马钢股份球团粘结剂理化指标与球团性能相关性

＊刘山平 孙社生 帅冬平 过刚 唐锋刿 杨大兵

（1.宝武集团马钢股份制造管理部原料管理中心 安徽 243000 2.宝武集团马钢股份制造管理部炼铁技术室 安徽 243000 3.武汉科技大学冶金资产高效利用与造块湖北省重点实验室 湖北 430081）

在球团矿的生产中，广泛采用膨润土作为粘结剂来改善生球的性能指标。膨润土应用于球团矿的生产中可显著改善生球的落下强度、抗压强度和成品球的强度[1]。不过，膨润土的加入会增加球团中杂质硅和铝的含量，相应降低球团矿的品位并影响球团矿的强度和冶金性能。

各国对膨润土物化性能的检验不尽相同，对膨润土在球团矿生产中的行为特性及其作用机理的认识也有分歧[2-3]。本研究主要通过马钢球团经常采用的膨润土，并结合国内部分球团生产厂家使用的膨润土，检验膨润土的各项物化性能，并结合生球的各项性能指标来推测膨润土在球团中的行为特性及作用机理，为今后的膨润土的采购和使用提供改进方向。

1.研究方法及原料特性

本次研究对铁精矿及膨润土的多元素采用ICP，膨润土的层间距采用XRD，结果如表1、表2；阳离子交换容量、吸蓝量、胶质价、膨胀容、膨润值、吸水率等采用国标GB/T20973-2020，结果如表3；铁精矿润磨采用Ф600mm×600mm的实验室型润磨机，磨矿产物的比表面积采用GB8074-87标准测定；造球采用Ф800mm×180mm实验室型造球盘，生球爆裂温度采用重庆大学加工的爆裂温度装置。

表1 凹山铁精矿多元素分析结果

表2 各种膨润土的主要元素分析结果

表3 各种膨润土的理化指标

表4 不同润磨时间下凹山铁精矿的表面积

2.试验过程及数据分析

(1)粘结剂理化指标与生球性能指标的相关性

膨润土做冶金球团粘结剂时，衡量土的质量优劣的有阳离子交换容量、吸蓝量、胶质价、膨胀容、膨润值、吸水率以及膨润土的细度和含水率。对于膨润土做冶金球团粘结剂使用，国标GB/T 20973-2020虽做出了规定，但是范围比较广，再生产指导性不强。采购部门和生产管理部门都无法事先对膨润土用于球团生产做出评估和预判。

本研究用表2所列的几种膨润土在用量为2%、造球水分7.8%、润磨时间5min、造球时间14min和密实时间2min的条件下，分别进行凹山铁精矿造球试验，试验结果列于下表5。

表5 各种膨润土的d001值及球团性能指标

对表3所列各种膨润土的阳离子交换容量、吸蓝量、胶质价、膨胀容、膨润值、吸水率分别对球团的落下强度、抗压强度和爆裂温度进行相关性分析，所的相关性系数列表于表6。

表6 膨润土理化指标于生球指标的相关性指数

从表5可以看出，膨润土理化指标于生球指标的相关性指数中，生球落下强度受膨润土质量影响最明显。其次是爆裂温度，负相关性要求我们在造球中要注意添加膨润土对生球爆裂温度的制约，比如在竖炉球团工艺中就要格外注意，而带焙工艺则没有必要太关注爆裂问题。再次是生球的抗压强度。从试验及生产过程看，生球的抗压基本都满足工艺的需要，指抗压强度的增减都在控制范围内可以，可以不用重点关注。

从膨润土各理化指标对生球落下强度的影响程度看，膨润土的吸水率是最明显的。而且我们从表3的数据可以发现膨润土的这些指标基本是正相关的，这就有利于我们在衡量膨润土的质量指标优劣的时候，只需要重点考察膨润土的吸水率。

(2)膨润土的钠化问题

把表2中所列膨润土层间距d001值与表3的各项指标结合起来看，日照土、鄂州1、鄂州3土基本属于钙基土。而马钢1和马钢2土据漂亮的理化指标应该规划为钠基土，但是从层间距d001值又不能把这两种土定性为钠基土。该如何解释这种现象呢？

经实地考察马钢1膨润土生产厂家得知其工艺流程：矿山采掘原土，就近露天晾晒至水分为10%左右，集中到室内堆存，再从室内堆场取样输送到雷蒙磨机，进料时，按比例加入Na2CO3，分级后的细料用罐车输送到用户。这其中虽然加入了Na2CO3，但是钠化需要的湿度条件并不满足，因此钠化过程并没有完成。那么，为什么检测指标又很好呢？这是由于膨润土的理化指标都是在比较稀的浓度条件下进行的，而且检测持续时间比较长，就可能是先钠化，因此显示出比较好的测量指标。

那么，钠化不彻底对膨润土的理化指标有没有影响？我们将马钢现用的马钢1膨润土和马钢2膨润土在实验室继续加水、陈化24h后，重新检测再钠化的膨润土理化指标，并与重新钠化前的指标对照如表7。

表7 马钢1和马钢2膨润土实验室重新钠化的指标对照

从表7可以看出：马钢1膨润土和马钢2膨润土经过重新钠化处理后，马钢1膨润土的d001略微减小，这或许因为钠化剂用量不足所致。而马钢2的d001出现新的峰，有13.5和11.77的峰值，说明层间距有所减小，属于钠化的结果。两种膨润土的阳离子交换容量和吸蓝量在误差范围内，认为没变。但是胶质价、膨胀容、膨润值和吸水率都明显提升，说明钠化对膨润土的理化指标有相当大的作用。

那么钠化对球团的促进作用也像钠化程度那样明显吗？我们利用凹山铁精矿做了条件相同的对比试验，结果如表8。

表8 不同马钢1膨润土用量钠化前后对凹山铁精矿球团指标影响

从表8看出，重新钠化对抗压强度无规律影响，对生球落下强度有一定程度促进作用，对成品球强度轻微加强，但是对生球爆裂温度有明显的降低。

(3)膨润土质量指标量化体系

针对马钢球团常用膨润土类别，结合冶金球团粘结剂的国标，我们给出了实用于马钢的球团粘结剂的评价体系，如表9。

表9 实用于马钢冶金球团粘结剂的质量指标

续表

这里给出的质量指标体系要高于国家标准，同时增加了对膨润土厂家供应的产品进行层间距检测项目，适当避免钠化过程的简单化操作，导致膨润土发挥作用不足的弊端。

3.结论

（1）膨润土质量指标中，吸水率对球团指标的影响最明显，尤其对生球的落下强度影响最大，膨润土吸水率与生球落下强度的相关性系数达到0.944，因此在衡量膨润土质量的时候应重点关注吸水率。

（2）钙基膨润土钠化不充分时，虽然检测指标很好，但是对造球作用的发挥不够理想，所以引入膨润土的层间距d001值，判定膨润土的钠化程度。

（3）优化了适用于马钢球团粘结剂的评价体系。