李建臣

（中冶華天工程技術(shù)有限公司冶煉事業(yè)部， 江蘇 南京 210019）

潤磨化硫酸渣生球團(tuán)干燥特性的研究

李建臣

（中冶華天工程技術(shù)有限公司冶煉事業(yè)部， 江蘇 南京 210019）

試驗(yàn)采用硫酸渣作為原料，以潤磨作為強(qiáng)化原料處理的方式，制備出合格硫酸渣生球團(tuán)，研究其干燥特性。結(jié)果表明：潤磨化硫酸渣生球團(tuán)的脫水速率受干燥風(fēng)溫和風(fēng)速的影響十分明顯，并且隨風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而迅速增快；潤磨化硫酸渣生球團(tuán)的含水量較普通鐵礦球團(tuán)的仍較高，但其可適應(yīng)較高的干燥風(fēng)溫，故可適當(dāng)提高風(fēng)溫來縮短其干燥完成時間；當(dāng)風(fēng)速為1.5 m/s、風(fēng)溫升至400℃時，其干燥時間可縮短至11.5 min。

硫酸渣 球團(tuán) 潤磨 干燥

硫酸渣是黃鐵礦經(jīng)高溫焙燒制取硫酸后的殘渣，每生產(chǎn)1 t的硫酸將產(chǎn)生0.6～1 t的硫酸渣。我國年產(chǎn)約1 400萬t含鐵（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在30%～60%的硫酸渣［1］，其中僅有部分作為水泥添加劑得到應(yīng)用，其余的硫酸渣均自然堆積或擇地掩埋。硫酸渣中的酸性物質(zhì)會酸化土地，污染水源，危害動植物的生長［2］。但是，硫酸渣中豐富的鐵資源對改善我國鐵礦資源不足、長期依賴于進(jìn)口的現(xiàn)狀具有重要作用。因此，綜合利用硫酸渣具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著現(xiàn)代選礦技術(shù)的進(jìn)步和新設(shè)備的推廣使用，用經(jīng)精選礦后得到的硫精礦生產(chǎn)硫酸，所得硫酸渣鐵品位（鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）能達(dá)到60%以上，雜質(zhì)含量亦進(jìn)一步降低，可直接用于生產(chǎn)氧化球團(tuán)。然而，王雪松、胡賓生等人對硫酸渣的物質(zhì)組成及礦物特性進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為硫酸渣屬典型的人造礦物，其礦物特性與天然鐵礦石存在較大差異［3-4］。這使得硫酸渣即便經(jīng)過潤磨，而制得的生球水分仍然較天然磁鐵礦生球的高。許多科研院所也對硫酸渣應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)用硫酸渣制備氧化球團(tuán)雖然可行，但存在一定的難度［5-11］。其中，對硫酸渣生球干燥行為的研究就是一項(xiàng)重要內(nèi)容。這是因?yàn)樯蚋稍锸乔驁F(tuán)生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)，輕則影響球團(tuán)生產(chǎn)質(zhì)量，重則影響球團(tuán)生產(chǎn)，使之不能正常進(jìn)行。特別是對于鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯，生球不能在鏈篦機(jī)上得到較好的干燥，使生球結(jié)構(gòu)受到破壞，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)就會引起結(jié)圈。本文采用高品位硫酸渣作為原料，以潤磨作為強(qiáng)化原料處理的方式，制備出合格硫酸渣球團(tuán)，研究潤磨化硫酸渣生球團(tuán)的干燥行為，以期發(fā)現(xiàn)硫酸渣生球的干燥特性，為工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)幫助，進(jìn)而為高爐煉鐵提供優(yōu)質(zhì)爐料。

1 原料及研究方法

1.1 原料

試驗(yàn)所用硫酸渣和膨潤土均由陜西華光實(shí)業(yè)有限公司提供，其主要化學(xué)組成見表1。

表1 原料的化學(xué)組成 %

圖1顯示了硫酸渣的顆粒形貌。由圖1可見，硫酸渣顆粒表面粗糙，毛細(xì)孔洞非常發(fā)達(dá)。

圖1 硫酸渣的顆粒形貌

下頁圖2為硫酸渣的XRD圖譜。硫酸渣經(jīng)鏡下鑒定和XRD分析研究表明：樣品中鐵礦物種主要是磁鐵礦和赤鐵礦，次為半假象-假象赤鐵礦；硫主要以黃鐵礦形式存在，少量為黃銅礦和石膏，但含量較低；脈石礦物主要為石英和黑云母。統(tǒng)計算得主要礦物的體積分?jǐn)?shù)見表2。

圖2 硫酸渣的XRD圖譜

表2 硫酸渣中主要礦物體積分?jǐn)?shù) %

另外，經(jīng)馬爾文激光粒度分析儀測得硫酸渣精礦中-0.074 mm粒級質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.66%。

1.2 研究方法

試驗(yàn)采用掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡及XRD分析測試方法對硫酸渣物化特性進(jìn)行檢測分析。將硫酸渣和膨潤土配料、混勻作為試樣，每次取試樣5 kg進(jìn)行潤磨。潤磨所用設(shè)備為Φ500 mm×500 mm無級調(diào)速潤磨機(jī)，設(shè)定其轉(zhuǎn)速為40 r/min，介質(zhì)填充率為 12%。潤磨后的混合料經(jīng) 1 000 mm×200 mm（直徑×高）圓盤造球機(jī)（傾角為45°、轉(zhuǎn)速為28 r/min）進(jìn)行造球，取9～15 mm的生球作為合格生球團(tuán)，測試其干燥性能。球團(tuán)干燥試驗(yàn)在Φ650 mm×1 000 mm的豎式管爐中進(jìn)行，研究方法如下：

1）稱取m0g生球團(tuán)放入干燥杯中，使料層高度達(dá)到200 mm，將帶料干燥杯放置于預(yù)先設(shè)定好風(fēng)溫和風(fēng)速的豎式管爐中；

2）計時開始干燥試驗(yàn)，記錄干燥過程中的質(zhì)量損失為△m；

3）待質(zhì)量不再變化時，停止試驗(yàn)，按公式（1）計算球團(tuán)脫水率，并以此評判生球團(tuán)干燥性能。

式中：η為球團(tuán)脫水率，%；m0為生球團(tuán)質(zhì)量，g；C水為生球團(tuán)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；△m為球團(tuán)失重量，g。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

本研究是在“潤磨對制備硫酸渣氧化球團(tuán)的影響”［12］理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的，采用基準(zhǔn)配礦方案，潤磨時間4 min，混合料水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）10%，造球時間10 min，所制得生球團(tuán)的水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約12.0%。取其中合格生球作為研究對象，測試其干燥性能。

2.1 干燥風(fēng)溫的影響

圖3、圖4和圖5分別描繪了風(fēng)速為1.0 m/s、1.2 m/s和1.5 m/s時，干燥風(fēng)溫對生球團(tuán)脫水速率的影響。由圖3—圖5可見，干燥風(fēng)溫對生球團(tuán)脫水速率的影響十分顯著。在三種風(fēng)速條件下，生球團(tuán)脫水速率均隨著干燥風(fēng)溫的升高，迅速增快。具體表現(xiàn)為：在風(fēng)速為1.0 m/s下，風(fēng)溫分別為300℃、350℃和400℃時，生球團(tuán)干燥所需時間分別為22 min、19 min和15 min；在風(fēng)速為1.2 m/s下，風(fēng)溫分別為300℃、350℃和400℃時，生球團(tuán)干燥所需時間分別為18 min、16 min和13 min；在風(fēng)速為1.5 m/s下，風(fēng)溫分別為300℃、350℃和400℃時，生球團(tuán)干燥所需時間分別為16 min、13.5 min和11.5 min。

圖3 風(fēng)速1.0 m/s時風(fēng)溫對生球團(tuán)脫水率的影響

圖4 風(fēng)速1.2 m/s時風(fēng)溫對生球團(tuán)脫水率的影響

圖5 風(fēng)速1.5 m/s時風(fēng)溫對生球團(tuán)脫水率的影響

2.2 干燥風(fēng)速的影響

圖6、圖7和圖8分別描繪了風(fēng)溫為300℃、350℃和400℃時，干燥風(fēng)速對生球團(tuán)脫水速率的影響。由圖6—圖8可見，干燥風(fēng)速對生球團(tuán)脫水速率也有較大影響。在三種風(fēng)溫條件下，生球團(tuán)脫水速率均隨著干燥風(fēng)速的增加，逐漸增快。這是由于隨著干燥風(fēng)速的增加，從生球團(tuán)內(nèi)部擴(kuò)散出來的水蒸氣能夠更迅速被帶走，因而生球團(tuán)脫水速率也相應(yīng)地加快。

圖6 風(fēng)溫為300℃時風(fēng)速對生球團(tuán)脫水率的影響

圖7 風(fēng)溫為350℃時風(fēng)速對生球團(tuán)脫水率的影響

圖8 風(fēng)溫為400℃時風(fēng)速對生球團(tuán)脫水率的影響

2.3 與磁鐵礦生球團(tuán)的比較

為了進(jìn)一步查明硫酸渣生球團(tuán)的干燥特性，試驗(yàn)還設(shè)置了其與某磁鐵礦生球團(tuán)的考查比較。在相同的造球條件下，試驗(yàn)所得到的磁鐵礦生球團(tuán)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為9.0%。圖9描繪了當(dāng)風(fēng)溫為350℃、風(fēng)速為1.5 m/s時，硫酸渣生球團(tuán)與某磁鐵礦生球團(tuán)脫水速率的對比。

圖9 硫酸渣球團(tuán)與磁鐵礦球團(tuán)的脫水率對比

由圖9可見，硫酸渣生球團(tuán)干燥完成所需時間在13 min左右，而磁鐵礦生球團(tuán)干燥完成所需時間約11 min。這是由于硫酸渣為多孔結(jié)構(gòu)，即便經(jīng)過潤磨處理，所制得的生球團(tuán)含水量較普通鐵礦球團(tuán)的仍較高，因而脫水速率較普通鐵礦球團(tuán)的要慢。但硫酸渣可適應(yīng)較高的干燥風(fēng)溫，故可適當(dāng)提高干燥風(fēng)溫來縮短其干燥完成的時間。由第2.1節(jié)所述可知，當(dāng)風(fēng)速為1.5 m/s、風(fēng)溫為400℃時，硫酸渣生球團(tuán)干燥時間可縮短至11.5 min，對于硫酸渣生球團(tuán)在生產(chǎn)中的應(yīng)用有重要意義。

3 結(jié)論

1）硫酸渣疏松多孔、比表面積大、持水能力強(qiáng)、內(nèi)部磁鐵礦和赤鐵礦晶格結(jié)構(gòu)不完善等特征致使硫酸渣制備的生球團(tuán)含水量較高。

2）潤磨化硫酸渣生球團(tuán)的脫水速率受干燥風(fēng)溫和干燥風(fēng)速的影響十分明顯，并且隨風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而增快，且可適應(yīng)較高的干燥風(fēng)溫。

3）潤磨化硫酸渣所制得的生球團(tuán)含水量較普通鐵礦球團(tuán)的仍較高，故其脫水速率較普通鐵礦球團(tuán)的要慢，可適當(dāng)提高風(fēng)溫來縮短其干燥完成時間；當(dāng)風(fēng)速為1.5 m/s、風(fēng)溫為400℃時，其干燥時間可縮短至11.5 min。

［1］ 董風(fēng)芝.硫鐵礦燒渣用作煉鐵原料研究進(jìn)展［J］.化工礦物與加工，2012（8）：41-43.

［2］ N.Tugrul，E.M.Derun，M.Pis，et al.Evaluation of pyrite ash wastes obtained by the sulfuric acid production industry［C］//Lemmos Island:Proceedings of the 8th International Conference on Environmental Science and Technology，2003：918-925.

［3］ 王雪松，張德海，任允芙.黃鐵礦燒渣的特性及其利用［J］.環(huán)境工程，1999，18（1）：58-61.［4］ 胡賓生，王雪松，李亮，等.銅陵硫酸渣的礦物特征及在磁化焙燒過程中的變化［J］.礦產(chǎn)綜合利用，1998（2）：35-38.

［5］ 劉心中，楊新春，董鳳芝，等.硫酸燒渣綜合利用［J］.金屬礦山，2002，37（9）：51-54.

［6］ 陳鐵軍，張一敏.全硫酸渣生產(chǎn)氧化球團(tuán)試驗(yàn)研究及工業(yè)應(yīng)用［J］.鋼鐵研究，2005，142（1）：1-4.

［7］ 許斌，莊劍鳴，白國華，等.硫酸燒渣綜合利用新工藝［J］.中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，31（3）：215-218.

［8］ 武軼.球團(tuán)配用硫酸渣的試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵研究，2006，34（4）：6-9.

［9］ 朱德慶，李建，潘建，等.硫酸渣磁鐵精礦球團(tuán)試驗(yàn)研究［J］.礦冶工程，2006，26（6）：49-53.

［10］ J.Vin-als，M.J.Balart，A.Roca.Inertization of Pyrite Cinders and Co-inertization with Electric Arc Furnace Flue Dusts by Pyroconsolidation at Solid State［J］.Waste Management，2002，22：773-782.

［11］ Nurcan Tugrul，Emek MoroydorDerun，MehmetPiskin. Utilization of Pyrite Ash Wastes by Pelletization Process［J］. Powder Technology，2007，176:72-76.

［12］ 李建臣.潤磨對制備硫酸渣氧化球團(tuán)的影響［J］.山西冶金，2012，35（1）：19-22.

（編輯：胡玉香）

Drying Properties of Green Balls from Pyrite Cinders Concentrates by Damp Grinding

LI Jianchen
（Smelting Division of Huatian Engineering and Technology Corporation，MCC，Nanjing Jiangsu 210019）

In this paper，drying properties of green balls from PyCs concentrates by damp grinding with pyrite cinder and wet-grinding mode were studied.It can be found that the dehydration rate of green balls is obviously affected by drying wind temperature and wind speed，and increases with the increasing of wind temperature and wind speed.The moisture content is much higher in green balls from PyCs concentrates than that in green balls from magnetite concentrates，even though damp grinding was adopted to process the PyCs concentrates.However，green balls from PyCs concentrates can adapt to higher wind temperature，so the drying time can be shortened by increasing wind temperature，and being shorted to 11.5min at 1.5 m/s and 400℃.

pyrite cinders，pellet，damp grinding，drying

TF046；X781

A

1672-1152（2016）05-0006-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.03

2016-08-09

李建臣（1984—），男，碩士研究生，工程師，主要從事冶金工程設(shè)計及研發(fā)工作。