冶金球團用膨潤土評價指標及測試方法國內外研究進展

球團礦是20 世紀早期開發出的一種細粒鐵精礦的造塊方法，具體為細精礦粉（-0.074 mm，即粒度0.074 mm 的礦粉占80% 以上、比表面積在1500 cm2/g 以上）加入少量添加劑混合后，在造球盤上加水造球，物料依靠毛細力、黏滯力和旋轉運動的機械力造成直徑8～16 mm 的生球，經干燥、焙燒在高溫氧化性氣氛下Fe2O3 再結晶的晶橋鍵固結成的品位高、強度好、粒度均勻的球狀煉鐵原料，其中膨潤土粘結劑是球團礦主要的添加組分之一。

已有文獻報道，國內外對冶金球團用膨潤土的評價指標及其檢測方法存在一定差異。如德國側重檢測膨潤土吸水膨脹性、含膠量和粘度等，日本側重檢測吸水能力、含膠量和陽離子交換等，我國傳統的冶金球團用膨潤土的性能指標主要有吸藍量、膨脹容、膠質價、吸水率、粒度和水分等。葛方紅等對18 種國產膨潤土分別采用國內和國外的質量標準和檢測方法進行了測定，并對所得數據進行了逐步回歸處理，主要研究結果表明，按國內膨潤土測定指標所建立方程中對球團性能產生影響的因子主要有：蒙脫石含量、膠質價、24 h 吸水率、堿性系數、陽離子交換量，而pH 值，膨脹倍數為次要因子，無顯著影響。按國外膨潤土測定指標的方程中對球團性能影響因子有：膨潤度、特性系數、懸濁度、流出時間、陽離子交換量，而ζ-電位、電泳速度、pH值被逐步回歸剔除。

2008 年1 月我國國家標準GB/T 20973- 2007《膨潤土》正式實施, 新國標中球團用膨潤土的指標主要有吸水率、吸藍量、膨脹指數、過篩率及水分，這與冶金行業傳統的指標差別甚大，實驗方法也有所區別。劉新兵[7] 根據新國標對我國十七個省(自治區) 膨潤土產地100 多個樣品進行檢測和對比研究后指出，膨潤土的傳統質量指標膨脹容和膠質價均可表征膨潤土水化性能，二者呈正相關；膨脹指數用于表征膨潤土吸水膨脹性能，其與膨脹容相關性差，但與吸水率相關性較好；對于球團礦而言，吸水率是冶金球團用膨潤土最重要的指標，膨潤土膨脹容的高低與生球的爆裂溫度相關，而膨脹指數和吸水率不能反映生球的爆裂溫度。

此外，部分相關研究表明，用典型膨潤土作為粘結劑進行造球實驗后，生球指標并未隨著膨潤土吸藍量增加呈現明顯的規律。侯恩儉等在鎂質球團粘結劑的探究中發現鎂質復合粘結劑中不含蒙脫石，但其吸藍量和膠質價指標都超過膨潤土。由此可推測除了蒙脫石具有吸藍能力外，膨潤土中的雜質成分（高嶺石、伊利石等）也具有吸藍能力。總之，目前國內評價蒙脫石含量的性能指標只能粗略判斷膨潤土優劣，但不可直接以膨潤土的吸藍量評價膨潤土造球性能。

眾所周知，膠質價是膨潤土分散性、吸水性和膠體性的綜合體現，相關研究表明膨潤土在生球中正是通過形成具有凝膠結構的膠體發揮作用提高生球強度。蒙飛宇在通過逐步回歸研究冶金球團用膨潤土的性效關系中發現，膨潤土的膠質價對生球的落下強度、抗壓強度、生球水分以及干球的抗壓強度均有不同程度的影響。磁鐵礦生球的水分和落下強度都隨著膠質價的提高而變化，由此可以反映出膨潤土的膠質價對生球的水分和落下強度都有較大影響，但其與二者之間的線性關系并不明顯。此外，由于膠質價與膨潤值只是評價膨潤土膠體含量的一個靜態指標，與受力或剪切作用下的行為無關，也不能反映凝膠結構受破壞的難易程度，僅能粗略判斷膨潤土造球性能優劣。所以，目前不能僅從膨潤土膠質價數值上判斷膨潤土的相對優劣。

同樣地膨潤土膨脹容差異變大會增加生產中膨潤土配比控制的難度，配比均勻性的好壞直接影響球團質量。蔣娜娜通過實驗室造球盤實驗、豎爐投籠實驗及現場工業實驗，結合球團的各項性能指標，分析膨潤土不同膨脹容對造球的影響，進而推測出某膨潤土適用于生產造球的膨脹容大約值。實驗過程中發現當膨潤土膨脹容超過一定值后越大越不利于造球。韓衛濤 用5 種具有代表性的膨潤土進行造球實驗研究發現無論是生球水分還是生球落下強度都隨著膨潤土膨脹容的不斷提高而得到不斷的改善。

還有部分學者研究了粘度對生球造球效果的影響，研究表明生球水分和生球落下強度均隨膨潤土粘度的提高而增加。這可能是由于膨潤土粘度增加可增加精礦顆粒之間的粘結力，增加了鐵礦顆粒之間的毛細水，提高生球抗沖擊的能力，進而提高生球的落下強度。但整體而言，不能僅從比粘度的數值上判斷膨潤土造球效果的相對優劣。

國外其他膨潤土評價指標中，膨潤值和比粘度能粗略判斷膨潤土造球效果的優劣，但這些指標對膨潤土的造球性能沒有明顯指導意義。

韓衛濤通過對相關數據進行分析得知除鈣基土外，生球的水分和落下強度都隨著膨潤土陽離子交換量的增加而不斷提高，且變化規律性也比較一致。這說明膨潤土陽離子交換量對生球的水分和落下強度影響較大。但在蒙飛宇的研究中發現陽離子交換量與膨潤土的比表面積具有較高對應關系，陽離子交換量與生球質量沒有明顯對應關系，可見陽離子交換量與球團性能的關系還有待進一步探究。

通常高爐煉鐵要求鐵含量達58%，且膨潤土粘結劑的添加量應適宜。據不完全統計，國內膨潤土配加量一般為球團總質量的1.5%～3.0%，有的甚至更高，與國外1% 以下的配加量相比存在明顯差距 。大量生產實踐表明，膨潤土加入量過高會導致生鐵產量下降，增加煉鐵成本及增大高爐渣量。此外，值得關注的是不同產地膨潤土造球時所表現出來的性能存在差異，而且即使同一產地物化性能相近的膨潤土其成球效果也存在一定差異。

綜上，膨潤土物化性能與球團性能指標之間沒有清晰的對應關系，無法直接根據其來推測膨潤土在生球中的作用機理，進一步探清膨潤土與球團性能之間的相互聯系，對深入理解造球過程中各種物料的行為及作用狀態對實際生產中調控造球過程和提高球團質量具有重大意義。

來源：王澤平等，冶金球團用膨潤土國內外研究進展

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