁精矿球团(1#球团)，但仍 连接成片，单独粒状少，孔洞减少，孔隙率下降.当西 远高于单一巴西赤铁精矿球团(11#球团).因此，巴西 澳超细粒磁铁精矿中配加国产磁铁矿(B矿)后，随着 赤铁精矿的适宜配比为20%，在焙烧温度1280℃、焙 国产磁铁精矿配比从20%增加到80%时，培烧球团矿 烧时间15min时，焙烧球团矿的抗压强度为每个2630N. 中Fe,0,晶粒发育明显变好，晶粒间的互联程度逐渐 由图4(b)可见，配加40%巴西赤铁精矿时，在焙烧温 提高，增大了赤铁矿颗粒间的接触面积，空洞减少，球 度1300℃、焙烧时间35min时，焙烧球团矿(8#球团) 团孔隙率降低（见图6(a)),使颗粒间的固结紧密，从 的抗压强度达到每个2513N.配比大于60%后，即使 而大大提高焙烧球团矿的抗压强度.图6(a)培烧球 延长焙烧时间，焙烧球团矿的抗压强度远低于单一西 团矿孔隙率变化规律与图5微观照片中孔洞大小及数 澳超细磁铁精矿球团，而且焙烧球团矿的抗压强度远 量规律相一致. 小于每个2500N.因此，巴西赤铁精矿的适宜配比在 西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿焙烧球团 20%~40%,适宜的培烧制度为：焙烧温度1280~ 的微观结构见图7.由图中1#与11#照片相比可知，巴 1300℃、焙烧时间15~35min. 西赤铁精矿球团(11#球团)中赤铁矿晶粒发育更差， 对比图3和图4可知，西澳超细粒磁铁精矿与国 晶粒之间的间隙大，孔洞多，F,0,晶粒细小且互连程 产磁铁精矿搭配制备的球团培烧性能远优于与巴西赤 度低，所以球团抗压强度更低.然而，当巴西赤铁精矿 铁精矿搭配制备的球团，不仅焙烧温度低，焙烧时间 配比为20%时，球团中赤铁矿经过再结晶和晶粒长大 短，而且成品球团抗压强度高.可见，西澳超细粒磁铁 连接成片，晶体发育状况最好，孔洞相应最少.此后， 精矿配加国产磁铁精矿或巴西赤铁精矿焙烧球团性能 随着巴西赤铁矿配比提高，球团矿中Fe,O,再结晶晶 的规律与球团预热所得规律一致. 粒变小，由互连晶向分散的粒状过度，孔洞较多，球团 2.3矿种及其配比对球团矿固结特性的影响 孔隙率逐渐提高（见图6(b),尤其是100%赤铁矿 球团经过预热及焙烧固结后，氧化生成的Fe0, 时，以散点状晶体为主，赤铁矿晶粒细小，再结晶程度 晶粒再结晶及晶粒长大，相互紧密连接成片，进而提高 很低，焙烧球团矿孔隙率达56.50%，因此焙烧球团矿 球团矿的强度，此为氧化球团固相固结的主要形式，对 抗压强度最低

工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 图 4 焙烧制度对 A 矿配加 C 矿不同配矿方案焙烧球团抗压强度的影响 郾 (a) 焙烧时间 15 min; (b) 1#球团焙烧温度 1300 益 ,7#球团焙烧 温度 1280 益 ,8#、9#、10#、11#球团焙烧温度 1300 益 Fig. 4 Effect of roasting parameters on compressive strength of fired pellets of blends of ore A and C: (a) roasting for 15 min; ( b) 1# roasting at 1300 益 , 7# roasting at 1280 益 , 8#, 9#, 10# and 11# roasting at 1300 益 精矿分别单独用于球团制备时其焙烧性能均较差,但 西澳超细磁铁精矿球团(1#球团)焙烧性能远优于巴 西赤铁精矿球团(11#球团). 由图 4(a)还可见,当巴西赤铁精矿配比为 20% ~ 40% (7#、8#球团)时,焙烧球团抗压强度均高于单一 西澳超细磁铁精矿球团(1#球团);当巴西赤铁精矿配 比为 60% ~ 80% 时,焙烧球团矿(9#、10#球团)抗压强 度均低于单一西澳超细磁铁精矿球团(1#球团),但仍 远高于单一巴西赤铁精矿球团(11#球团). 因此,巴西 赤铁精矿的适宜配比为 20% ,在焙烧温度 1280 益 、焙 烧时间15 min 时,焙烧球团矿的抗压强度为每个 2630 N. 由图 4(b)可见,配加 40% 巴西赤铁精矿时,在焙烧温 度 1300 益 、焙烧时间 35 min 时,焙烧球团矿(8#球团) 的抗压强度达到每个 2513 N. 配比大于 60% 后,即使 延长焙烧时间,焙烧球团矿的抗压强度远低于单一西 澳超细磁铁精矿球团,而且焙烧球团矿的抗压强度远 小于每个 2500 N. 因此,巴西赤铁精矿的适宜配比在 20% ~ 40% ,适宜的焙烧制度为:焙烧温度 1280 ~ 1300 益 、焙烧时间 15 ~ 35 min. 对比图 3 和图 4 可知,西澳超细粒磁铁精矿与国 产磁铁精矿搭配制备的球团焙烧性能远优于与巴西赤 铁精矿搭配制备的球团,不仅焙烧温度低,焙烧时间 短,而且成品球团抗压强度高. 可见,西澳超细粒磁铁 精矿配加国产磁铁精矿或巴西赤铁精矿焙烧球团性能 的规律与球团预热所得规律一致. 2郾 3 矿种及其配比对球团矿固结特性的影响 球团经过预热及焙烧固结后,氧化生成的 Fe2O3 晶粒再结晶及晶粒长大,相互紧密连接成片,进而提高 球团矿的强度,此为氧化球团固相固结的主要形式,对 焙烧球团矿强度起主要作用[16] . 因此, Fe2O3 晶粒的 结晶程度是关键. 西澳超细粒磁铁精矿配加国产磁铁 精矿焙烧球团的微观结构见图 5. 由此可见,对于两种 单矿球团(1#,6#球团),1#球团(西澳超细磁铁精矿 A 矿)中 Fe2O3 晶粒发育差,晶粒细小,互联程度不高,晶 粒之间的间隙大,固结特性差. 而 6#球团(国产磁铁 精矿 B 矿)中 Fe2O3 晶粒发育良好,互连程度高,基本 连接成片,单独粒状少,孔洞减少,孔隙率下降. 当西 澳超细粒磁铁精矿中配加国产磁铁矿(B 矿)后,随着 国产磁铁精矿配比从 20% 增加到 80% 时,焙烧球团矿 中 Fe2O3 晶粒发育明显变好,晶粒间的互联程度逐渐 提高,增大了赤铁矿颗粒间的接触面积,空洞减少,球 团孔隙率降低(见图 6( a)),使颗粒间的固结紧密,从 而大大提高焙烧球团矿的抗压强度. 图 6( a) 焙烧球 团矿孔隙率变化规律与图 5 微观照片中孔洞大小及数 量规律相一致. 西澳超细粒磁铁精矿配加巴西赤铁精矿焙烧球团 的微观结构见图 7. 由图中 1#与 11#照片相比可知,巴 西赤铁精矿球团(11#球团)中赤铁矿晶粒发育更差, 晶粒之间的间隙大,孔洞多,Fe2O3 晶粒细小且互连程 度低,所以球团抗压强度更低. 然而,当巴西赤铁精矿 配比为 20% 时,球团中赤铁矿经过再结晶和晶粒长大 连接成片,晶体发育状况最好,孔洞相应最少. 此后, 随着巴西赤铁矿配比提高,球团矿中 Fe2O3 再结晶晶 粒变小,由互连晶向分散的粒状过度,孔洞较多,球团 孔隙率逐渐提高(见图 6 ( b)),尤其是 100% 赤铁矿 时,以散点状晶体为主,赤铁矿晶粒细小,再结晶程度 很低,焙烧球团矿孔隙率达 56郾 50% ,因此焙烧球团矿 抗压强度最低. ·688·

朱德庆等：优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 ·689· 100μm 100m 100m 100um 100um 图5配加国内磁铁矿焙烧球团的微观结构(H表示赤铁矿(F©203)：P表示孔洞) Fig.5 Effects of domestic magnetite ratio on the microstructure of roasted pellets H represents hematite(Fe,0):P represents the hole) 对比图5和图7可知，西澳超细粒磁铁精矿分别F,O,氧化生成Fe,O,再结晶及晶粒长大的固相固结 配加20%粒度较粗的国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿外，球团焙烧过程中适量的液相能促使颗粒靠近，拉 后，焙烧球团矿质量均得到改善，且改善效果接近.但 紧，并重新排列，使球团焙烧过程中产生收缩，结构致 是，当配矿比例超过20%时，国产磁铁精矿和巴西赤 密化，从而促进球团的紧密固结20].配加国产磁铁 铁精矿由于矿种差异，效果明显不同.随着国产磁铁 精矿后，球团中形成液相所需的Ca0、AL,O3含量增加 精矿配比增加球团矿质量改善效果越好.而巴西赤铁 (由表1可知，西澳超细粒磁铁精矿中Ca0、AL,0,含量 精矿配比超过20%后，球团矿质量却逐渐恶化.这是 很低)，球团焙烧过程中形成的适量液相，促进培烧球 由于配加粗粒度的国产磁铁精矿后，增加球团孔隙率， 团的紧密固结).对于赤磁混合铁精矿球团而言，其 改善球团的氧化过程，磁铁矿氧化生成的赤铁矿晶粒 固结机理主要是依靠磁铁矿氧化生成的高活性Fe,O, 在高温培烧过程中产生再结晶和聚晶长大，颗粒间互 晶粒与原生赤铁矿中Fe,0,晶粒，在较高焙烧温度下， 连程度高，孔隙率降低。另一方面，磁铁矿球团除以 颗粒间Fe,O,再结晶及晶粒长大互连，使球团达到较

朱德庆等: 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 图 5 配加国内磁铁矿焙烧球团的微观结构(H 表示赤铁矿(Fe2O3 );P 表示孔洞) Fig. 5 Effects of domestic magnetite ratio on the microstructure of roasted pellets (H represents hematite(Fe2O3 );P represents the hole) 对比图 5 和图 7 可知,西澳超细粒磁铁精矿分别 配加 20% 粒度较粗的国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿 后,焙烧球团矿质量均得到改善,且改善效果接近. 但 是,当配矿比例超过 20% 时,国产磁铁精矿和巴西赤 铁精矿由于矿种差异,效果明显不同. 随着国产磁铁 精矿配比增加球团矿质量改善效果越好. 而巴西赤铁 精矿配比超过 20% 后,球团矿质量却逐渐恶化. 这是 由于配加粗粒度的国产磁铁精矿后,增加球团孔隙率, 改善球团的氧化过程,磁铁矿氧化生成的赤铁矿晶粒 在高温焙烧过程中产生再结晶和聚晶长大,颗粒间互 连程度高,孔隙率降低. 另一方面,磁铁矿球团除以 Fe3O4氧化生成 Fe2O3 再结晶及晶粒长大的固相固结 外,球团焙烧过程中适量的液相能促使颗粒靠近,拉 紧,并重新排列,使球团焙烧过程中产生收缩,结构致 密化,从而促进球团的紧密固结[20鄄鄄23] . 配加国产磁铁 精矿后,球团中形成液相所需的 CaO、Al 2O3 含量增加 (由表 1 可知,西澳超细粒磁铁精矿中 CaO、Al 2O3 含量 很低),球团焙烧过程中形成的适量液相,促进焙烧球 团的紧密固结[13] . 对于赤磁混合铁精矿球团而言,其 固结机理主要是依靠磁铁矿氧化生成的高活性 Fe2O3 晶粒与原生赤铁矿中 Fe2O3 晶粒,在较高焙烧温度下, 颗粒间 Fe2O3 再结晶及晶粒长大互连,使球团达到较 ·689·

690· 工程科学学报，第39卷，第5期 2800 60 4000 (b) 8763432 2600 55 3500 2400 45 3000 40 2500 35 2000 140 30 1200 25 1500 0 20 4060 80 100 0 20 4060 80100 B矿配比% C矿配比/% 图6B矿或C矿配比对培烧球团抗压强度及孔隙率的影响.(a)A配加B:(b)A配加C Fig.6 Effect of proportion of B or C on compressive strength and porosity of fired pellets:(a)A blending B;(b)A blending C 7# H 100μm 100m 100 10# .100m 图7巴西赤铁矿配比对培烧球团微观结构的影响(H表示赤铁矿(F©2O,):P表示孔洞) Fig.7 Effects of Brazilian hematite ratio on the microstructure of roasted pellets (H represents hematite(Fe,O,);P represents the hole)

工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 图 6 B 矿或 C 矿配比对焙烧球团抗压强度及孔隙率的影响 郾 (a) A 配加 B; (b) A 配加 C Fig. 6 Effect of proportion of B or C on compressive strength and porosity of fired pellets: (a) A blending B; (b) A blending C 图 7 巴西赤铁矿配比对焙烧球团微观结构的影响(H 表示赤铁矿(Fe2O3 );P 表示孔洞) Fig. 7 Effects of Brazilian hematite ratio on the microstructure of roasted pellets (H represents hematite(Fe2O3 );P represents the hole) ·690·

朱德庆等：优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 ·691· 高强度[].配加20%巴西赤铁精矿时，氧化生成活性 沙：中南大学出版社，2005) 较高的Fe,0,颗粒将原生赤铁矿中Fe,0,颗粒连接或 [2]Zhang Y M.Theory and Technology of Pelletizing.Beijing:Metal- 包围，在较高焙烧温度下新生赤铁矿颗粒与原生赤铁 lurgical Industry Press,2008 (张一敏.球团理论与工艺.北京：治金工业出版社，2008) 矿颗粒间Fe,0,再结晶充分发育，颗粒间互连程度较 [3]Xu M X.Present situation and development trend of pellet produc- 高，从而提高球团矿强度.而随着巴西赤铁精矿配比 tion technology in China in the new century [J/OL].Polaris En- 增加，球团中原生的赤铁矿颗粒增加（由前面研究可 rironmental Netcork (2016-5-25)[2017-4-14].http://huan- 知，单一巴西赤铁精矿球团的预热和培烧性能均较差， bao.bjx.com.cn/news/20160525/736553.shtml 球团矿中Fe,0,晶粒互连程度较低)，且活性低，焙烧 (许满兴.新世纪我国球团生产技术现状及发展趋势[/0L] 过程中新生赤铁矿颗粒与原生赤铁矿颗粒间Fe,0,再 北极星环保网(2016-5-25)[2017-4-14].htp://huanbao 结晶发育不充分，晶粒间互连程度低，培烧球团孔隙率 bjx.com.cn/news/20160525/736553.shtml) 高，球团矿强度差 [4]Liu D.Status quo and analysis of China's iron ore import in recent years.Met Mine,2009(1):12 3结论 (刘动.近年我国进口铁矿石的现状与分析.金属矿山，2009 (1):12) (1)单一西澳超细粒磁铁精矿球团的预热及焙烧 [5]Chen X L.China's iron ore import situation analysis in 2014 and 性能较差，在预热温度为1050℃、预热时间10min及 market forecast in 2015.China Steel,2015(3):21 焙烧温度1300℃、焙烧时间40min的条件下，预热球团 (陈新良.2014年我国铁矿石进口情况分析及2015年市场预 和成品球团矿抗压强度分别为每个502N和2313N 测.中国钢铁业，2015(3)：21) (2)分别配加国产磁铁精矿或巴西赤铁精矿可以 [6] Fan X H,Yuan X L,Jiang T,et al.Effect of particle size distri- 显著改善西澳超细粒磁铁精矿球团的预热及培烧性 bution of concentrate on palletizing quality.Chin Nonferrous Mt,2006,16(11):1965 能.与100%A矿球团相比，随国产磁铁精矿配比增 (范晓慧，袁晓丽，姜涛，等.铁精矿粒度对球团强度的影响 加，适宜的球团预热和焙烧温度分别降低50℃和 中国有色金属学报.2006,16(11)：1965) 20℃~100℃，焙烧时间缩短了25min.巴西赤铁精矿 [7]Wang C A,Luo L M.The influence of pelletizing quality by using 的适宜配比为20%，在预热温度975℃、预热时间 different size distribution of concentrate.J Wuhan Inst Chem 15min及焙烧温度1280℃、焙烧时间15min的条件下， Tech,2005,27(2):38 预热球团和焙烧球团矿压强度分别为每个505N和 (王昌安，罗廉明.铁精矿粒度组成对球团质量的影响.武汉 2630N. 化工学院学报，2005,27(2)：38) [8]Jang C W,Fu J Y,Li S D,et al.Study on the induration proper- (3)焙烧球团矿的固结特性表明：西澳超细磁铁 ty of aoshan magnetite concentrates pellets.I Cent South Univ 精矿配加国产磁铁精矿后，焙烧球团矿中F,0,晶粒 Technol.1998,29(5):435 充分发育，晶粒粗大，晶粒间互联程度高，孔洞减少，孔 (姜昌伟，傅菊英，李思导，等.凹山磁铁精矿球团焙烧特性 隙率低，使颗粒间的固结紧密，从而大大提高培烧球团 研究.中南工业大学学报，1998,29(5)：435) 矿的抗压强度.西澳超细粒磁铁精矿配加20%巴西赤 [9]Kang X D,Xia CC,Chen Z Y,et al.Experimental research on 铁精矿的焙烧球团中，F,0,晶粒发育良好，赤铁矿晶 improving the quality of pellet made of Daye iron concentrate.Met 粒长大，基本上连接成片，孔隙率较低，颗粒间固结较 Mine,2008(10):67 为紧密 (康兴东，夏春才，陈志英，等。提高大冶铁精矿球团质量的 试验研究.金属矿山，2008(10)：67) (4)优化配矿可以明显改善西澳超细粒磁铁精矿 [10]Fan J J,Zhang W P.Liu C G,et al.Effect of preheating and 球团预热及焙烧性能，提高该资源的有效利用程度 roasting parameters on pellet property of super-fine magnetite con- 同时，无需对粒度较粗的国产磁铁精矿和比表面积较 centrate.Iron Steel,2013,48(12):20 低的巴西赤铁精矿进行预处理，可以缩短球团生产工 (范建军，张文平，刘慈光，等.预热培烧参数对超细粒度磁 序，降低生产成本，节省能耗. 铁矿粉球团性能的影响.钢铁，2013,48(12)：20) [11]Fan JJ,Zhang W P,Liu C G,et al.Effect of particle size dis- tribution of magnetite concentrate on preheating and roasting pa- 参考文献 rameters of pellet.Iron Steel,2014,49(11):20 [1]Fu J Y,Zhu D Q.Fundamentals,Technology and Equipments of (范建军.张文平，刘慈光，等.磁铁矿粉粒度对球团矿预热 Iron Ore Pelletization.Changsha:Central South University Press, 培烧性能的影响.钢铁，2014,49(11)：20) 2005 [12]Guo Y F,Weng WJ,Jiang T,et al.Producing oxidized pellets (傅菊英，朱德庆.铁矿氧化球团基本原理.工艺及设备.长 with magnetite concentrate pretrealed by high pressure roller

朱德庆等: 优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究 高强度[19] . 配加 20% 巴西赤铁精矿时,氧化生成活性 较高的 Fe2O3 颗粒将原生赤铁矿中 Fe2O3 颗粒连接或 包围,在较高焙烧温度下新生赤铁矿颗粒与原生赤铁 矿颗粒间 Fe2O3 再结晶充分发育,颗粒间互连程度较 高,从而提高球团矿强度. 而随着巴西赤铁精矿配比 增加,球团中原生的赤铁矿颗粒增加(由前面研究可 知,单一巴西赤铁精矿球团的预热和焙烧性能均较差, 球团矿中 Fe2O3 晶粒互连程度较低),且活性低,焙烧 过程中新生赤铁矿颗粒与原生赤铁矿颗粒间 Fe2O3 再 结晶发育不充分,晶粒间互连程度低,焙烧球团孔隙率 高,球团矿强度差. 3 结论 (1)单一西澳超细粒磁铁精矿球团的预热及焙烧 性能较差,在预热温度为 1050 益 、预热时间 10 min 及 焙烧温度1300 益 、焙烧时间40 min 的条件下,预热球团 和成品球团矿抗压强度分别为每个502 N 和2313 N. (2)分别配加国产磁铁精矿或巴西赤铁精矿可以 显著改善西澳超细粒磁铁精矿球团的预热及焙烧性 能. 与 100% A 矿球团相比,随国产磁铁精矿配比增 加,适宜的球团预热和焙烧温度分别降低 50 益 和 20 益 ~ 100 益 ,焙烧时间缩短了 25 min. 巴西赤铁精矿 的适宜配比为 20% ,在预热温度 975 益 、预热时间 15 min及焙烧温度 1280 益 、焙烧时间 15 min 的条件下, 预热球团和焙烧球团矿压强度分别为每个 505 N 和 2630 N. (3)焙烧球团矿的固结特性表明:西澳超细磁铁 精矿配加国产磁铁精矿后,焙烧球团矿中 Fe2O3 晶粒 充分发育,晶粒粗大,晶粒间互联程度高,孔洞减少,孔 隙率低,使颗粒间的固结紧密,从而大大提高焙烧球团 矿的抗压强度. 西澳超细粒磁铁精矿配加 20% 巴西赤 铁精矿的焙烧球团中,Fe2O3 晶粒发育良好,赤铁矿晶 粒长大,基本上连接成片,孔隙率较低,颗粒间固结较 为紧密. (4)优化配矿可以明显改善西澳超细粒磁铁精矿 球团预热及焙烧性能,提高该资源的有效利用程度. 同时,无需对粒度较粗的国产磁铁精矿和比表面积较 低的巴西赤铁精矿进行预处理,可以缩短球团生产工 序,降低生产成本,节省能耗. 参 考 文 献 [1] Fu J Y, Zhu D Q. Fundamentals, Technology and Equipments of Iron Ore Pelletization. Changsha: Central South University Press, 2005 (傅菊英, 朱德庆. 铁矿氧化球团基本原理. 工艺及设备. 长 沙: 中南大学出版社, 2005) [2] Zhang Y M. Theory and Technology of Pelletizing. Beijing: Metal鄄 lurgical Industry Press, 2008 (张一敏. 球团理论与工艺. 北京: 冶金工业出版社, 2008) [3] Xu M X. Present situation and development trend of pellet produc鄄 tion technology in China in the new century [J/ OL]. Polaris En鄄 vironmental Network (2016鄄鄄5鄄鄄25) [2017鄄鄄4鄄鄄14]. http: / / huan鄄 bao. bjx. com. cn / news/ 20160525 / 736553. shtml (许满兴. 新世纪我国球团生产技术现状及发展趋势[J/ OL]. 北极星环保网 (2016鄄鄄5鄄鄄25) [2017鄄鄄4鄄鄄14]. http: / / huanbao. bjx. com. cn / news/ 20160525 / 736553. shtml) [4] Liu D. Status quo and analysis of China蒺s iron ore import in recent years. Met Mine, 2009(1): 12 (刘动. 近年我国进口铁矿石的现状与分析. 金属矿山, 2009 (1):12) [5] Chen X L. China蒺s iron ore import situation analysis in 2014 and market forecast in 2015. China Steel, 2015(3): 21 (陈新良. 2014 年我国铁矿石进口情况分析及 2015 年市场预 测. 中国钢铁业, 2015(3): 21) [6] Fan X H, Yuan X L, Jiang T, et al. Effect of particle size distri鄄 bution of concentrate on palletizing quality. Chin J Nonferrous Met, 2006, 16(11): 1965 (范晓慧, 袁晓丽, 姜涛, 等. 铁精矿粒度对球团强度的影响. 中国有色金属学报, 2006, 16(11): 1965) [7] Wang C A, Luo L M. The influence of pelletizing quality by using different size distribution of concentrate. J Wuhan Inst Chem Tech, 2005, 27(2): 38 (王昌安, 罗廉明. 铁精矿粒度组成对球团质量的影响. 武汉 化工学院学报, 2005, 27(2): 38) [8] Jang C W, Fu J Y, Li S D, et al. Study on the induration proper鄄 ty of aoshan magnetite concentrates pellets. J Cent South Univ Technol, 1998, 29(5): 435 (姜昌伟, 傅菊英, 李思导, 等. 凹山磁铁精矿球团焙烧特性 研究. 中南工业大学学报, 1998, 29(5): 435) [9] Kang X D, Xia C C, Chen Z Y, et al. Experimental research on improving the quality of pellet made of Daye iron concentrate. Met Mine, 2008(10): 67 (康兴东, 夏春才, 陈志英, 等. 提高大冶铁精矿球团质量的 试验研究. 金属矿山, 2008(10): 67) [10] Fan J J, Zhang W P, Liu C G, et al. Effect of preheating and roasting parameters on pellet property of super鄄fine magnetite con鄄 centrate. Iron Steel, 2013, 48(12): 20 (范建军, 张文平, 刘慈光, 等. 预热焙烧参数对超细粒度磁 铁矿粉球团性能的影响. 钢铁, 2013, 48(12): 20) [11] Fan J J, Zhang W P, Liu C G, et al. Effect of particle size dis鄄 tribution of magnetite concentrate on preheating and roasting pa鄄 rameters of pellet. Iron Steel, 2014, 49(11): 20 (范建军, 张文平, 刘慈光, 等. 磁铁矿粉粒度对球团矿预热 焙烧性能的影响. 钢铁, 2014, 49(11): 20) [12] Guo Y F, Weng W J, Jiang T, et al. Producing oxidized pellets with magnetite concentrate pretrealed by high pressure roller ·691·

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