（攀枝花學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

近年來，隨著攀枝花選鈦工藝的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，攀枝花鈦精礦的產(chǎn)能逐年提高，但鈦精礦的微細(xì)粒化卻越來越明顯，從攀枝花選鐵尾礦中鈦鐵礦的粒級分布和生產(chǎn)實踐表明，想要提高攀枝花鈦資源利用率，必須先提高攀枝花微細(xì)粒級鈦鐵礦回收利用的工藝技術(shù)[1-3]。在鈦渣冶煉時，若是直接將微細(xì)粒級鈦精礦入爐冶煉，會造成粉塵污染嚴(yán)重，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，且容易引發(fā)冶金安全事故；另外，由于微細(xì)粒級鈦精礦的粒度過細(xì)，物料透氣性差，粉料熔煉時容易產(chǎn)生飛揚損失，大量細(xì)粉被除塵系統(tǒng)抽走，造成鈦回收率降低。因此，必須對微細(xì)粒級鈦精礦進(jìn)行造球預(yù)處理再進(jìn)行鈦渣冶煉[4-8]。為此，本文采用冷固結(jié)壓球工藝考察了黏結(jié)劑用量、成型壓力和水分含量等因素對微細(xì)粒級鈦精礦球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度、落下強(qiáng)度性能的影響。

1 實 驗

1.1 原料

實驗原料是攀枝花龍蟒礦業(yè)有限公司攀枝花紅格南礦區(qū)的微細(xì)粒級鈦精礦，主要化學(xué)成分見表1，粒度組成見表2。

表1 微細(xì)粒級鈦精礦主要化學(xué)成分/%Table 1 Main chemical composition of micro-size fraction titanium concentrate

表2 微細(xì)粒級鈦精礦粒度組成Table 2 Particle size composition of micro-size fraction titanium concentrate

從XRD 分析結(jié)果顯示微細(xì)粒級鈦精礦的主要物相與鈦精礦的主要物相類似，以鈦鐵礦為主和少量的磁鐵礦、鎂鈦礦、鎂鐵尖晶石和橄欖石等[9-10]。

1.2 研究方法

將微細(xì)粒級鈦精礦、黏結(jié)劑、水按比例配料后人工混料5 min，稱取28 g 混合料放入粉末壓片機(jī)中壓制成型，取壓制成型的生球團(tuán)檢測抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度。采用單因素研究方法，研究了水分含量、成型壓力、黏結(jié)劑量對生球性能的影響的研究，因素水平：黏結(jié)劑用量為0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%和0.55%；水分含量為2%、4%、6%、8%、10% 和12%；成型壓力為3MPa、5 MPa、7 MPa、9 MPa 和11 MPa。流程包括：混料、加入黏結(jié)劑和水混勻、壓力成型、球團(tuán)性能測試等，工藝流程見圖1。

圖1 實驗工藝流程Fig.1 Test process flowsheet

1.3 生球的性能測試

①抗壓強(qiáng)度

使用智能顆粒強(qiáng)度試驗機(jī)對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試。將待測球團(tuán)放在儀器載物臺上，然后開啟儀器。當(dāng)球團(tuán)破裂，儀器讀數(shù)停止時，記錄下數(shù)據(jù)，即為球團(tuán)抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度值取同一試驗條件下的5 個生球團(tuán)抗壓強(qiáng)度值的平均值。

②落下強(qiáng)度

在水泥地面掂上一張10 mm 厚的橡膠板，然后讓球團(tuán)靜止從距橡膠板500mm 高度的位置自由落下，落下強(qiáng)度值就是球團(tuán)破裂前所落下的次數(shù)，落下強(qiáng)度值取同一試驗條件下的5 個生球團(tuán)落下強(qiáng)度值的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 黏結(jié)劑用量對微細(xì)粒級鈦精礦生球團(tuán)性能的影響

研究選用的黏結(jié)劑為聚乙烯醇（PVA，1788）是一種水溶性高分子聚合物，固態(tài)下呈白色絮狀或粉末狀，易溶于水，具有很強(qiáng)的黏結(jié)性，溫度達(dá)到200℃以上開始分解，非常適合作為冶金球團(tuán)生產(chǎn)的黏結(jié)劑。在水分含量6%，成型壓力7MPa的條件下黏結(jié)劑用量對微細(xì)粒級鈦精礦生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度性能的影響見圖2。

圖2 粘結(jié)劑用量對微細(xì)粒級鈦精礦生球團(tuán)性能的影響Fig.2 Effect of addition of binder on performance of microsize fraction titanium concentrate green pellets

隨著黏結(jié)劑用量的增加，生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度均呈明顯的上升趨勢，在黏結(jié)劑用量超過0.25%時，生球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到65.6N/球，落下強(qiáng)度可達(dá)28 次/球。從生球性能和生產(chǎn)成本上考慮，0.25%黏結(jié)劑用量生球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度已經(jīng)滿足鈦渣冶煉工藝要求。

2.2 水分含量對微細(xì)粒級鈦精礦生球團(tuán)性能的影響

水分含量是影響球團(tuán)性能的重要因素之一?；炝蠒r加入的水分過少，礦粉顆粒容易接觸不緊密，成球困難，球團(tuán)成型率低；加入水分過多，顆粒過分潤濕，球團(tuán)成型后，易粘接在模具上，不易脫模，造成球團(tuán)成型率低，且加入水分過多，給干燥帶來困難，使能耗增加。在黏結(jié)劑0.25%，成型壓力為7MPa 的條件下水分含量對微細(xì)粒級鈦精礦生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度性能的影響見圖3。

圖3 水分含量對微細(xì)粒級鈦精礦生球團(tuán)抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of water on the performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

隨著水分含量的增加，生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度都呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)生球水分為6%時，生球性能達(dá)到最優(yōu)值。

2.3 成型壓力對微細(xì)粒級鈦精礦生球性能的影響

成型壓力對球團(tuán)強(qiáng)度有很大的影響，成型壓力過小，球團(tuán)中顆粒與顆粒不夠緊實，球團(tuán)強(qiáng)度較小，不利于球團(tuán)生產(chǎn)過程中的運輸，成型壓力過大，顆粒與顆粒形成過擠壓狀態(tài)，當(dāng)卸掉壓力后，會出現(xiàn)反彈力，使得球團(tuán)出現(xiàn)裂紋，甚至裂開為兩半。在黏結(jié)劑0.25%，水分含量6%的條件下成型壓力對微細(xì)粒級鈦精礦生球性能的影響見圖4。

圖4 成型壓力對微細(xì)粒級鈦精礦生球團(tuán)抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of moulding pressure on the Performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

隨著成型壓力的增加，生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度都先呈上升趨勢，然后呈下降趨勢。對于生球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度而言，在成型7 MPa 后，生球的抗壓強(qiáng)度趨于平緩上升，當(dāng)成型壓力超過9 MPa時，生球抗壓強(qiáng)度下降，在成型壓力為7～ 9 MPa，生球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度在64～ 70 N/球之間；對于生球團(tuán)的落下強(qiáng)度而言，在成型7 MPa 時，生球的落下強(qiáng)度最好，可達(dá)33 次/球，從生球性能、生產(chǎn)成本和節(jié)省能耗角度出發(fā)，選取成型壓力為7 MPa時，即可達(dá)到要求。

2.4 穩(wěn)定實驗

從單因素試驗數(shù)據(jù)與生產(chǎn)成本考慮，選取出試驗較佳工藝參數(shù)為：黏結(jié)劑用量0.25%、水分含量6%、成型壓力7 MPa，穩(wěn)定性試驗5 組，結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定實驗結(jié)果Table 3 Results of stabilization test

從表3 中可以看出，5 組穩(wěn)定實驗的生球抗壓強(qiáng)度平均可達(dá)66.88 N/球，落下強(qiáng)度平均可達(dá)32.8次/球，微細(xì)粒級微細(xì)粒級鈦精礦生球性能完全滿足工藝要求。并將該條件下的球團(tuán)在120℃烘箱中干燥了120 min 后，得到微細(xì)粒級微細(xì)粒級鈦精礦干球團(tuán)，其抗壓強(qiáng)度均大于500 N/球，落下強(qiáng)度超過100 次/球。

3 結(jié) 論

（1）通過單因素實驗的方法得出以PVA 作為黏結(jié)劑，采用冷固結(jié)成型方式，并從節(jié)省成本出發(fā)，獲得的微細(xì)粒級鈦精礦冷固結(jié)球團(tuán)工藝參數(shù)適合組合為：水分含量6%，黏結(jié)劑用量0.25%，成型壓力7MPa。在該工藝條件下生球的平均抗壓強(qiáng)度可達(dá)66.88N/球，落下強(qiáng)度可達(dá)32.8 次/球。

（2）采用黏結(jié)劑PVA 用于微細(xì)粒級鈦精礦球團(tuán)成型，生球團(tuán)機(jī)械性能良好，且試驗所采用的黏結(jié)劑PVA 是一種有機(jī)黏結(jié)劑，鈦渣冶煉時，不會影響鈦渣的品位，非常適合用于攀枝花微細(xì)粒級鈦精礦球團(tuán)生產(chǎn)工藝。