润磨化硫酸渣生球团干燥特性的研究

李建臣

（中冶华天工程技术有限公司冶炼事业部， 江苏 南京 210019）

润磨化硫酸渣生球团干燥特性的研究

李建臣

（中冶华天工程技术有限公司冶炼事业部， 江苏 南京 210019）

试验采用硫酸渣作为原料，以润磨作为强化原料处理的方式，制备出合格硫酸渣生球团，研究其干燥特性。结果表明：润磨化硫酸渣生球团的脱水速率受干燥风温和风速的影响十分明显，并且随风温和风速的增加而迅速增快；润磨化硫酸渣生球团的含水量较普通铁矿球团的仍较高，但其可适应较高的干燥风温，故可适当提高风温来缩短其干燥完成时间；当风速为1.5 m/s、风温升至400℃时，其干燥时间可缩短至11.5 min。

硫酸渣 球团 润磨 干燥

硫酸渣是黄铁矿经高温焙烧制取硫酸后的残渣，每生产1 t的硫酸将产生0.6～1 t的硫酸渣。我国年产约1 400万t含铁（质量分数）在30%～60%的硫酸渣［1］，其中仅有部分作为水泥添加剂得到应用，其余的硫酸渣均自然堆积或择地掩埋。硫酸渣中的酸性物质会酸化土地，污染水源，危害动植物的生长［2］。但是，硫酸渣中丰富的铁资源对改善我国铁矿资源不足、长期依赖于进口的现状具有重要作用。因此，综合利用硫酸渣具有很大的现实意义。

随着现代选矿技术的进步和新设备的推广使用，用经精选矿后得到的硫精矿生产硫酸，所得硫酸渣铁品位（铁的质量分数）能达到60%以上，杂质含量亦进一步降低，可直接用于生产氧化球团。然而，王雪松、胡宾生等人对硫酸渣的物质组成及矿物特性进行了深入研究，认为硫酸渣属典型的人造矿物，其矿物特性与天然铁矿石存在较大差异［3-4］。这使得硫酸渣即便经过润磨，而制得的生球水分仍然较天然磁铁矿生球的高。许多科研院所也对硫酸渣应用于钢铁行业进行了研究，发现用硫酸渣制备氧化球团虽然可行，但存在一定的难度［5-11］。其中，对硫酸渣生球干燥行为的研究就是一项重要内容。这是因为生球干燥是球团生产中非常重要的环节，轻则影响球团生产质量，重则影响球团生产，使之不能正常进行。特别是对于链篦机—回转窑，生球不能在链篦机上得到较好的干燥，使生球结构受到破坏，进入回转窑内就会引起结圈。本文采用高品位硫酸渣作为原料，以润磨作为强化原料处理的方式，制备出合格硫酸渣球团，研究润磨化硫酸渣生球团的干燥行为，以期发现硫酸渣生球的干燥特性，为工业化生产提供技术帮助，进而为高炉炼铁提供优质炉料。

1 原料及研究方法

1.1 原料

试验所用硫酸渣和膨润土均由陕西华光实业有限公司提供，其主要化学组成见表1。

表1 原料的化学组成 %

图1显示了硫酸渣的颗粒形貌。由图1可见，硫酸渣颗粒表面粗糙，毛细孔洞非常发达。

图1 硫酸渣的颗粒形貌

下页图2为硫酸渣的XRD图谱。硫酸渣经镜下鉴定和XRD分析研究表明：样品中铁矿物种主要是磁铁矿和赤铁矿，次为半假象-假象赤铁矿；硫主要以黄铁矿形式存在，少量为黄铜矿和石膏，但含量较低；脉石矿物主要为石英和黑云母。统计算得主要矿物的体积分数见表2。

图2 硫酸渣的XRD图谱

表2 硫酸渣中主要矿物体积分数 %

另外，经马尔文激光粒度分析仪测得硫酸渣精矿中-0.074 mm粒级质量分数为88.66%。

1.2 研究方法

试验采用扫描电子显微镜、光学显微镜及XRD分析测试方法对硫酸渣物化特性进行检测分析。将硫酸渣和膨润土配料、混匀作为试样，每次取试样5 kg进行润磨。润磨所用设备为Φ500 mm×500 mm无级调速润磨机，设定其转速为40 r/min，介质填充率为 12%。润磨后的混合料经 1 000 mm×200 mm（直径×高）圆盘造球机（倾角为45°、转速为28 r/min）进行造球，取9～15 mm的生球作为合格生球团，测试其干燥性能。球团干燥试验在Φ650 mm×1 000 mm的竖式管炉中进行，研究方法如下：

1）称取m0g生球团放入干燥杯中，使料层高度达到200 mm，将带料干燥杯放置于预先设定好风温和风速的竖式管炉中；

2）计时开始干燥试验，记录干燥过程中的质量损失为△m；

3）待质量不再变化时，停止试验，按公式（1）计算球团脱水率，并以此评判生球团干燥性能。

式中：η为球团脱水率，%；m0为生球团质量，g；C水为生球团水分质量分数，%；△m为球团失重量，g。

2 试验结果及分析

本研究是在“润磨对制备硫酸渣氧化球团的影响”［12］理论基础上进行的，采用基准配矿方案，润磨时间4 min，混合料水分（质量分数）10%，造球时间10 min，所制得生球团的水分（质量分数）约12.0%。取其中合格生球作为研究对象，测试其干燥性能。

2.1 干燥风温的影响

图3、图4和图5分别描绘了风速为1.0 m/s、1.2 m/s和1.5 m/s时，干燥风温对生球团脱水速率的影响。由图3—图5可见，干燥风温对生球团脱水速率的影响十分显著。在三种风速条件下，生球团脱水速率均随着干燥风温的升高，迅速增快。具体表现为：在风速为1.0 m/s下，风温分别为300℃、350℃和400℃时，生球团干燥所需时间分别为22 min、19 min和15 min；在风速为1.2 m/s下，风温分别为300℃、350℃和400℃时，生球团干燥所需时间分别为18 min、16 min和13 min；在风速为1.5 m/s下，风温分别为300℃、350℃和400℃时，生球团干燥所需时间分别为16 min、13.5 min和11.5 min。

图3 风速1.0 m/s时风温对生球团脱水率的影响

图4 风速1.2 m/s时风温对生球团脱水率的影响

图5 风速1.5 m/s时风温对生球团脱水率的影响

2.2 干燥风速的影响

图6、图7和图8分别描绘了风温为300℃、350℃和400℃时，干燥风速对生球团脱水速率的影响。由图6—图8可见，干燥风速对生球团脱水速率也有较大影响。在三种风温条件下，生球团脱水速率均随着干燥风速的增加，逐渐增快。这是由于随着干燥风速的增加，从生球团内部扩散出来的水蒸气能够更迅速被带走，因而生球团脱水速率也相应地加快。

图6 风温为300℃时风速对生球团脱水率的影响

图7 风温为350℃时风速对生球团脱水率的影响

图8 风温为400℃时风速对生球团脱水率的影响

2.3 与磁铁矿生球团的比较

为了进一步查明硫酸渣生球团的干燥特性，试验还设置了其与某磁铁矿生球团的考查比较。在相同的造球条件下，试验所得到的磁铁矿生球团水分质量分数约为9.0%。图9描绘了当风温为350℃、风速为1.5 m/s时，硫酸渣生球团与某磁铁矿生球团脱水速率的对比。

图9 硫酸渣球团与磁铁矿球团的脱水率对比

由图9可见，硫酸渣生球团干燥完成所需时间在13 min左右，而磁铁矿生球团干燥完成所需时间约11 min。这是由于硫酸渣为多孔结构，即便经过润磨处理，所制得的生球团含水量较普通铁矿球团的仍较高，因而脱水速率较普通铁矿球团的要慢。但硫酸渣可适应较高的干燥风温，故可适当提高干燥风温来缩短其干燥完成的时间。由第2.1节所述可知，当风速为1.5 m/s、风温为400℃时，硫酸渣生球团干燥时间可缩短至11.5 min，对于硫酸渣生球团在生产中的应用有重要意义。

3 结论

1）硫酸渣疏松多孔、比表面积大、持水能力强、内部磁铁矿和赤铁矿晶格结构不完善等特征致使硫酸渣制备的生球团含水量较高。

2）润磨化硫酸渣生球团的脱水速率受干燥风温和干燥风速的影响十分明显，并且随风温和风速的增加而增快，且可适应较高的干燥风温。

3）润磨化硫酸渣所制得的生球团含水量较普通铁矿球团的仍较高，故其脱水速率较普通铁矿球团的要慢，可适当提高风温来缩短其干燥完成时间；当风速为1.5 m/s、风温为400℃时，其干燥时间可缩短至11.5 min。

［1］ 董风芝.硫铁矿烧渣用作炼铁原料研究进展［J］.化工矿物与加工，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，张德海，任允芙.黄铁矿烧渣的特性及其利用［J］.环境工程，1999，18（1）：58-61.［4］ 胡宾生，王雪松，李亮，等.铜陵硫酸渣的矿物特征及在磁化焙烧过程中的变化［J］.矿产综合利用，1998（2）：35-38.

［5］ 刘心中，杨新春，董凤芝，等.硫酸烧渣综合利用［J］.金属矿山，2002，37（9）：51-54.

［6］ 陈铁军，张一敏.全硫酸渣生产氧化球团试验研究及工业应用［J］.钢铁研究，2005，142（1）：1-4.

［7］ 许斌，庄剑鸣，白国华，等.硫酸烧渣综合利用新工艺［J］.中南工业大学学报（自然科学版），2000，31（3）：215-218.

［8］ 武轶.球团配用硫酸渣的试验研究［J］.钢铁研究，2006，34（4）：6-9.

［9］ 朱德庆，李建，潘建，等.硫酸渣磁铁精矿球团试验研究［J］.矿冶工程，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.润磨对制备硫酸渣氧化球团的影响［J］.山西冶金，2012，35（1）：19-22.

（编辑：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，硕士研究生，工程师，主要从事冶金工程设计及研发工作。