钙化提钒尾渣对铬矿烧结工艺影响的实验研究

2020-09-30顾武安袁熙志

四川冶金 2020年4期

顾武安，袁熙志

(四川大学化学工程学院，四川成都610065)

由于铬尖晶石熔点很高，烧结过程难形成低熔点液相，不利于铬铁矿烧结。为此，采用钙化提钒尾渣作铬矿烧结熔剂，将钙化提钒尾渣配加到铬粉矿中，降低烧结矿成块液相温度，并取得较理想的实验效果［1～4］。本文实验结果表明，随着铬铁矿烧结温度提高，尾渣加入量增加，烧结矿强度逐渐增强，钙化提钒尾渣在铬粉矿烧结中，降低熔点液相，强化液相粘结的作用显著；其次，添加钙化提钒尾渣后，铬粉矿在较低温度下就能烧结成块，可降低其烧结温度。由此可见，钙化提钒尾渣作为铬矿烧结添加剂，添加到铬粉矿中，既能充分利用尾渣中的低熔点化合物，减少钙化提钒尾渣资源的浪费和环境污染，又能改善铬矿烧结性能，可谓是一举数得的节能环保资源有效利用的举措。

1 实验条件和方法

1.1 实验原料

哈萨克斯坦铬矿(简称哈矿)、提钒尾渣、焦粉原料主要化学成分如表1所示。由表1可见，哈矿中含有较高比例的Cr2O3；焦粉主要预还原矿中的氧化物，为烧结提供少部分热源。提钒尾渣主要作为铬矿烧结添加剂，降低铬矿烧结温度。

1.2 实验设备

铬矿烧结实验在型号KSY15D-18高温马弗炉中进行。铬矿烧结前测定原料水分，风干原料电热鼓风干燥箱型号为TST101A-0B。称量原料质量电子分析天平型号为CP114，精度达到Ⅰ级。测定铬铁烧结矿抗压强度压力测试仪如图1所示。实验测试强度装置主体部分由压力测试仪，螺旋千斤顶和BK-2Y型压力传感器组成，其精度±0.2，单位N。

图1 铬铁烧结矿抗压强度压力测试仪

1.3 实验方法

方法一，在相同烧结温度条件下，称取铬矿粉100 g和焦粉12 g，分别配加0 g、2 g、4 g、6 g、8 g的钙化提钒尾渣添加剂，研究其加入量对铬铁烧结矿体积变化率，质量变化指数，烧结矿强度的影响［2～5］。

方法二，在相同添加剂加入量条件下，分别研究1200℃、1250℃、1300℃和1350℃烧结温度对铬铁烧结矿体积变化率，质量变化指数，烧结矿强度的影响［2～5］。

2 实验结果与分析

2.1 铬矿烧结矿产物形貌

按照一定参数配料，试样混合均匀置于瓷舟皿中，然后放入高温马弗炉中，按照设定程序升温进行铬矿烧结。每一个烧结温度均恒温维持30 min，待铬矿完全烧结后，自然冷却至室温，然后取出实验试样，以备性能分析检测。实验的铬铁烧结矿破碎后的形貌如图2所示。由图2可见，钙化提钒尾渣配比和温度对烧结矿质量的影响较大。当钙化提钒尾渣配比为0%时，在1200～1350℃烧结温度下很难生成固熔相，导致烧结块矿很松散，铬粉矿很难粘结成块。随着钙化提钒尾渣配比的增加，烧结矿的固结效果越加显著。而且烧结温度越高，烧结矿的固结效果也越好，表面分布也越均匀，根据对实验试样目测判断，能达到电炉冶炼铬铁合金的技术要求。由此可知，钙化提钒尾渣添加到铬铁粉矿中，起到了粘结剂的作用，能将铬粉矿颗粒紧密粘结在一起。究其原因是钙化提钒尾渣中含有的低熔点化合物，在1200～1350℃烧结温度下熔化形成固溶体，从而起到粘结剂的作用。

图2 铬矿烧结产物形貌

2.2 烧结温度对铬矿烧结体积变化率的影响

将铬粉矿、钙化提钒尾渣和焦炭按比例混合，混匀倒入瓷盅皿中，并在马弗炉中进行烧结。实验在不同钙化提钒尾渣添加剂配比、不同烧结温度下进行，铬铁矿烧结前后体积变化率如表2所示。由表2可知，温度对铬铁矿烧结前后体积变化率影响为0%～12.09%，其影响不明显，且波动大。

表2 铬矿烧结前后体积变化率(%)

2.3 添加剂加入量对铬矿烧结体积变化率的影响

由表3可见，在烧结前后，烧结矿前后质量变化指数很小，因此可以得出烧结矿在烧结前后的体积变化很小。烧结矿呈多孔隙状，这正好可以解释烧结矿体积变化很小这个现象。烧结矿的孔隙率较大，透气性较好，因此具有良好的冶金性能。

表3 铬矿烧结前后质量变化指数(%)

2.4 烧结温度对铬矿烧结前后质量变化指数的影响

分别称量不同配比、不同烧结温度下的烧结矿在烧结前后的质量，得出烧结矿质量的变化如表3所示。由表3可知，在不同温度和不同配比条件下，烧结前后烧结矿质量的变化都较为恒定。分析原因，主要是在高温环境下，配加的焦炭完全反应，这是导致烧结矿质量变化的主要因素。由图3可以看出，实验过程中烧结矿产物中残余C含量较少，这也证明了所配加的焦炭已反应完全。另外，由于配加的钙化提钒尾渣中含有部分CaSO4，在高温条件下，CaSO4分解，这也是导致烧结矿质量变化的一个因素。

2.5 添加剂加入量对烧结矿强度的影响

由图4可以看出，在同一温度下，烧结矿的强度随着钙化提钒尾渣配比的增加而增大；在相同的钙化提钒尾渣配比条件下，随着温度的升高，烧结矿的强度也增加。当温度升高时，有更多的固熔相生成，增加了烧结矿颗粒之间的粘结。而在同一温度下，随着钙化提钒尾渣配比的增加，烧结矿抗压强度也增大，因为钙化提钒尾渣的添加使得烧结矿的固熔相增多，增强了烧结矿颗粒之间的粘结。