铬铁矿制粒烧结工艺优化研究

摘要

铬元素是冶炼不锈钢不可或缺的重要原料，而铬的主要来源则是铬铁矿。近年来，伴随着我国经济的快速发展，对于不锈钢的需求也是与日俱增，然而我国又属于铬资源严重匮乏的国家，保有储量仅占世界储量的0.15％，因此每年需从国外大量进口铬铁矿，2011年全年的进口量已经高达970万吨，对外依存度几乎为100%。随着优质天然块矿资源的消耗，价格更为低廉的粉矿和精矿日益成为当下铬铁冶炼的主要原料。但是粉矿和精矿必须经过造块后方可入炉，否则将会使炉料透气性变差，恶化炉况，严重影响各项技术经济指标。因此，加强对于造块工艺的研究，对于降低生成成本，提高企业竞争力具有重要意义。
　　综合国内外研究文献来看，当前主要的造块工艺为烧结法，但仍存在着制粒差、难烧结的问题。针对此情况，本研究以某企业所使用进口南非精矿UG2(铂矿经磨选后的尾矿)、南非粗粉LG6及土耳其筛下矿三种铬铁矿为原料，通过使用化学分析、XRD分析、热分析、SEM分析以及接触角、湿容量等检测手段，在了解原料物理化学性能的前提下，基于制粒烧结过程的基础理论，从改善制粒效果和促进液相生成两方面入手，就铬铁矿制粒烧结工艺的优化改善问题开展了系统的研究工作。
　　首先，通过原料分析发现，企业原配方案制粒效果不佳的主要原因有二，一是UG2矿过于细小和光滑，亲水性差，难以有效粘附；二是返矿的表面性质和亲水性几乎与原矿相同，因此无法作为有效的形核粒子，反而恶化了制粒。因此，改善制粒必须增加形核与强化粘结。LG6矿与土耳其筛下矿粒度适宜、亲水性好，具备混合制粒的可行性。另外，三种铬铁矿主要物相均为尖晶石相(Fe,Mg)(Cr,Al)2O4，但UG2矿和LG6矿在化学成分上较类似，以Cr2O3、FeO和Al2O3为主，而土耳其筛下矿铬品位略低，但硅镁高，且存在与绿泥石类似的硅酸盐物相，具有改善烧结液相生成的可行性。
　　然后，通过制粒优化实验发现，适宜的配水量均是外配12%，此时实际含水量大致在11~13%范围内。添加土耳其筛下矿进进行制粒时可以在不加膨润土和绿泥石的情况下完成制粒，配加量越多，效果越好，配合添加膨润土后，制粒效果还可以有大幅提升。此外，润磨尽管对于改变矿物的粒度分布和表面性质具有一定作用，但对于UG2这种特别难制粒的矿物而言，改变程度十分有限，也无法达到有效降低膨润土用量的作用，因此并不具备经济性。
　　最后，烧结优化实验结果表明，对于原配方案、土耳其筛下矿与南非精矿的混烧方案，适宜的配碳量均为配焦12%(配碳量为8.64%)，但值得注意的是，由于土耳其筛下矿有利于制粒，且硅镁成份较高，可以有效减少膨润土和熔剂的使用量，从而提高了铬品位，因此是极具经济性的。以两种铬铁矿的质量比例计，土耳其筛下矿的配加量不宜少于35%。南非粗粉矿 LG6与 UG2矿混烧时，在配焦10%、熔剂10%的条件下即可达到令人满意的烧结指标，这对于节约燃料成本和提高铬品位很有意义，建议推广使用。以两种铬铁矿的质量比例计，建议LG6矿的配加量不宜低于40%。烧结矿的物相是以尖晶石和铁橄榄石为主，其固结过程是以尖晶石再结晶固结和硅酸盐液相粘结相结合的方式来完成的。不同熔剂的烧结实验结果表明，单一配加硅质或镁质的熔剂是不利于提高烧结质量，宜配加硅镁型熔剂同时调节硅镁成分；另外，冶炼红土镍矿所产的水淬渣，除了硅镁成分适宜，还具有自熔性好的特点，同等条件下热利用率高，烧结质量最佳，成品率和落下强度达90%，具有良好的应用前景。

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1 绪论

1.1 铬铁矿造块方法简述

1.2 国内外研究进展

1.3 课题背景及意义

1.4 研究方法及内容

2 原料物理化学性质

2.1 化学分析

2.2 粒度分析

2.3 表面形貌

2.4 接触角和湿容量测量

2.5 XRD分析

2.6 热分析

2.7 小结

3 制粒优化研究

3.1 实验方法

3.2 制粒结果

3.3 润磨制粒

3.4 小结

4 烧结优化及固结机理研究

4.1 实验方法

4.2 原配比优化烧结结果

4.3 配加土耳其筛下矿烧结结果

4.4 不同LG6矿添加量下的烧结实验结果

4.5 不同熔剂下的烧结实验结果

4.6 固结机理

4.7 小结

5 结论

致谢

参考文献

附录