.864. 北京科技大学学报 第35卷 表2煤粉的工业分析结果（质量分数） 压强度和落下强度测试.落下强度检测是将球团置 Table 2 Industrial analysis results of the pulverized coal 于1.0m的高处，使其自由落到10mm厚的钢板 还原剂种类 Cd Vd Ad 上，测得球团破裂时的落下次数，分别测定10个球 阳泉无烟煤 79.77 8.63 11.60 团，取落下次数的平均值作为球团的落下强度：抗 神木烟煤 57.52 34.52 7.96 压强度检测是将球团置于压力测试机上，缓慢进行 注：Cd一空气干燥基固定碳：Vd一干燥无灰基挥发分：Ad一 加压，测得球团破裂时的压力值，分别测定10个球 干燥基灰分 团，取其压力的平均值作为抗压强度 (3)熔剂.由于矿粉含有一定的硫，当加入煤粉 2 成球机理讨论 时，也会带入部分的硫，为了以后工序脱硫过程的 当采用压球工艺对红土镍矿进行冷固结时，球 顺利进行以及调节渣成分的要求，需配入一定量的 团主要的结合力是分子间作用力，分子间的相互作 熔剂.本研究选用分析纯的CaO作为熔剂. 用力可用以下关系式表示： (4)黏结剂.为了使压球过程顺利进行、提高球 团的强度，通常需要向混合料中加入一定量的黏结 F=- 剂.本研究选用分析纯的膨润土作为黏结剂，进行 式中：m和n分别为大于0的常数：入为m对应 压球实验 的比例系数，取值范围为9<入<15：t为n对应的 1.2实验方案 比例系数，取值范围为4<t<7:r为分子之间的距 红士镍矿含碳球团压球工艺流程如图3所示. 离.分子间同时存在引力和斥力，实际表现出来的 将红土镍矿在恒温干燥箱中烘干，充分脱除其中的 分子力是分子间引力和分子间斥力的合力.在上述 自由水，破碎、磨细至适宜的粒度：还原剂烘干后 关系式中，前一项代表分子间斥力，后一项代表分 经密封制样机破碎，再用不同粒级的筛子对其进行 子间引力.从上式可以看出，分子间引力和斥力都 筛分，可分别得到粒级为37.575m,75~150m 随分子间的距离？的增大而减小，且斥力比引力随 和150~300m的煤粉.根据预先指定的方案分别 r的增大而衰减的快.在压球过程中，物料颗粒的 称取一定量的红土镍矿、还原剂、熔剂、黏结剂和 分子相互靠近，当分子间距离缩小到一定数值时， 水，加入混碾机中，经充分混匀后，送入对辊压球 分子力表现为引力，且随着分子间距离？的减少而 机压制成40mm×25mm×20mm的椭圆形球团，对 增大，从而可以使球团保持一定的强度.若分子间 球团进行抗压强度和落下强度检测.然后分别讨论 的距离继续缩小，则分子力将逐渐由分子引力转变 煤粉种类、煤粉粒度、煤粉添加量、水分添加量及 成分子斥力，不利于球团强度的提高.因此，在压 黏结剂添加量对球团强度的影响，最后得到最佳的 球过程中，如果过多的增大压球压力，将对提高球 球团制备方案 团的强度无益，有时甚至产生负面的影响 红土矿粉 煤粉、熔剂 黏结剂、水 当红土矿粉中加入黏结剂和水后，则矿粉颗粒 与水、黏结剂接触，颗粒表面被水浸润、包裹和吸 混碾机混合 附，水膜的表面张力将使矿物颗粒凝聚在一起：同 对辊压球机压球 时，由于物料颗粒表面形状不同，黏结剂分子能够 渗透到颗粒表面裂缝以及颗粒之间的空隙中，增大 湿球 了颗粒间的接触面积，使分子间作用力得到更好的 强度检测> 传递，从而使球团的强度得到提高 烘干养护 3分析及讨论 干球 3.1红土镍矿的成球性能 对于矿粉的成球性能来说，矿粉的塑性越大， 强度检测 则压团时的阻力越小，颗粒越易产生塑性变形，能 图3红土镍矿压球工艺流程图 发挥较大的分子黏结力，从而提高物料的成球性能. Fig.3 Technological flow sheet of pressing the laterite nickel 压团物料的塑性主要取决于物料的结构组成.结合 ore into balls 红土镍矿的X射线衍射图谱和化学分析可知，该 实验过程中对球团进行强度检测，主要包括抗 矿石中有较高含量的高岭石，而高岭石属于黏土矿· 864 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 表 2 煤粉的工业分析结果 (质量分数) Table 2 Industrial analysis results of the pulverized coal % 还原剂种类 Cd Vd Ad 阳泉无烟煤 79.77 8.63 11.60 神木烟煤 57.52 34.52 7.96 注：Cd— 空气干燥基固定碳；Vd— 干燥无灰基挥发分；Ad— 干燥基灰分. (3) 熔剂. 由于矿粉含有一定的硫，当加入煤粉 时，也会带入部分的硫，为了以后工序脱硫过程的 顺利进行以及调节渣成分的要求，需配入一定量的 熔剂. 本研究选用分析纯的 CaO 作为熔剂. (4) 黏结剂. 为了使压球过程顺利进行、提高球 团的强度，通常需要向混合料中加入一定量的黏结 剂. 本研究选用分析纯的膨润土作为黏结剂，进行 压球实验. 1.2 实验方案 红土镍矿含碳球团压球工艺流程如图 3 所示. 将红土镍矿在恒温干燥箱中烘干，充分脱除其中的 自由水，破碎、磨细至适宜的粒度；还原剂烘干后 经密封制样机破碎，再用不同粒级的筛子对其进行 筛分，可分别得到粒级为 37.5∼75 µm，75∼150 µm 和 150∼300 µm 的煤粉. 根据预先指定的方案分别 称取一定量的红土镍矿、还原剂、熔剂、黏结剂和 水，加入混碾机中，经充分混匀后，送入对辊压球 机压制成 40 mm×25 mm×20 mm 的椭圆形球团，对 球团进行抗压强度和落下强度检测. 然后分别讨论 煤粉种类、煤粉粒度、煤粉添加量、水分添加量及 黏结剂添加量对球团强度的影响，最后得到最佳的 球团制备方案. 图 3 红土镍矿压球工艺流程图 Fig.3 Technological flow sheet of pressing the laterite nickel ore into balls 实验过程中对球团进行强度检测，主要包括抗 压强度和落下强度测试. 落下强度检测是将球团置 于 1.0 m 的高处，使其自由落到 10 mm 厚的钢板 上，测得球团破裂时的落下次数，分别测定 10 个球 团，取落下次数的平均值作为球团的落下强度；抗 压强度检测是将球团置于压力测试机上，缓慢进行 加压，测得球团破裂时的压力值，分别测定 10 个球 团，取其压力的平均值作为抗压强度. 2 成球机理讨论 当采用压球工艺对红土镍矿进行冷固结时，球 团主要的结合力是分子间作用力，分子间的相互作 用力可用以下关系式表示： F = m r λ − n r t . 式中: m 和 n 分别为大于 0 的常数；λ 为 m 对应 的比例系数，取值范围为 9< λ <15；t 为 n 对应的 比例系数，取值范围为 4< t <7；r 为分子之间的距 离. 分子间同时存在引力和斥力，实际表现出来的 分子力是分子间引力和分子间斥力的合力. 在上述 关系式中，前一项代表分子间斥力，后一项代表分 子间引力. 从上式可以看出，分子间引力和斥力都 随分子间的距离 r 的增大而减小，且斥力比引力随 r 的增大而衰减的快. 在压球过程中，物料颗粒的 分子相互靠近，当分子间距离缩小到一定数值时， 分子力表现为引力，且随着分子间距离 r 的减少而 增大，从而可以使球团保持一定的强度. 若分子间 的距离继续缩小，则分子力将逐渐由分子引力转变 成分子斥力，不利于球团强度的提高. 因此，在压 球过程中，如果过多的增大压球压力，将对提高球 团的强度无益，有时甚至产生负面的影响. 当红土矿粉中加入黏结剂和水后，则矿粉颗粒 与水、黏结剂接触，颗粒表面被水浸润、包裹和吸 附，水膜的表面张力将使矿物颗粒凝聚在一起；同 时，由于物料颗粒表面形状不同，黏结剂分子能够 渗透到颗粒表面裂缝以及颗粒之间的空隙中，增大 了颗粒间的接触面积，使分子间作用力得到更好的 传递，从而使球团的强度得到提高. 3 分析及讨论 3.1 红土镍矿的成球性能 对于矿粉的成球性能来说，矿粉的塑性越大， 则压团时的阻力越小，颗粒越易产生塑性变形，能 发挥较大的分子黏结力，从而提高物料的成球性能. 压团物料的塑性主要取决于物料的结构组成. 结合 红土镍矿的 X 射线衍射图谱和化学分析可知，该 矿石中有较高含量的高岭石，而高岭石属于黏土矿