優(yōu)化型硼泥添加劑應(yīng)用于氧化球團(tuán)生產(chǎn)的探索性研究付小佼東大

1、優(yōu)化型硼泥添加劑應(yīng)用于氧化球團(tuán)生產(chǎn)的探索性研究付小佼，于洪翔，柳政根，儲滿生，陳雙印，唐玨(東 北 大 學(xué)材 料 與冶 金 學(xué)院 ， xx xx 110819) 摘要 ： 硼泥 是 硼 化工 的 二次 資 源 ，目 前 該資 源 的 綜合 利 用 率低 ， 造成 了 嚴(yán) 重的 資 源浪 費(fèi) 和 環(huán)境 污 染 。在 實(shí)驗(yàn) 室條 件 下， 結(jié) 合 前期 研 究， 進(jìn) 行 了優(yōu) 化 型硼 泥 添 加劑 應(yīng) 用 于氧 化 球團(tuán) 生 產(chǎn)的 探 索 性研 究 ， 考察 了 優(yōu)化 型 添加 劑對 氧 化球 團(tuán) 生球 性 能和 成 品 球團(tuán) 性 能的 影 響。研 究表 明 ，一 定 x 圍 內(nèi)，優(yōu) 化 型 硼

2、泥 添 加劑 有 利于 氧 化球團(tuán) 性能 的 改善 ， 當(dāng)外 加 優(yōu)化 型 添 加劑 0.8% 時 ， 可將 膨 潤土 配 比由 常 規(guī)生 產(chǎn) 的 1.0% 降至 0.2% ， 成 品球 團(tuán) 的冶 金性 能 滿足 高 爐冶 煉 要求 。關(guān) 鍵詞 ： 硼泥 ； 優(yōu)化 型 添加 劑 ； 氧化 球 團(tuán)； 膨 潤土1 概述硼泥是用硼鎂石或硼鎂鐵礦石為原料用火法制取硼砂或硼酸的殘余物，主要化學(xué)組成為 mgo和 sio2，并含有一定量的fe2o3、 b2o3和少量cao 、 al2o3等。多年來，我國的硼泥一直靠毀田堆棄，既污染環(huán)境，又耗費(fèi)大量的人力和運(yùn)力。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年我國化工廠產(chǎn)生的硼泥總量近百萬

3、噸，僅xx 省歷年積累的硼泥總量就達(dá)1700萬噸之多。政 府 和 生 產(chǎn) 企 業(yè) 每 年 都 要 投 入 大 量 的 精 力 和 資 金 ， 用 于 硼 泥 排 放 場 地 的 治 理 與 污 染 賠 償1-4。有關(guān)部門曾對硼泥的綜合利用組織了技術(shù)開發(fā)，但目前的綜合利用率還不高，尚需開拓大規(guī)模增量利用途徑。另一方面，由于我國球團(tuán)生產(chǎn)所用的鐵精礦粉粒度較粗，為了滿足造球的需要，通常需要配加較高比例的膨潤土。同時，由于我國球團(tuán)生產(chǎn)所用的膨潤土總體質(zhì)量較差，球團(tuán)生產(chǎn)膨潤土用量一般占混合料的1.2%1.5%，個別廠高達(dá)4% 。而國外先進(jìn)水平，膨潤土用量一般不超過1% 。可知，我國球團(tuán)生產(chǎn)所配加的膨潤土

4、比例遠(yuǎn)高于國外。膨潤土經(jīng)焙燒后，殘留物的主要成分是sio2和 al2o3，球團(tuán)料中每增加1% 的膨潤土，球團(tuán)產(chǎn)品的品位將降低0.4%0.6%，且高爐焦比上升，渣量增大，故應(yīng)盡量少加2。因此，如何減少膨潤土用量，優(yōu)化氧化球團(tuán)生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為亟待解決的重要課題。為了改善球團(tuán)性能，國內(nèi)已進(jìn)行了添加劑的研究。相關(guān)資料表明，加入一定量的含硼添 加 劑 ， 球 團(tuán) 的 抗 壓 強(qiáng) 度 提 高 ， 而 且 膨 潤 土 用 量 減 少 ； 使 用 熔 劑 ， 增 加 球 團(tuán) mgo 含 量，球團(tuán)礦的高溫冶金性能得到改善5-9。鑒于硼泥中兼含b2o3和 mgo ，本課題組前期進(jìn)行了將硼泥用作氧化球團(tuán)添加

5、劑的研究，但由于硼泥中含有相對較多的堿金屬k 、na 等，對球團(tuán)性能有所影響7。因此，本研究在關(guān)于硼泥添加劑研究成果的基礎(chǔ)上，與東北某鋼廠合作，將硼泥進(jìn)行優(yōu)化，以優(yōu)化型硼泥添加劑用作氧化球團(tuán)添加劑代替部分膨潤土進(jìn)行探索性研究，以期在綜合利用硼泥的同時降低膨潤土用量，獲得比單獨(dú)使用硼泥做添加劑更優(yōu)的效果，最終為該廠降低氧化球團(tuán)生產(chǎn)成本創(chuàng)造條件。使用硼泥二次資源作為球團(tuán)添加劑可促進(jìn)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，變廢為寶，對鋼鐵、硼化工等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都具有重要意義，預(yù)期可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。2 / 5 2 實(shí)驗(yàn)原料表 1 實(shí)驗(yàn) 用 原料 的 化學(xué) 成 分 與粒 度 /% 組 成tfeb2o3sio2m

6、go na2o k2o粒度（ -0.074mm ）鐵 精 礦65.76-6.310.29 -67.88xx 硼 泥5.393.824.4135.94 0.890.6398.09改 進(jìn) 型添加 劑4.998.5024.06 37.79 0.45 0.2792.72膨 潤 土-63.003.951.09 1.0588.49本實(shí)驗(yàn)使用了東北地區(qū)某鋼廠的鐵精礦粉、優(yōu)化型添加劑和膨潤土，成分列于表1 。其中，所用鐵精礦分的品位為65.76%；優(yōu)化型添加劑為硼精礦和xx某地硼泥按照1:1比例混合而成，可以看出，相對于硼泥添加劑而言，優(yōu)化型添加劑b2o3的含量明顯提高，mgo含量略有提高，na2o 和 k2

7、o 含量明顯下降；膨潤土sio2含 量 為 63% ，al2o3含 量為 13.49%。3 實(shí)驗(yàn)方法生球的制備過程中，配料采用重量配料，所用的稱重儀器為mettler pm4000型的電子天平，其精度為0.5 g；造球使用東北大學(xué)鋼鐵研究所自制的圓盤造球機(jī)。生球水分控制在8% 左右，生球過篩粒度為1214 mm的生球?yàn)楹细裆颉细裆蜻M(jìn)行落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和生球水分檢測，然后，對生球進(jìn)行干燥處理，干燥后的生球取出后，在馬弗爐中進(jìn)行預(yù)熱、焙燒。焙燒后的球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度采用國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 14201-93 鐵 礦 球 團(tuán) 抗 壓 強(qiáng) 度 測 定 方 法 進(jìn) 行 檢 測 ， 還 原 膨 脹 性

8、 能 檢 測 采 用 國 家 標(biāo) 準(zhǔn)gb/t 13240-91進(jìn)行。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.1 改進(jìn)型硼泥添加劑對生球性能的影響本次實(shí)驗(yàn)在膨潤土加入量為0.2% 的同一條件下，改進(jìn)型硼泥添加劑分別加入2.0% 、1.5% 、 1.0% 、 0.8% ，考察了其對生球質(zhì)量的影響，由圖1可知，在膨潤土加入量一樣的條件下，隨著改進(jìn)型添加劑配入量的降低，生球的落下強(qiáng)度和生球抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但變化不明顯。3 / 5 12340.81.01.5 生球落下強(qiáng)度 生球抗壓強(qiáng)度改進(jìn)型添加劑外加比例 /%生球落下強(qiáng)度/(次個-1)2.091215生球抗壓強(qiáng)度/(n 個-1)圖 1 改進(jìn) 型 添加 劑 對

9、 生球 性 能的 影 響4.2 改進(jìn)型硼泥添加劑對成品氧化球團(tuán)抗壓性能的影響生球在1250 的焙燒溫度下進(jìn)行焙燒，焙燒后測其抗壓強(qiáng)度，如圖2 所示。由圖可知，隨著改進(jìn)型硼泥添加劑配加量的降低，成品球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度呈逐漸降低趨勢，當(dāng)改進(jìn)型添加劑配加量為0.8%時，成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度為3019 n個-1，與未配加硼泥添加劑的基準(zhǔn)球團(tuán)強(qiáng)度相近。為 分 析 改 進(jìn) 型 添 加 劑 對 球 團(tuán) 固 結(jié) 機(jī) 理 的 影 響 ， 觀 察 球 團(tuán) 礦 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) ， 本 研 究 對1250 焙燒溫度下基準(zhǔn)球團(tuán)和改進(jìn)型球團(tuán)試樣進(jìn)行了掃描電鏡觀察和eds能譜分析。由圖 3 可見，配加改進(jìn)型添加劑的球團(tuán)與基準(zhǔn)球

10、團(tuán)相比，結(jié)構(gòu)更加致密，黏結(jié)相分布更加均勻 。 對 于 改 進(jìn) 型 添 加 劑 而 言 ， b2o3熔 點(diǎn) 很 低 ， 且 它 可 與 多 數(shù) 氧 化 物 生 成 低 熔 點(diǎn) 的 復(fù) 雜化合物和固溶體，雖然改進(jìn)型球團(tuán)中b2o3的含量不高，但由于其分散度高，經(jīng)測定可擴(kuò)大60 倍，可在某些微區(qū)達(dá)到較高濃度產(chǎn)生液相核心，起到如下作用：（1 ）促使顆粒重新排列，以達(dá)到較高的致密度；（2 ）硼離子的半徑很?。?.02 nm），很容易溶入其他晶體的晶格，根據(jù)結(jié)晶學(xué)理論，一種物質(zhì)溶入另一種物質(zhì)的晶格，會使其發(fā)生畸變，能量升高，晶格活化，使反應(yīng)的活化能降低。因此，與基準(zhǔn)球團(tuán)相比，改進(jìn)型球團(tuán)雖然膨潤土配比由1.0

11、% 降至0.2% ，但由于改進(jìn)型添加劑中含有一定量b2o3起到上述作用，所以改進(jìn)型球團(tuán)強(qiáng)度能與基準(zhǔn)球團(tuán)相近。2000250030003500400045003019n3059n0.81.01.5成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度/（n個-1）改進(jìn)型添加劑外加比例 /%基準(zhǔn)球團(tuán)改進(jìn)球團(tuán)2.04 / 5 圖 2 改 進(jìn) 型添 加 劑對 成 品球 抗 壓 強(qiáng)度 的 影響(a) 1%膨 潤 土(b) 0.8%改進(jìn)型+0.2%膨潤土(c) a點(diǎn) eds分析(d) b點(diǎn) eds分 析(e) c點(diǎn) eds分析(f) d點(diǎn) eds分析圖 3 成品 球 團(tuán)的 sem和 eds 圖 片4.3 改進(jìn)型硼泥添加劑對氧化球團(tuán)還原膨脹性能

12、的影響本實(shí)驗(yàn)試樣為焙燒溫度1250 和膨潤土加入量為1.0% 的同一條件下，改進(jìn)型添加劑配入量分別為2.0% 、 1.5% 、 1.0% 、 0.8% 的球團(tuán)試樣，考察改進(jìn)型添加劑對成品球團(tuán)礦還原膨脹性能的影響。由圖4 可知，各球團(tuán)試樣的還原膨脹率均屬于正常膨脹(20%)，而且隨著改進(jìn)型添加劑的減少，球團(tuán)還原膨脹率逐漸變小，球團(tuán)還原膨脹率由基準(zhǔn)球團(tuán)的16.3%降至14.7%， 達(dá) 到 了 一 級 品 球 團(tuán) 礦 的 標(biāo) 準(zhǔn) ； 還 原 后 強(qiáng) 度 呈 增 加 趨 勢 。 因 此 ， 加 入改進(jìn)型添加劑的球團(tuán)還原膨脹性能優(yōu)于基準(zhǔn)球團(tuán)和加入硼泥的球團(tuán)。48121620基準(zhǔn)0.81.01.5還原膨脹

13、率/%改進(jìn)型添加劑外加比例 /%基準(zhǔn)球團(tuán)改進(jìn)球團(tuán)2.0圖 4 改進(jìn) 型 添加 劑 對氧 化 球團(tuán) 還 原 膨脹 率 的影 響4.4 焙燒后氧化球團(tuán)成分對比表 2 給出了改進(jìn)型添加劑氧化球團(tuán)與基準(zhǔn)球團(tuán)焙燒后化學(xué)成分的對比。與基準(zhǔn)球團(tuán)相比，改進(jìn)型添加劑球團(tuán)品位升高0.17%， sio2和 mgo含量略有降低，含有較高量的b2o3。由 表 2 可知，使用改進(jìn)型添加劑的主要效果有：（1 ）與基準(zhǔn)球團(tuán)相比，氧化球團(tuán)的5 / 5 品位升高，從而在高爐冶煉過程中可以使焦比降低，渣量減少，產(chǎn)量提高；（2 ）堿負(fù)荷降低，從而改善氧化球團(tuán)還原膨脹性能。表 2 球 團(tuán) 焙燒 后 化學(xué) 成 分/% 組 成tfe si

14、o2al2o3cao mgo b2o3na2o k2o 基 準(zhǔn)球 團(tuán)(1.0%膨潤 土) 62.90 6.95 0.54 0.54 0.87 0.12 0.05 0.8%改 進(jìn)型+0.2%膨潤 土63.07 6.04 0.51 0.57 0.69 0.61 0.01 0.02 5 結(jié)論1）在焙燒溫度為1250 ，配加改進(jìn)型硼泥添加劑球團(tuán)與基準(zhǔn)球團(tuán)焙燒性能接近時，配 加 0.8%改進(jìn)型添加劑可降低膨潤土用量至0.2%；2）各球團(tuán)試樣的還原膨脹率均屬于正常膨脹（20% ） ，而且隨著改進(jìn)型添加劑的減少球團(tuán)還原膨脹率逐漸減小，球團(tuán)還原膨脹率由基準(zhǔn)球團(tuán)的16.3%降 至 14.7%；3） 使 用 改

15、進(jìn) 型 硼 泥添 加 劑 后 氧 化球 團(tuán) 品 位 升 高 ， 有 利 于 高爐 穩(wěn) 定 順 行 ， 提 高 冶 煉強(qiáng)度，降低焦比，提高產(chǎn)量。參 考 文獻(xiàn)1 x學(xué)家 .硼鐵 礦 加工 m. ： 化 學(xué) 工業(yè) ，2009：239-247. 2 儲 滿生 .鋼鐵 冶 金原 燃 料與 輔 助 材料 m. ：冶 金 工業(yè) ，2010：181-185. 3 戴 采云 ， 趙立 群 ，x 永 明 .硼泥 綜 合利 用 的研 究 進(jìn)展 j. 工業(yè) 技 術(shù)， 2007 ，10 ：19-20. 4 錢 洪偉 ， 薛向 欣 ，x 然 ， 等 .硼 泥 資源 化 利用 的 重要 途 徑 j. 化 工 礦物 與 加工

16、 ， 2007 ， 9：33-35. 5 陳 世 強(qiáng) ，儲 滿 生 ， 王 兆 才 ， 等.硼 鎂 復(fù) 合 添 加劑 對 氧 化 球 團(tuán) 生產(chǎn) 工 藝 的 影 響 j. 中 國 稀 土 學(xué) 報， 2010 ，28 ：611. 6 yu w, zhu d q, chun t j, et al. enhancing the pellization of brazilian hematite by adding boron bearing additivesa, tms annual meeting, 2011: 199-210. 7 付 小 佼， 于 洪 翔 ，柳 政 根 ，等 . 硼 泥 二 次資 源 應(yīng) 用 于氧 化 球 團(tuán) 生 產(chǎn)的 探 索 性研 究 a. 第 九屆 中 國 鋼