冶金球团用膨润土的加工及质量要求

蓝庆滔，李要武，曾文波

（铜陵有色铜冠冶化分公司球团车间，安徽 铜陵 244000）

适用技术

冶金球团用膨润土的加工及质量要求

蓝庆滔，李要武，曾文波

（铜陵有色铜冠冶化分公司球团车间，安徽 铜陵 244000）

通过考察数家膨润土生产厂家，并根据实际生产经验，论述冶金球团用膨润土的加工过程及质量要求。

球团；膨润土；工艺流程；指标检测；质量

黑色冶金中的球团生产是将细磨铁精矿制成能满足高炉炼铁需要的块状物料的一个加工过程。其过程是：将铁精矿按一定的比例配加粘结剂并混匀后，在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球，然后经过干燥和焙烧使球团硬化固结。在这一过程中，粘结剂的类型及其质量指标对生球、干球及成品球团的特性都有十分重要的影响。在球团工艺的发展过程中，曾有多种有机物或无机物（如佩利多、消石灰等）被试用作为粘结剂，但目前在国内球团生产中，普遍使用的粘结剂仍是膨润土。

膨润土又叫斑脱岩或膨土岩，是1888年美国地质学家发现的，原是因该种岩土吸水性强，且吸水后体积膨胀显著并呈凝胶状态而得名。在中国，膨润土矿产资源非常丰富，居世界首位，主要应用于铸造工业、钻井泥浆材料、铁矿球团生产、油脂脱色和净化等等。

在球团行业，如2008年，国内球团生产总量为 1.2亿 t，膨润土配比平均高达 2.5%，全国一年用于铁矿球团生产的膨润土就达到300万t左右。本文通过考察数家膨润土生产厂家，并根据实际生产经验，论述冶金球团用膨润土的加工过程及质量要求。

1 冶金球团用膨润土的加工

膨润土的主要矿物成分是蒙脱石，常带负电荷，能够吸附阳离子，自然界中被它吸附的离子有 Ca2＋、Mg2＋、Na＋和 K＋等。 通常我们把吸 Ca2＋离子为主的膨润土称做钙基膨润土，吸附Na＋为主的膨润土称做钠基膨润土。在科研及实际生产中都发现，一般在蒙脱石含量相近的情况下，钠基膨润土比钙基膨润土对球团的作用大。因此，根据膨润土中蒙脱石含量及吸附离子类型的不同，需要的加工方法及流程也不同，常用的有干法加工流程、人工钠化改型流程两种。

（1）干法加工流程

对于蒙脱石含量高、质量较好的钠基膨润土，一般采用干法加工流程，主要使加工后膨润土的粒度及水分达到球团生产要求即可。

干法加工流程较简单，在原土进厂后堆存一定的时间使之自然干燥，然后用破碎机破碎后再用圆筒干燥机干燥，干燥后水分为6%～8%，然后使用雷蒙磨磨粉，磨到合格粒度后即可得到成品。工艺流程见图1。

图1 干法加工流程

（2）人工钠化改型流程

在自然界中，大部分钠蒙脱石在地层中碳酸钙型水的作用下，会自然改型为钙蒙脱石。所以一般膨润土矿体以钙基膨润土居多。对于这种钙基膨润土，需要进行深加工即人工钠化后，才能达到或接近钠基膨润土的性能要求。

人工钠化改型是将外加的Na＋挤压进入蒙脱石晶层之间，使之与Ca2＋离子进行阳离子交换。常用的钠化剂有碳酸钠和氢氧化钠等。而钙基膨润土在自然条件下或水介质中，都是以聚结状态存在的，为了加速离子交换，一般在钠化时需要施加外力，使晶层分开。其工艺流程如图2。

在实际生产中，不管是干法加工还是人工钠化改型，在使用烘干设备对膨润土进行干燥时，都要控制好干燥温度。1982年，浙江省冶金研究所曾对安徽某地的膨润土性能进行测定。结果表明，膨润土在500～600℃焙烧温度下，仍能保持一定数量的蒙脱石。但经过600～700℃焙烧后，其蒙脱石结构会因完全受破坏而失去粘结特性，所以膨润土加工时，烘干温度要控制在600℃以下。

图2 人工钠化改型流程

2 冶金球团用膨润土的质量要求

2.1 球团用膨润土的主要指标及检测

在球团生产中，膨润土的蒙脱石含量、吸水率、膨胀指数、水分及粒度都对球团质量有显著影响。

（1）水分检测

膨润土水分的检测方法为：将称量瓶在（105±3）℃下烘干至恒重并称量，加入约10g膨润土试样，将称量瓶和试样再次称量后在（105±3）℃烘箱中烘干2 h，取出在干燥器中冷却30 min，称量。然后按以下公式计算水分的质量分数：

式中：W——水分质量分数，%；

M1——烘干前称量瓶和膨润土试样质量，g；

M2——烘干后称量瓶和膨润土的质量，g；

M3——称量瓶的质量，g。

（2）蒙脱石含量的判断及吸蓝量检测

膨润土中蒙脱石的含量直接影响到生球的各项质量指标。膨润土分散于水溶液中后，会具有吸附次甲基蓝的能力，其吸附次甲基蓝的量被称为吸蓝量。而膨润土中的蒙脱石含量愈高，吸蓝量就愈大。因此，我们通常采用吸蓝量来粗略估算膨润土中蒙脱石的相对含量。所以吸蓝量是膨润土最重要的质量指标。

吸蓝量以100g样吸附的次甲基蓝的g数表示。检测方法为：

膨润土在（105±3）℃的烘箱中烘干 2 h后，称取 （0.2±0.001）g作为试样，置于预先盛有50 mL水的250 mL锥形烧瓶中，使其润湿后，在磁力搅拌器上分散5min，加入1%焦磷酸钠溶液20mL，继续搅拌2～3 min。然后在电炉上加热至微沸2 min，取下冷却至（25±5）℃。在搅拌下用滴定管滴加亚甲基蓝标准溶液。第一次可预滴加约总量2/3的亚甲基蓝溶液，搅拌2 min使其充分反应，以后每次滴加1～2 mL，搅拌30 s后用玻璃棒沾取1滴试液在中速定量滤纸上，观察蓝色斑点周围是否出现淡蓝色晕环，若未出现，则继续滴加亚甲基蓝溶液。当开始出现蓝色晕环后，继续搅拌2 min，再用玻璃棒沾取1滴试液在中速定量滤纸上，观察是否还出现淡蓝色晕环，若淡蓝色晕环不再出现，继续仔细滴加亚甲基蓝溶液。如搅拌2 min后仍出现淡蓝色晕环，表明已到终点，记录下滴定体积（V）。

吸蓝量的计算公式：

B＝31.99 VC／m

式中：B——吸蓝量，g·（100 g）-1；

V——亚甲基蓝的滴定体积，mL；

C——亚甲基蓝溶液浓度，mol·L-1；

M——膨润土试样质量，g。

检测出吸蓝量后，可以根据下式计算蒙脱石的相对含量：

（3）粒度检测

一般在生产中测定的是膨润土-75 μm粒级的含量，测定方法如下：

取已在 （105±3）℃的温度下烘干2 h后的试样约10 g，精确至0.001 g。移入装有底盘的试验筛（Ф200×50-0.075／0.05）中，用羊毛刷轻刷试料，使粉末通过筛孔收集在底盘，直至达到筛分终点。筛分终点的判定是在筛子下垫一张黑纸，轻刷试料，刷筛至没有在黑纸上留下痕迹，即为筛分终点。将筛余物移到已知质量的表面皿中称量，精确至0.001 g。

-75 μm粒级的含量计算公式：

式中：S——-75 μm粒级含量质量分数，%；M1——试料质量，g；

M2——筛余物质量，g。

（4）吸水率检测

膨润土的吸水率对球团生球及熟球的各项性能都有影响，一般在生产中要测定膨润土在两小时内的吸水增重而计算吸水率。具体操作步骤如下：

把大小为250 mm×250 mm×60 mm，孔径为150～170 μm的多孔陶瓷板放入玻璃容器中，用蒸馏水浸没，使多孔陶瓷板浸透［测定时要始终保持使多孔陶瓷板上表面高出水面（6±1）mm］，并使玻璃容器和水温度稳定在（20±2）℃。将滤纸2张放在蒸馏水中浸渍30 s，使其吸水饱和，然后放在多孔陶瓷板上平衡水分60 min后，分别称量该滤纸。

称取 2 份（2±0.01）g已在（105±3）℃温度下烘干恒重的膨润土，分别均匀地撒在2张湿滤纸上，膨润土的散布直径约9 cm。然后将滤纸和膨润土对称放置在多孔陶瓷板上（注意不要重叠），盖上玻璃容器盖。静置2 h后，用镊子和铲刀仔细取出湿滤纸和湿膨润土，在天平上称量。

膨润土的2 h吸水率按下式计算：

式中：Wa——吸水率，%；

W——湿滤纸和湿膨润土质量，g；

W0——湿滤纸质量，g；

m——干膨润土试样质量，g。

（5）膨胀指数检测

准确称取（2±0.01）g 已在（105±3）℃烘干 2 h后的膨润土样品，将该样品分多次加入已有90mL蒸馏的100 mL刻度量筒内。每次加入量不超过0.1 g，用30 s左右时间缓慢加入，待前次加入的膨润土沉量筒底部后再次添加，相邻两次加入的时间间隔不少于10 min，直至试样完全加入到量筒中。全部添加完毕后，用蒸馏水仔细冲洗粘附在量筒内侧的粉粒使其落入水中，最后将量筒内的水位增到100 mL的标线处，用玻璃塞盖紧。静置24 h后，记录沉淀物界面的量筒刻度值（精确至 0.5 mL）即为膨胀指数。 单位为 mL·（2 g）-1。

2.2 球团用膨润土的质量要求

根据本车间生产经验，最佳冶金球团用膨润土的质量需达到表1要求。

表1 冶金球团用膨润土的质量要求

3 结语

在我国，冶金球团用膨润土具有矿产资源非富、加工流程简单等特点。因其质量指标对球团生球、干球及成品的特性都有十分重要的影响，目前在国内，各球团生产厂家对膨润土的质量都有严格的要求。所以膨润土加工企业必须根据球团厂的具体需要，在加工时控制好膨润土的各项质量指标。

［1］ 傅菊英，朱德庆.铁矿氧化球团基本原理、工艺及设备［M］.长沙：中南大学出版社，2005.

［2］ GB／T20973-2007，膨润土［S］.

Processing Technology and Quality Requirement of Bentonite for Pellets Metallurgy

LAN Qing-tao，LI Yao-wu，ZENG Wen-bo
（Tongguan Branch Company of Metallurgy and Chemistry， Tongling Non-ferrous Metals Corporation， Tongling 244000， China）

TQ 174.4

B

1671-9905（2011）03-0054-03

蓝庆滔，安徽铜陵有色循环经济工业园铜冠治化分公司球团车间，244000；电话：0562-5868368，13856209552，E-mail：lqt＠tlys.cn

2010-11-07