膨潤(rùn)土及其在冶金球團(tuán)中的應(yīng)用

1、膨潤(rùn)土及其在冶金球團(tuán)中的應(yīng)用劉新兵 博士二零零五年八月 北京膨潤(rùn)土及其在冶金球團(tuán)中的應(yīng)用劉新兵 博士1、膨潤(rùn)土簡(jiǎn)介膨潤(rùn)土又稱(chēng)皂土、斑脫巖等，英文名為Bentonite ,是一種主要由SiO2和Al2O3組成的粘土巖。關(guān)于膨潤(rùn)土的定義，1972年美國(guó)地質(zhì)學(xué)家Grim在馬德里國(guó)際粘土?xí)h上認(rèn)為：“膨潤(rùn)土是以蒙脫石類(lèi)礦物為主要組分的巖石，是蒙脫石礦物達(dá)到可利用含量的粘土或粘土巖”。大部分膨潤(rùn)土礦床是由火山物質(zhì)在堿性條件下蝕變而來(lái)的。天然產(chǎn)出的膨潤(rùn)土因含鐵離子的原因而具有多種顏色，如白、黃、綠、紅等。從外表看，膨潤(rùn)土有泥狀、砂狀和致密塊狀等結(jié)構(gòu)，密度為2g/cm3。干燥的膨潤(rùn)土塊放入水中，會(huì)膨脹、崩解

2、、潰散，由崩解速度也可以區(qū)別膨潤(rùn)土原礦的屬性和優(yōu)劣。自然界大量存在的是鈣基膨潤(rùn)土，其次是鈉基膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)層間吸附的可交換陽(yáng)離子為Ca+2時(shí)，稱(chēng)為鈣基膨潤(rùn)土，為Na+時(shí)稱(chēng)為鈉基膨潤(rùn)土。這兩種膨潤(rùn)土在性能上有很大的差別，鈉基膨潤(rùn)土的膨脹性、吸水性、粘性都要好于鈣基膨潤(rùn)土。2、膨潤(rùn)土的礦物和化學(xué)特征2.1 蒙脫石的礦物特征膨潤(rùn)土的主要組成礦物是蒙脫石（Montmorillonite），是一種主要由SiO2和Al2O3組成的層狀硅鋁酸鹽，其化學(xué)成分為：Na0.7(Al,Mg)4(OH)4(Si,Al)8O20nH2O。蒙脫石是屬于21型結(jié)構(gòu)的具有膨脹性的含水層狀硅鋁酸鹽，其晶體結(jié)構(gòu)單元為二層鋁氧

3、八面體中間夾一層硅氧四面體，許多結(jié)構(gòu)單元層沿C軸堆積，形成蒙脫石的層狀結(jié)構(gòu)。蒙脫石具有以下三個(gè)特征：（1） 結(jié)晶程度差，顆粒細(xì)小，該礦物曾經(jīng)被認(rèn)為是微晶高嶺石。（2） 21型結(jié)構(gòu)中，四面體中的Si4+常被Al3+取代，八面體中的Al3+常被Mg2+、Fe2+、Zn2+等取代，因此產(chǎn)生層面負(fù)電荷。為了達(dá)到電荷平衡，層間需要吸附陽(yáng)離子，如Na+、Ca+2、Mg2+等。這些陽(yáng)離子可以相互交換，形成不同類(lèi)型、不同性能的蒙脫石礦物，這是蒙脫石的最主要的特征。（3） 結(jié)構(gòu)層間含有層間水，層間水的多少與層間吸附離子的種類(lèi)和電勢(shì)有關(guān)。一價(jià)陽(yáng)離子（如Na+）由于離子勢(shì)較小，形成一層連續(xù)水分子層；二價(jià)陽(yáng)離子（如C

4、a+2）離子勢(shì)較高，形成二層水分子層。蒙脫石在水化時(shí)，一價(jià)陽(yáng)離子（鉀除外）由于離子勢(shì)小，對(duì)帶負(fù)電的層片束縛力也小，層片可以脫離陽(yáng)離子的束縛力，形成更大的層面間距，表現(xiàn)出更好的膨脹性能。相反地，二價(jià)陽(yáng)離子離子勢(shì)高，對(duì)層片的束縛力也較大，表現(xiàn)為膨脹性能較差。利用這一特點(diǎn)，通過(guò)改變蒙脫石層間吸附陽(yáng)離子，如將鈣蒙脫石鈉化為鈉蒙脫石，可以改變蒙脫石的性能，提高蒙脫石的膨脹性能和粘結(jié)力。2.2 蒙脫石的化學(xué)特征表1是我國(guó)64個(gè)膨潤(rùn)土樣品的化學(xué)成分，值得注意的是，這是膨潤(rùn)土的化學(xué)成分，而非蒙脫石的化學(xué)成分，因?yàn)榕驖?rùn)土除含蒙脫石外，還含有其他雜質(zhì)。若要了解蒙脫石的化學(xué)成分，需要把膨潤(rùn)土提純，這無(wú)疑把過(guò)程復(fù)雜化

5、了。根據(jù)作者對(duì)大量膨潤(rùn)土樣品化學(xué)成分的分析，通過(guò)X射線(xiàn)衍射定性分析礦物組成和標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)組成法，利用膨潤(rùn)土化學(xué)成分，是可以大致推算其中蒙脫石的化學(xué)成分和膨潤(rùn)土的純度。其方法是：膨潤(rùn)土化學(xué)成分中Al2O3和MgO之和，乘以系數(shù)2.84，就是膨潤(rùn)土中蒙脫石所含SiO2的含量，而膨潤(rùn)土SiO2含量減去蒙脫石中SiO2的含量，則是膨潤(rùn)土中所含的SiO2（石英）雜質(zhì)。因此，這兩個(gè)SiO2含量差別越大，膨潤(rùn)土含砂越多，質(zhì)量越差。在膨潤(rùn)土的化學(xué)成分中，SiO2是最重要的成分，含量在60-75%之間，這其中有蒙脫石中的SiO2，也包括了雜質(zhì)（主要是石英）中的SiO2。Al2O3作為次要礦物，主要來(lái)自蒙脫石，其含量

6、在13-20%之間。CaO和MgO的含量分別為2-5%。Fe2O3的含量因膨潤(rùn)土不同而變化，膨潤(rùn)土顏色越淺（白），鐵含量越低，一般膨潤(rùn)土Fe2O3含量在1-3%，但也有高的，高鐵含量的膨潤(rùn)土被認(rèn)為是最好的球團(tuán)用粘結(jié)劑（如印度膨潤(rùn)土）。鈣基膨潤(rùn)土中的K2O含量一般高于Na2O含量，為0.5-1.5%之間，而鈉基膨潤(rùn)土（包括人工鈉化膨潤(rùn)土）Na2O會(huì)較高，達(dá)到1.5-2.0%。在膨潤(rùn)土的化學(xué)成分中，H2O的含量要引起注意。一般地，膨潤(rùn)土中的水分分為三中類(lèi)型：層間自由水，是膨潤(rùn)土水化時(shí)吸附的水分，與膨潤(rùn)土的結(jié)合力最弱，在105烘干或自然曬干條件下都可以失去，這種水的含量通常被稱(chēng)為膨潤(rùn)土的水分；層間吸

7、附水，這是蒙脫石層間包裹水合陽(yáng)離子的水分，鈣蒙脫石的層間吸附水要多于鈉蒙脫石，這部分水量在120-200之間失去，含量在13-15%之間；結(jié)構(gòu)羥基水，這是蒙脫石礦物晶體結(jié)構(gòu)中的水分，在550-750之間脫去，含量在5%左右。2.3 蒙脫石的X射線(xiàn)衍射特征蒙脫石由于顆粒細(xì)小和結(jié)晶度差，很難用光學(xué)方法來(lái)研究，X射線(xiàn)衍射法是研究蒙脫石的最好成績(jī)的方法。（001）面衍射峰是蒙脫石最強(qiáng)烈的衍射峰，不同屬性膨潤(rùn)土的層間距不同，表現(xiàn)為d(001)的值不同。鈣蒙脫石層間距最大（因?yàn)楹瑑蓪铀肿訉樱?，d(001)為15-16；鈉鈣蒙脫石的d(001)為13-14；而鈉蒙脫石的d(001)為12-13。采用X射線(xiàn)

8、衍射法研究膨潤(rùn)土，還可以定性地了解膨潤(rùn)土的礦物組成。在一些有條件的科研單位，采用X射線(xiàn)衍射法來(lái)確定膨潤(rùn)土中有效礦物蒙脫石的含量（而不采用吸藍(lán)量法），據(jù)報(bào)道該方法是比較精確的。2.4蒙脫石的差熱分析受熱條件下蒙脫石性能的變化與膨潤(rùn)土的應(yīng)用有很大的關(guān)系，因此了解蒙脫石的差熱分析很重要。蒙脫石在受熱過(guò)程中一般具有三個(gè)吸熱效應(yīng)。第一吸熱谷大而寬，溫度為90-200，主要是脫出層間自由水和層間吸附水。鈉蒙脫石是單谷，由于層間水量少，故吸熱谷面積也小，層間水失重約13%；鈣蒙脫石為典型的復(fù)谷，吸熱谷溫度分別為90-105和170-190，層間水量大，吸熱谷面積也大，層間水失重介于15-20%之間。第二吸熱

9、谷為550-750，是蒙脫石的脫羥吸熱谷。此時(shí)蒙脫石雖然失去了結(jié)構(gòu)羥基水，但還保持層狀結(jié)構(gòu)，遇水還可復(fù)水，恢復(fù)蒙脫石的各種性能，但質(zhì)量要下降。這一溫度反映了蒙脫石熱穩(wěn)定性的大小，是評(píng)價(jià)其耐熱性能的尺度。第三吸熱谷溫度為850-1050，是無(wú)水蒙脫石晶格破壞所致。第三吸熱谷后出現(xiàn)的放熱效應(yīng)是各種新礦物相的形成。3、膨潤(rùn)土的加工3.1 膨潤(rùn)土的提純作為冶金球團(tuán)用膨潤(rùn)土，純度一般要求不高，有效礦物蒙脫石的含量大于60%就行了。提純方法一般采用干法提純，第一次是開(kāi)采和晾曬過(guò)程中人工挑選，可清除大塊雜質(zhì)；第二次是利用雷蒙機(jī)的除砂功能，在磨粉過(guò)程中除去一些較細(xì)的砂子。3.2 膨潤(rùn)土的人工鈉化由于鈉基膨潤(rùn)土

10、具有比鈣基膨潤(rùn)土更好的性能，如更高的吸水率，更強(qiáng)的粘結(jié)性，更好的膠體性能等。在自然界中，性能好的天然鈉基土比較少見(jiàn)，而性能較差的鈣基膨潤(rùn)土則大量分布。為了提高膨潤(rùn)土的性能，采用人工鈉化工藝將鈣基膨潤(rùn)土改性為鈉基膨潤(rùn)土是一條廉價(jià)和有效的途徑，也是球團(tuán)用膨潤(rùn)土最常用的方法。鈉化劑可以是Na2CO3，NaF，Na2SO4等，但從經(jīng)濟(jì)上考慮，Na2CO3是最好的鈉化劑。鈉化過(guò)程中，膨潤(rùn)土與Na2CO3發(fā)生如下反應(yīng)：Ca-Mont. + Na2CO3 Na-Mont. + CaCO3形成的CaCO3不溶于水，促進(jìn)了反應(yīng)向左進(jìn)行，形成了鈉基膨潤(rùn)土，但是，由于Ca2+電勢(shì)較強(qiáng)，膨潤(rùn)土有優(yōu)先吸附Ca2+能力，

11、因此，上面的反應(yīng)可逆的，不可能達(dá)到100%的鈉化，這就需要在鈉化工藝和設(shè)備上加以改進(jìn)，使鈉化反應(yīng)達(dá)到盡可能大的程度。通過(guò)測(cè)定鈉化后產(chǎn)品中Na，Ca離子交換容量，可以計(jì)算膨潤(rùn)土的鈉化程度。工業(yè)上Na2CO3稱(chēng)為純堿，不同工藝生產(chǎn)的純堿與膨潤(rùn)土的反應(yīng)不一樣，由鹽湖或堿巖提純的純堿與膨潤(rùn)土反應(yīng)不好。氨堿法生產(chǎn)的純堿適用于膨潤(rùn)土的鈉化。膨潤(rùn)土的鈉化工藝有很多，主要有：（1）堆場(chǎng)鈉化法：即在原礦堆場(chǎng)，將2-4%的碳酸鈉粉加入含水30%左右的鈣基膨潤(rùn)土原礦中，經(jīng)翻動(dòng)、混勻后堆場(chǎng)，老化10天，再干燥、粉碎得成品。該方法工藝簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，但鈉化土質(zhì)量不高。我國(guó)目前許多膨潤(rùn)土廠(chǎng)都采用該法進(jìn)行人工鈉化，其產(chǎn)品質(zhì)

12、量不高，且不穩(wěn)定。（2）輪碾鈉化法：將含水的膨潤(rùn)土與碳酸鈉粉加入輪碾機(jī)內(nèi)，充分混合、碾壓，從而達(dá)到鈉化的目的。該法效果較好，但設(shè)備利用率較低，能耗大。（3）雙螺旋混合擠壓鈉化法：將干燥的膨潤(rùn)土初粉碎，加入雙螺旋擠壓機(jī)中，同時(shí)加入碳酸鈉和水，通過(guò)擠壓和混煉成軟泥狀，達(dá)到鈉化的目的。該法的缺點(diǎn)是目前還沒(méi)有定型的機(jī)械設(shè)備，同時(shí)處理量也較小。（4）對(duì)輥擠壓鈉化法：將碳酸鈉和水加入到經(jīng)粉碎（5mm）、干燥的鈣基膨潤(rùn)土中，拌勻后給入對(duì)輥擠壓機(jī)擠壓，實(shí)現(xiàn)鈉化的目的。該法的優(yōu)點(diǎn)是擠壓力大，產(chǎn)量大，電耗少。但擠壓時(shí)間短，鈉化反應(yīng)進(jìn)行得不夠徹底，因此往往需要預(yù)先堆料，使對(duì)輥前的鈉化反應(yīng)盡可能地進(jìn)行。目前我國(guó)一些先

13、進(jìn)的膨潤(rùn)土加工企業(yè)多采用對(duì)輥擠壓鈉化法生產(chǎn)人工鈉改性膨潤(rùn)土。（5）螺旋阻流鈉化法膨潤(rùn)土與碳酸鈉溶液混合，通過(guò)螺旋擠壓機(jī)擠出，在擠出口安裝阻礙物，以增加擠出壓力。該方法具有鈉化時(shí)間長(zhǎng)，剪切力大等特點(diǎn)，能使層狀結(jié)構(gòu)的膨潤(rùn)土露出新鮮層面，有利于與鈉離子的接觸和反應(yīng)，提高鈉化效果。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，螺旋阻流鈉化法是最好的膨潤(rùn)土鈉化方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，鈉化效果好，產(chǎn)量大，耗電少等優(yōu)點(diǎn)。為此，作者開(kāi)發(fā)了一種攪拌擠出一體機(jī)，用于膨潤(rùn)土鈉化，具有很好的效果，設(shè)備已有五家膨潤(rùn)土廠(chǎng)在使用。以上五種鈉化方法均屬于濕法鈉化，還有一種工藝被稱(chēng)為干法鈉化方法，即在雷蒙機(jī)磨膨潤(rùn)土?xí)r，同時(shí)加入碳酸鈉粉末，以雷蒙機(jī)為鈉化設(shè)

14、備。干法鈉化實(shí)際上是將膨潤(rùn)土與堿粉混合，二者之間沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這種干法鈉化的產(chǎn)品在化驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出鈉基膨潤(rùn)土的性能，這是因?yàn)榛?yàn)過(guò)程中堿溶于水而將膨潤(rùn)土鈉化的緣故。干法鈉化產(chǎn)品成本低，但堿的利用率也低，在球團(tuán)上的應(yīng)用效果是比較差的，僅比鈣基土好些。3.3 膨潤(rùn)土的干燥膨潤(rùn)土的干燥可以采用自然曬干或強(qiáng)制烘干。自然曬干成本低，鈉化時(shí)間長(zhǎng)而鈉化效果好，干燥后顆粒疏松易于磨粉。缺點(diǎn)是占地面積大，干燥時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，與天氣關(guān)系大等等，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。強(qiáng)制烘干一般是連續(xù)工藝，即鈉化后的濕膨潤(rùn)土直接進(jìn)入干燥設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，產(chǎn)量大，產(chǎn)品不落地，勞動(dòng)強(qiáng)度低，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)，與天氣關(guān)系不大等等。缺

15、點(diǎn)是成本高，動(dòng)力和燃料消耗大，產(chǎn)品由于強(qiáng)制脫水而收縮，因而致密，磨粉過(guò)程中產(chǎn)量降低。另外，烘干過(guò)程還有可能導(dǎo)致膨潤(rùn)土被“燒”死，而降低膨潤(rùn)土的質(zhì)量，因此必須控制烘干溫度，一般認(rèn)為入窯熱氣溫度在500左右是合適的。膨潤(rùn)土的烘干設(shè)備可以是回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、網(wǎng)帶機(jī)、閃蒸干燥機(jī)等，最常采用的是直熱式回轉(zhuǎn)窯，具有投資低、產(chǎn)量大、易操作、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，但熱效率低、對(duì)產(chǎn)品的顏色有影響?；剞D(zhuǎn)窯的長(zhǎng)徑比為101時(shí)效果較好。加熱方式采用順流，即入料處為高溫區(qū)，好處是防止膨潤(rùn)土粘筒壁。3.4 膨潤(rùn)土的磨粉膨潤(rùn)土的磨粉比較簡(jiǎn)單，一般采用雷蒙磨磨粉，該設(shè)備是美國(guó)上世紀(jì)30年代的產(chǎn)品，近年來(lái)國(guó)內(nèi)進(jìn)行了一些改進(jìn)，效率有

16、所提高。磨粉效率與原料的含砂量和水分有關(guān)，砂含量高，產(chǎn)量低，水分高，產(chǎn)量也低。一般要求入磨原料的水分小于13%。由于磨粉過(guò)程中有一定的熱量產(chǎn)生，因此成品的水分會(huì)比入磨原料的水分低2%左右。在多雨的南方，原料干燥有困難，可以采用向雷蒙機(jī)里面通入熱氣的方法，加熱物料，這時(shí)入磨原料的水粉可以高些（如可達(dá)到10-20%）。熱氣的通入方式是有講究的，而且溫度不能太高。該方法磨粉產(chǎn)量低些，而且對(duì)設(shè)備有損害。成品的粒度可以通過(guò)調(diào)節(jié)雷蒙機(jī)的分析器的轉(zhuǎn)速來(lái)控制。理論上講，膨潤(rùn)土粒度越細(xì)，越有利于球團(tuán)生產(chǎn)，但細(xì)磨過(guò)程的動(dòng)力消耗會(huì)很大，而且產(chǎn)量降低，成本上升。因此球團(tuán)用土的粒度一般要求為200目（0.074mm）通

17、過(guò)率在97%以上就行了。3.5 膨潤(rùn)土的運(yùn)輸在球團(tuán)生產(chǎn)上，前幾年膨潤(rùn)土的運(yùn)輸大都采用袋裝火車(chē)（汽車(chē)）運(yùn)輸，再在配料現(xiàn)場(chǎng)拆袋。缺點(diǎn)是倒運(yùn)次數(shù)多，現(xiàn)場(chǎng)粉塵大，不利于文明生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)是可以在膨潤(rùn)土庫(kù)房?jī)?chǔ)存一定數(shù)量的產(chǎn)品，以保障供應(yīng)。隨著環(huán)保要求的越來(lái)越高，許多球團(tuán)廠(chǎng)開(kāi)始使用散裝罐車(chē)運(yùn)輸，不倒運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好，缺點(diǎn)是運(yùn)輸成本高，尤其是對(duì)于遠(yuǎn)離膨潤(rùn)土產(chǎn)地的球團(tuán)廠(chǎng)。有些企業(yè)從膨潤(rùn)土廠(chǎng)進(jìn)袋裝半成品，在球團(tuán)配料車(chē)間附近建磨粉設(shè)備，成品直接進(jìn)入膨潤(rùn)土倉(cāng)，環(huán)保好，又解決了運(yùn)輸成本高的問(wèn)題，值得推廣應(yīng)用。3.6 膨潤(rùn)土的儲(chǔ)存膨潤(rùn)土是一種吸水物質(zhì)，易受潮結(jié)塊，所以在儲(chǔ)存過(guò)程中要做好防水防潮工作。膨潤(rùn)土儲(chǔ)存時(shí)間不宜太長(zhǎng)，一

18、般為三個(gè)月內(nèi)為宜，否則粒度會(huì)下降，影響使用，尤其是在潮濕的南方地區(qū)。 目前國(guó)內(nèi)許多研究者都在研究人工鈉化膨潤(rùn)土的失效性問(wèn)題。人工鈉化膨潤(rùn)土的失效性是真實(shí)存在的，尤其是對(duì)于鈉化不充分的產(chǎn)品，其失效速度更快。一般說(shuō)來(lái)，人工鈉土在自然存放五個(gè)月后，質(zhì)量下降明顯，逐漸重新轉(zhuǎn)化為鈣基膨潤(rùn)土。人工鈉土失效的原因可能很復(fù)雜，作者認(rèn)為人工鈉化過(guò)程中被鈉置換出來(lái)的鈣離子，形成CaCO3沉淀，其顆粒是極為細(xì)小，活性很大，很容易轉(zhuǎn)化為CaHCO3而產(chǎn)生鈣離子，前面講過(guò)，膨潤(rùn)土對(duì)鈣離子有優(yōu)先吸附的能力，因此人工鈉土又被鈣化，回到鈣基土，其質(zhì)量明顯下降。4、膨潤(rùn)土在球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用4.1 膨潤(rùn)土作為球團(tuán)粘結(jié)劑膨潤(rùn)土作為

19、球團(tuán)礦粘結(jié)劑，具有傳統(tǒng)的歷史。在我國(guó)，1978年杭鋼首次使用膨潤(rùn)土替代消石灰作為球團(tuán)粘結(jié)劑，取得了很好的效果，隨即在全國(guó)各廠(chǎng)家得到推廣應(yīng)用。膨潤(rùn)土作為球團(tuán)礦粘結(jié)劑，最大的好處就是提高了生球的爆裂溫度，穩(wěn)定了烘干和焙燒工藝。到目前，我國(guó)球團(tuán)行業(yè)年消耗膨潤(rùn)土近150萬(wàn)噸，是膨潤(rùn)土的最大用戶(hù)。但是，膨潤(rùn)土是一種以SiO2為主要成分的粘土巖，它的加入勢(shì)必會(huì)降低球團(tuán)礦的含鐵品位。因此，在球團(tuán)生產(chǎn)中，膨潤(rùn)土添加量越少越好。隨著我國(guó)鋼鐵冶煉行業(yè)精料方針的貫徹，廣大球團(tuán)工作者對(duì)膨潤(rùn)土的使用也越來(lái)越重視。4.2 膨潤(rùn)土在球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中的作用前面說(shuō)過(guò)，膨潤(rùn)土在球團(tuán)中的作用是粘結(jié)劑，但并不表明鐵精粉是靠膨潤(rùn)土自身的

20、粘性而粘結(jié)成球的，要是這樣，比膨潤(rùn)土更粘的物質(zhì)很多。實(shí)際上，膨潤(rùn)土是通過(guò)對(duì)水的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵精粉的粘結(jié)。膨潤(rùn)土具有良好的吸水、分散、潤(rùn)滑、增稠等性能，是它成為球團(tuán)粘結(jié)劑的重要原因。下面想從球團(tuán)生產(chǎn)工藝中的各階段，闡明膨潤(rùn)土在其中的作用。4.2.1 原料一般來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)球團(tuán)礦就兩種原料，鐵精粉和膨潤(rùn)土。鐵精粉是球團(tuán)礦的主要成分，它的性能對(duì)球團(tuán)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)很重要，這些性能主要有：屬性，粒度，成分，水分，比表面積和粒度組成。一般認(rèn)為磁鐵礦更適合作球團(tuán)，主要是焙燒過(guò)程中磁鐵礦氧化結(jié)晶，晶體長(zhǎng)大并相互連接，使成品球團(tuán)礦具有很好的強(qiáng)度，另外，氧化放熱也能節(jié)省焙燒用的熱量。就親水性來(lái)說(shuō)，赤鐵礦也不錯(cuò)，但鏡鐵礦的親

21、水性和成球性就很差了。礦粉粒度越細(xì)，成球性越好，但全部是細(xì)粉也不好，還需要一個(gè)合適的粒度組成，即相對(duì)粗些的礦粉用于形成球核，而細(xì)礦粉用于生球長(zhǎng)大。精礦粉的水分不宜太高，尤其在北方地區(qū)的冬天，會(huì)產(chǎn)生凍塊，使造球變得十分困難。膨潤(rùn)土有鈉基和鈣基之分，鈉基土的許多性能優(yōu)于鈣基土。我國(guó)目前大部分球團(tuán)廠(chǎng)都使用鈉基膨潤(rùn)土，使配比得以明顯降低。但這兩種膨潤(rùn)土都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以廠(chǎng)家應(yīng)根據(jù)自己的礦粉條件、工藝設(shè)備等因素來(lái)選擇膨潤(rùn)土類(lèi)型。但作者認(rèn)為，應(yīng)首選性能優(yōu)良的鈉基膨潤(rùn)土，但由此帶來(lái)的一些問(wèn)題（如生球爆裂），應(yīng)該高度重視，可通過(guò)添加其它物質(zhì)來(lái)解決。4.2.2 配料和烘干目前，我國(guó)大多數(shù)球團(tuán)廠(chǎng)礦粉和膨潤(rùn)土的配

22、料都采用電子自動(dòng)配料，微機(jī)控制，達(dá)到了穩(wěn)定、精確的目的。 烘干工藝是為了控制和穩(wěn)定進(jìn)入造球盤(pán)混合料的水分，為造球提供有利條件，許多廠(chǎng)家采用回轉(zhuǎn)窯烘干機(jī)，對(duì)混合料進(jìn)行烘干，同時(shí)也達(dá)到混勻的目的。但實(shí)際上，對(duì)混合料的烘干有其缺點(diǎn)，如粘料、成小球，膨潤(rùn)土被抽走而損失、膨潤(rùn)土被“燒死”等。一般均將精礦粉單獨(dú)烘干，再配膨潤(rùn)土，效果會(huì)更好些。烘干后混合料的水分控制在7.58.0%之間，對(duì)造球工序有好處。4.2.3 混合精礦粉與膨潤(rùn)土的混合很重要，尤其是膨潤(rùn)土配比降低后，均勻混合就顯得更為重要。為此，我國(guó)許多球團(tuán)廠(chǎng)采用了潤(rùn)磨措施，達(dá)到了很好的混合效果，還可以將物料進(jìn)一步磨細(xì)，有利于造球。 潤(rùn)磨工藝是目前球團(tuán)

23、廠(chǎng)降低膨潤(rùn)土配比，穩(wěn)定球團(tuán)生產(chǎn)的重要硬件措施，如吉林建龍公司，使用潤(rùn)磨前膨潤(rùn)土配比為2.0%左右，使用后膨潤(rùn)土配比降低到0.8%左右，效果極其明顯。但是潤(rùn)磨設(shè)備的使用方法不同，效果也不同。有的廠(chǎng)由于潤(rùn)磨能力不夠，采用半潤(rùn)磨、半直通的工藝，效果并不很好。通過(guò)調(diào)整潤(rùn)磨設(shè)備或減少鋼球量，可以提高潤(rùn)磨能力，雖然潤(rùn)磨效果差些，但能實(shí)現(xiàn)全潤(rùn)磨，效果也很不錯(cuò)。4.2.4 造球造球工序是球團(tuán)生產(chǎn)的最關(guān)鍵的工序，球造得好，焙燒就好。造球理論是一個(gè)很復(fù)雜的理論，它牽涉到物理化學(xué)和界面化學(xué)的理論。簡(jiǎn)單地說(shuō)，是一個(gè)液體（水）、固體和膠體之間的作用，這個(gè)過(guò)程中水的毛細(xì)作用很重要，膨潤(rùn)土形成的膠體影響了水的毛細(xì)力，達(dá)到粘

24、結(jié)鐵精粉和增強(qiáng)生球強(qiáng)度的作用。通常說(shuō)，滴水成球，霧化長(zhǎng)大。在球盤(pán)中礦粉下料的地方滴水，易形成母球。母球在成球區(qū)滾動(dòng)長(zhǎng)大，滾動(dòng)使生球結(jié)實(shí)，內(nèi)部水分被擠出來(lái)，表面變得很濕，于是又有礦粉粘上去，生球不斷長(zhǎng)大。因此，母球不能太多，太多了會(huì)沒(méi)有礦粉來(lái)用于長(zhǎng)大。母球太少，會(huì)不成球，球盤(pán)里面粉子多。在生球偏大時(shí)，可以適當(dāng)增大滴水量，提高母球的數(shù)量。生產(chǎn)過(guò)程中，由于原料會(huì)發(fā)生變化，需要造球工及時(shí)調(diào)整打水量，以穩(wěn)定球團(tuán)生產(chǎn)和球盤(pán)出力。膨潤(rùn)土過(guò)多，會(huì)形成過(guò)多的母球，生球也長(zhǎng)不大，而且生球發(fā)扁，塑性好，落下次數(shù)多，而抗壓強(qiáng)度不好，不利于焙燒，這樣的塑性球還容易爆裂。合格的生球要求有一定的塑性，即落下強(qiáng)度，以保證在皮

25、帶倒運(yùn)過(guò)程中不會(huì)摔碎。對(duì)落下強(qiáng)度的要求，要根據(jù)倒運(yùn)過(guò)程的跌落次數(shù)來(lái)確定。生球還需要一定的剛性，即抗壓強(qiáng)度，以保證生球在運(yùn)輸和烘干過(guò)程不壓碎和變形，生球的抗壓強(qiáng)度一般要求高于1kg/球。水分也影響生球的落下和抗壓強(qiáng)度，在生產(chǎn)上，生球水分應(yīng)盡可能低，一是有利于烘干，二是減少爆裂。一般來(lái)說(shuō)，生球水分在8.5%左右是合適的，與入盤(pán)混合料的水分相比，生球水分提高0.5%左右。造粒度均勻的球很重要，目前各廠(chǎng)家生球粒度有向小型化發(fā)展的趨勢(shì)。小球容易焙燒，容易氧化，產(chǎn)量也大。一般認(rèn)為，生球粒度在8-14mm之間是合適的。造球盤(pán)的轉(zhuǎn)速也很重要，為了保證球盤(pán)邊緣切線(xiàn)速度一樣，大球盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)要低于小球盤(pán)，轉(zhuǎn)速太快了，

26、生球滾得不實(shí)，強(qiáng)度不高；轉(zhuǎn)速太慢不能將生球帶到高處，減小了滾動(dòng)面積，而且還會(huì)影響產(chǎn)量。球盤(pán)合適的傾角也很重要，傾角的大小要滿(mǎn)足物料合理的滾動(dòng)和成型。球盤(pán)的轉(zhuǎn)速和傾角有一定的關(guān)系，轉(zhuǎn)速快，傾角也要大。4.2.5 生球的烘干烘干是為焙燒作準(zhǔn)備，烘干過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題生球的爆裂，生球爆裂的原因是生球內(nèi)部的水分在高溫下汽化，產(chǎn)生很高的壓力而使生球炸裂。爆裂嚴(yán)重時(shí)球團(tuán)會(huì)被炸成粉末，不嚴(yán)重時(shí)會(huì)在球團(tuán)表面形成裂紋，降低球團(tuán)礦強(qiáng)度。生球的爆裂與生球的水分、生球的抗壓強(qiáng)度、膨潤(rùn)土屬性和配比、烘干速度和烘干溫度等有關(guān)系。生球水分高和抗壓強(qiáng)度低，會(huì)降低生球的爆裂溫度；落下強(qiáng)度高的生球也更容易爆裂；烘干速度快和烘干

27、溫度高也回使生球產(chǎn)生爆裂。至于與膨潤(rùn)土的關(guān)系，需要進(jìn)一步討論。鈣基膨潤(rùn)土在生球烘干過(guò)程中起到穩(wěn)定水分析出速度，減小收縮應(yīng)力的作用，防止生球爆裂，因此，鈣基膨潤(rùn)土用量越多，生球越不易爆裂。鈉基膨潤(rùn)土粘性和保水性都好，受熱后水分析出速度慢，生球進(jìn)入高溫區(qū)時(shí)，內(nèi)部水分還未全部析出，結(jié)果水分在生球內(nèi)部汽化而產(chǎn)生爆裂。因此，鈉基膨潤(rùn)土粘性越好或用量越多，生球爆裂溫度越低，爆裂傾向越大。球團(tuán)生產(chǎn)使用鈉基膨潤(rùn)土?xí)r，要特別關(guān)注生球的爆裂現(xiàn)象。鏈篦機(jī)烘干工藝是比較簡(jiǎn)單的，對(duì)生球的要求也比較低，生球也不易爆裂?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)踐來(lái)確定合適的鏈篦機(jī)速度和溫度分布以及布料厚度，以防止生球的爆裂。豎爐球團(tuán)工藝由于烘干床面積小

28、，烘干時(shí)間短，生球更容易爆裂。解決的方法有：降低鈉基膨潤(rùn)土的粘度，提高鈉基土吸收和釋放水分的速度，降低生球水分，減小生球粒度，增大烘干床面積和延長(zhǎng)烘干時(shí)間等。根據(jù)膨潤(rùn)土的耐熱性，在烘干過(guò)程中，溫度達(dá)到600以后，膨潤(rùn)土就會(huì)被燒死而失去作用，膨潤(rùn)土在球團(tuán)生產(chǎn)中的使命也就完成了。4.2.6 球團(tuán)礦的焙燒球團(tuán)礦在回轉(zhuǎn)窯中的焙燒是比較簡(jiǎn)單的，可根據(jù)球的填充率等因素來(lái)焙燒溫度和停留時(shí)間等參數(shù)，熱源可以是煤氣或煤粉。豎爐球團(tuán)的焙燒工藝要復(fù)雜得多，要保證爐內(nèi)的透氣性，才能充分氧化，生產(chǎn)出高質(zhì)量的球團(tuán)礦。在焙燒過(guò)程中，磁鐵礦被氧化，F(xiàn)e2O3晶體在固相條件下長(zhǎng)大、連接，使成品球具有良好的強(qiáng)度。因此，焙燒過(guò)程中

29、保證足夠的氧化氣氛是必要的。另外，焙燒過(guò)程中膨潤(rùn)土熔化產(chǎn)生液相，對(duì)成品球的強(qiáng)度也有提高作用。5、球團(tuán)用膨潤(rùn)土的質(zhì)量指標(biāo)5.1 概述我國(guó)沒(méi)有膨潤(rùn)土國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，球團(tuán)用膨潤(rùn)土也沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，化驗(yàn)方法也是參考建材行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)很多球團(tuán)工作者在會(huì)議上提出要制訂球團(tuán)用膨潤(rùn)土行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范膨潤(rùn)土的質(zhì)量指標(biāo)和化驗(yàn)方法。但這事遲遲未能落實(shí)，這與我國(guó)地域面積大，不同地區(qū)膨潤(rùn)土質(zhì)量不一樣有關(guān)系。球團(tuán)生產(chǎn)企業(yè)一般就近使用膨潤(rùn)土資源，其運(yùn)輸半徑不會(huì)超過(guò)700km，否則會(huì)使成本升高。例如遼西地區(qū)膨潤(rùn)土質(zhì)量最好，遼寧、河北地區(qū)球團(tuán)企業(yè)能夠使用高質(zhì)量的膨潤(rùn)土；南方地區(qū)膨潤(rùn)土質(zhì)量差些，球團(tuán)企業(yè)使用的膨潤(rùn)土質(zhì)量也相應(yīng)差些，這是

30、統(tǒng)一不起來(lái)的。作者認(rèn)為，盡管不能統(tǒng)一各球團(tuán)廠(chǎng)所用膨潤(rùn)土的質(zhì)量要求，但規(guī)范和統(tǒng)一膨潤(rùn)土的化驗(yàn)方法是十分必要的。在這里，作者對(duì)膨潤(rùn)土質(zhì)量指標(biāo)的化驗(yàn)以及可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)的討論。在附錄中還推薦了這些指標(biāo)的化驗(yàn)方法。5.2 吸藍(lán)量吸藍(lán)量是指膨潤(rùn)土分散于水溶液中具有吸附次甲基藍(lán)的能力大小，以100g試樣吸附次甲基藍(lán)的克數(shù)表示，即g/100g。在粘土礦物中，膨潤(rùn)土的有效礦物蒙脫石對(duì)次甲基藍(lán)的吸附能力最大，因此吸藍(lán)量可作為粗略估計(jì)膨潤(rùn)土中蒙脫石含量的一個(gè)指標(biāo)，其計(jì)算公式為： MBM = - 0.442這里：M蒙脫石含量 % MB吸藍(lán)量 g/100g膨潤(rùn)土吸藍(lán)量越高，蒙脫石含量越高，但有幾個(gè)因素影響了吸

31、藍(lán)量和蒙脫石含量的關(guān)系，它們是：（1） 膨潤(rùn)土雖是以蒙脫石為主要成分的粘土巖，但常伴生有高嶺石、綠泥石、沸石、埃洛石等雜質(zhì)礦物。這些礦物同樣具有吸附次甲基藍(lán)的能力，只是相對(duì)比蒙脫石小一些而已，通常測(cè)得膨潤(rùn)土的吸藍(lán)量，實(shí)際上是多種礦物的綜合吸藍(lán)量。因此，膨潤(rùn)土中雜質(zhì)越多，利用吸藍(lán)量來(lái)?yè)Q算蒙脫石含量時(shí)，后者會(huì)偏高。（2） 同樣是蒙脫石，由于成分、結(jié)構(gòu)電荷數(shù)量、來(lái)源的不同，吸藍(lán)量也可以有很大差別。例如，吸藍(lán)量特別高的往往是一些黃色、黃綠色、粉紅色的膨潤(rùn)土，而許多純白膨潤(rùn)土的吸藍(lán)量一般比較低，這是因?yàn)槎r(jià)陽(yáng)離子對(duì)膨潤(rùn)土中三價(jià)鋁離子的置換量的不同而引起的。（3） 關(guān)于計(jì)算公式中的系數(shù)0.442的問(wèn)題。很

32、多研究者認(rèn)為這個(gè)系數(shù)不準(zhǔn)確，并提出了稍有不同的系數(shù)。我們認(rèn)為，對(duì)于不同來(lái)源、性質(zhì)的膨潤(rùn)土，其換算系數(shù)是有稍微的差別，而對(duì)于球團(tuán)用膨潤(rùn)土，沒(méi)有必要嚴(yán)格地去探討蒙脫石含量的準(zhǔn)確問(wèn)題（因?yàn)檫@是很難測(cè)準(zhǔn)的），利用0.442這個(gè)系數(shù)粗略地?fù)Q算蒙脫石含量是可行的。（4） 關(guān)于吸藍(lán)量的檢驗(yàn)。吸藍(lán)量的檢驗(yàn)是球團(tuán)用膨潤(rùn)土性能指標(biāo)中最復(fù)雜的，檢驗(yàn)過(guò)程中要注意的問(wèn)題有：次甲基藍(lán)溶液的配制：次甲基藍(lán)試劑含量應(yīng)大于98.5%，在保質(zhì)期內(nèi)使用，配制溶液前試劑應(yīng)在933下烘干一小時(shí)，配制時(shí)次甲基藍(lán)顆粒應(yīng)充分溶解，但往往由于溶液顏色深看不清，而忽視了完全溶解這個(gè)問(wèn)題，一般認(rèn)為應(yīng)在配制后24小時(shí)后使用。次甲基藍(lán)溶液的保存：由于

33、次甲基藍(lán)是一種光敏性物質(zhì)，見(jiàn)光分解，因此配制好的溶液應(yīng)避光保存于棕色磨口瓶中，配好的溶液使用周期不宜太長(zhǎng)，化驗(yàn)室應(yīng)每星期配制一次。焦磷酸鈉溶液的加入：加入焦磷酸鈉的目的在于提高膨潤(rùn)土在水中的分散性，同時(shí)將非鈉基膨潤(rùn)土轉(zhuǎn)化為鈉基膨潤(rùn)土。焦磷酸鈉的加入量應(yīng)該嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，加多了或加少了都會(huì)使吸藍(lán)量結(jié)果降低。在實(shí)驗(yàn)室，焦磷酸鈉溶液往往由于配制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)片狀結(jié)晶，在燈光或太陽(yáng)光照射下閃閃發(fā)光，這時(shí)焦磷酸鈉的濃度降低了，應(yīng)重新配制溶液。加熱過(guò)程：吸藍(lán)量測(cè)定時(shí)，一般采用加熱煮沸法來(lái)提高膨潤(rùn)土在水中的分散性（也有采用超聲波法的），標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定微沸五分鐘，少于五分鐘，試樣分散不好，煮沸時(shí)間太長(zhǎng)或劇烈沸騰，

34、水分蒸發(fā)過(guò)多，都影響結(jié)果。另外，在加熱過(guò)程中應(yīng)搖動(dòng)幾次，使膨潤(rùn)土充分分散。加熱后最好采用自然冷卻，不要用冷水沖洗三角瓶外側(cè)，強(qiáng)制冷卻。滴定終點(diǎn)的判定：理論和實(shí)踐都表明，應(yīng)以滴定至深藍(lán)色斑點(diǎn)周?chē)霈F(xiàn)淺綠色暈環(huán)為滴定終點(diǎn)，而如果周?chē)怀霈F(xiàn)淡藍(lán)色毛刺暈圈，說(shuō)明未到終點(diǎn)。淺綠色暈環(huán)的寬度為0.10.2mm時(shí)為終點(diǎn)，若寬度達(dá)到1mm，則結(jié)果會(huì)偏高1015%。實(shí)際操作過(guò)程中，剛出現(xiàn)淺綠色暈環(huán)后，需要再搖動(dòng)1530秒，再檢查暈環(huán)是否消失，若不消失，則說(shuō)明到了終點(diǎn)；若淺綠色暈環(huán)消失，則說(shuō)明未到終點(diǎn)，而前次出現(xiàn)的暈環(huán)是因?yàn)閾u勻不夠造成的。5.3 膨脹容膨潤(rùn)土與水按比例混合，加入鹽酸作電解質(zhì)，靜止24小時(shí)后凝膠體

35、的體積，稱(chēng)為膨脹容，以ml/g表示。膨脹容是膨潤(rùn)土的水化性能，是分散性、親水性、電荷性和膨脹性的綜合表現(xiàn)，與膨潤(rùn)土的屬性、鈉化程度和蒙脫石含量等密切相關(guān)。膨脹容的測(cè)定很簡(jiǎn)單，同時(shí)可以適用于不同屬性（鈉基或鈣基）的膨潤(rùn)土，可作為球團(tuán)用膨潤(rùn)土的重要指標(biāo)之一。一般認(rèn)為，膨脹容低于10ml/g時(shí)屬于鈣基土；1015ml/g為鈣鈉混合土；高于15ml/g屬于鈉基土。雖然膨脹容的測(cè)定很簡(jiǎn)單，但制樣過(guò)程的烘干溫度和烘干時(shí)間對(duì)該指標(biāo)的影響很大（表2）。烘干溫度越高，膨脹容越低，表中烘干溫度為120時(shí)，膨脹容已經(jīng)降低得很低了。這是與膨表2.烘干處理對(duì)膨潤(rùn)土性能的影響樣品烘干處理溫度 烘干處理時(shí)間 h膠質(zhì)價(jià)ml/

36、g膨脹容ml/g吸水率 %20min.2h24h1#未烘-3332225264300801241624129632822114255305332320142783113479012215287320344220132893263553201330033036110011912275315344219122933263483191229833535712021293153403682#未烘-67563674406231051514541045663525043446467650348354504816524402246349066211014937437496647241234574996651

37、201291945850067022413461507679潤(rùn)土在這一溫度下失去層間吸附水有關(guān)。在同一烘干溫度下，時(shí)間越長(zhǎng)，土烘得越干，膨脹容就越低。烘干作用對(duì)膨潤(rùn)土性能的改變，也稱(chēng)為膨潤(rùn)土的耐熱性，有些膨潤(rùn)土耐熱性好，而有些則差。但膨脹容都會(huì)隨烘干溫度過(guò)高或烘干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而降低，只是降低值不同而已。一般認(rèn)為，晶體結(jié)構(gòu)中置換較少的白色膨潤(rùn)土耐熱性能好（這些膨潤(rùn)土往往吸水速度較慢），而黃色、紅色等雜色的膨潤(rùn)土由于晶體內(nèi)置換比例較大，耐熱性能差。所以，在測(cè)定膨脹容時(shí)，樣品處理的過(guò)程中，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制烘干溫度和烘干時(shí)間是十分必要的。5.4 膠質(zhì)價(jià) 與膨脹容一樣，膠質(zhì)價(jià)也是膨潤(rùn)土的水化性能指標(biāo)。對(duì)于鈣

38、基土來(lái)說(shuō)，由于膠質(zhì)價(jià)較低，故采用15克試樣，單位為ml/15g。但對(duì)于鈉基土，采用15克就不合適了，因?yàn)?5克鈉土形成的膠體物大于100ml（量筒的體積）。為了能用100ml的量筒測(cè)定鈉化膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)，可以將試樣量減少到1克，而輕質(zhì)氧化鎂的量仍為1克。這是因?yàn)檠趸V的作用是電解質(zhì)，對(duì)于100ml的溶液，為了保證電解質(zhì)濃度一樣，就得添加同樣數(shù)量的氧化鎂，而與膨潤(rùn)土試樣的數(shù)量無(wú)關(guān)。對(duì)于鈉基膨潤(rùn)土，膠質(zhì)價(jià)的單位是ml/g。制樣過(guò)程的烘干溫度和烘干時(shí)間，對(duì)膠質(zhì)價(jià)的影響也很大（表2），烘干溫度過(guò)高或烘干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)降低膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)。5.5 吸水率吸水率是指單位重量的膨潤(rùn)土能夠吸收水分的量，以百分?jǐn)?shù)

39、表示。在國(guó)內(nèi)，吸水率的測(cè)定方法有兩種，一種是恩斯林法，一種是多孔磚（板）法，后者在美國(guó)稱(chēng)為 Water absorption on porous plate。在球團(tuán)行業(yè)，建議采用多孔磚法，該法具有儀器簡(jiǎn)單易得，操作方便，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好等特點(diǎn)。多孔磚法測(cè)定膨潤(rùn)土的吸水率，其方法是將多孔磚（比重小于0.7g/mm3）浸入蒸餾水中，多孔磚上表面露出水面31mm，在完全濕潤(rùn)的磚面上放置一張定量濾紙，待濾紙完全濕潤(rùn)后稱(chēng)重，記為m1， 稱(chēng)重后的濾紙放回原來(lái)的位置。稱(chēng)取膨潤(rùn)土試樣2.00g（精確到0.01g），均勻地灑在濕濾紙上，記下時(shí)間。稱(chēng)取20min.，2h，24h時(shí)濕濾紙和吸水后土的總重，記為m2，吸水

40、率的計(jì)算公式為：m2m1-2Wr(%) = - 100%2這里：Wr-吸水率 % m1-濕濾紙重量 g m2-濕濾紙和濕樣品總重 g 吸水率的大小反映了膨潤(rùn)土吸水后所產(chǎn)生膠體的多少，也即粘結(jié)力的大小，是球團(tuán)用膨潤(rùn)土的重要指標(biāo)。鈣基土吸水率比鈉基土低，在同樣生球質(zhì)量的條件下，鈣基土用量要高于鈉基土。使用鈉基土能降低球團(tuán)中膨潤(rùn)土用量，是因?yàn)殁c基土吸水率高，粘結(jié)性強(qiáng)。吸水率的另一個(gè)重要性是反映了膨潤(rùn)土吸水速度的快慢，這一點(diǎn)對(duì)球團(tuán)生產(chǎn)很重要。在球團(tuán)生產(chǎn)工藝中，從膨潤(rùn)土配入礦粉到生球造好后從球盤(pán)中排出來(lái)，整個(gè)過(guò)程一般都在30min.以?xún)?nèi)。根據(jù)這個(gè)工藝要求，膨潤(rùn)土的吸水速度越快越好，也即20min.吸水率

41、越高越好。20min.吸水率這個(gè)指標(biāo)可以直接判別膨潤(rùn)土吸水速度的快慢，一般認(rèn)為這個(gè)指標(biāo)大于300%，就算比較快了。為了更好地判別膨潤(rùn)土吸水速度的快慢，還可以引入一個(gè)比值，即20min.吸水率與2h吸水率之比，該比值越大，吸水速度越快，作為好的球團(tuán)用土，該比值應(yīng)大于0.8。有些膨潤(rùn)土2h吸水率雖然很高，但20min.吸水率卻低，吸水速度慢，在造球過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)球盤(pán)中礦粉不成球，成球速度慢，排料中粉末多，生球爆裂等現(xiàn)象。鈣基膨潤(rùn)土吸水速度快，在幾分鐘內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)，但吸水率低，一般不超過(guò)200%。鈉基膨潤(rùn)土吸水率大，但吸水速度慢，如何提高鈉化膨潤(rùn)土的吸水速度，是球團(tuán)用鈉化膨潤(rùn)土的關(guān)鍵。原土性質(zhì)是影響

42、吸水率和吸水速度的主要因素，有些土“砂”性大，吸水速度快，吸水率也比較高；有些土“粘”性大，鈉化后顆粒遇水后形成不透水膜，阻止水分向內(nèi)部滲透，導(dǎo)致吸水速度慢，但這樣的膨潤(rùn)土的飽和吸水率往往很高，有的達(dá)到1000%以上。在外觀上，“砂”性土的顏色一般呈黃色、紅色、粉色等，而“粘”性土通常呈白色、灰白色和綠色。膨潤(rùn)土試樣的水分影響吸水速度，水分越高，吸水速度越慢。試樣烘干后，吸水速度變快。為了更好地反映膨潤(rùn)土的吸水性能，模擬現(xiàn)場(chǎng)球團(tuán)生產(chǎn)工藝中膨潤(rùn)土的作用，我們建議測(cè)定膨潤(rùn)土吸水率時(shí)，試樣不需要烘干。6、新型球團(tuán)粘結(jié)劑的發(fā)展方向6.1 概況雖然膨潤(rùn)土是一種優(yōu)良的球團(tuán)粘結(jié)劑，但它畢竟是一種雜質(zhì)，它的加

43、入會(huì)降低球團(tuán)礦的含鐵品位。因此，人們?cè)诓粩嗟貙で笮碌那驁F(tuán)粘結(jié)劑。在這一方面，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了很多工作和嘗試，推出了各種類(lèi)型的有機(jī)粘結(jié)劑、復(fù)合粘結(jié)劑、功能性添加劑等，其目的就是提高球團(tuán)礦的質(zhì)量。6.2 有機(jī)粘結(jié)劑球團(tuán)用新型粘結(jié)劑，有機(jī)粘結(jié)劑的工作是做得最多的。國(guó)外在七、八十年代就推出了佩利多，一種纖維素的衍生物，在國(guó)外一些球團(tuán)企業(yè)得到應(yīng)用，取得了較好的效果。在國(guó)內(nèi)，八十年代末廣東花都一企業(yè)推出了代號(hào)為KLP的球團(tuán)用有機(jī)粘結(jié)劑，投入了大量的人力、物力和財(cái)力，在許多球團(tuán)廠(chǎng)進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，但結(jié)果并不令人滿(mǎn)意，因此未能得到推廣應(yīng)用。KLP的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在配加不方便，由于添加量小而混不勻，生球在有機(jī)物燃盡后強(qiáng)

44、度較差，生球爆裂嚴(yán)重，產(chǎn)品成本較高而導(dǎo)致球團(tuán)礦成本升高等。目前，我國(guó)研究球團(tuán)有機(jī)粘結(jié)劑的企業(yè)還有很多，但應(yīng)用的還沒(méi)有，都還停留在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或中試階段。KLP淡出市場(chǎng)后，新的球團(tuán)有機(jī)粘結(jié)劑主要有：石油化工產(chǎn)品系列，纖維素系列，腐殖酸系列，變性淀粉系列等。有機(jī)粘結(jié)劑由于不影響球團(tuán)礦的含鐵品位，是一種具有很好前景的產(chǎn)品，但目前幾個(gè)因素制約了它的發(fā)展，主要有：我國(guó)球團(tuán)生產(chǎn)硬件差；鐵精粉原料粒度粗；混合條件差；缺少合適的有機(jī)粘結(jié)劑添加設(shè)備；有機(jī)粘結(jié)劑成本過(guò)高等。另外，分布廣泛、價(jià)格低廉的球團(tuán)傳統(tǒng)粘結(jié)劑膨潤(rùn)土是有機(jī)粘結(jié)劑最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。作者認(rèn)為，不論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上，有機(jī)粘結(jié)劑還是具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力的，

45、隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷完善和球團(tuán)技術(shù)的進(jìn)步，一旦條件成熟，有機(jī)粘結(jié)劑在球團(tuán)生產(chǎn)上得到推廣應(yīng)用是完全有可能的。6.3 膨潤(rùn)土有機(jī)添加劑組成的復(fù)合粘結(jié)劑許多年以來(lái)，作者一直都在致力于研究和推廣這種球團(tuán)用復(fù)合粘結(jié)劑，其理由有四，一是膨潤(rùn)土作為傳統(tǒng)的球團(tuán)粘結(jié)劑，具有原料易得，價(jià)格低廉，添加方便等特點(diǎn)，繼續(xù)使用膨潤(rùn)土具有一定的合理性，而且還可以降低復(fù)合粘結(jié)劑的成本；二是有機(jī)添加劑粘結(jié)性能雖然優(yōu)于膨潤(rùn)土許多倍，但它如同上述的有機(jī)粘結(jié)劑一樣，有著不可克服的缺點(diǎn)，不能單獨(dú)使用；三是膨潤(rùn)土和有機(jī)添加劑組成復(fù)合粘結(jié)劑，二者可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，達(dá)到降低粘結(jié)劑用量的目的；四是幾年來(lái)成功的經(jīng)驗(yàn)堅(jiān)定了我們的信心。膨

46、潤(rùn)土有機(jī)添加劑組成的復(fù)合粘結(jié)劑，在我們的產(chǎn)品中又稱(chēng)為“含有機(jī)粘結(jié)劑人工鈉化膨潤(rùn)土”。這一定義中好象產(chǎn)品還是一膨潤(rùn)土為主，但實(shí)際上，有機(jī)添加劑和膨潤(rùn)土的比例是可以改變的，根據(jù)用戶(hù)的要求和成本承受能力，可以調(diào)高或降低添加劑的比例。有機(jī)添加劑的選擇并不是隨意的，要做到兩條：一是有機(jī)添加劑能改變鈉化膨潤(rùn)土的性能，尤其是提高吸水（或釋放水分）的速度，還能增加膨潤(rùn)土的粘性（提高膨脹容和膠質(zhì)價(jià)）；二是有機(jī)添加劑與膨潤(rùn)土要混勻，成為一體，否則是不利于造球的。復(fù)合粘結(jié)劑的成功，在吉林建龍和邢臺(tái)德龍等企業(yè)球團(tuán)生產(chǎn)上得到了驗(yàn)證。這兩個(gè)企業(yè)粘結(jié)劑配比都在0.8%左右，達(dá)到了全國(guó)最好的水平（接近國(guó)外先進(jìn)水平），其成本也

47、在企業(yè)承受能力之內(nèi)。復(fù)合粘結(jié)劑的添加方式與膨潤(rùn)土一樣，不用改變球團(tuán)企業(yè)現(xiàn)有的添加設(shè)備。潤(rùn)磨工藝有利于發(fā)揮復(fù)合粘結(jié)劑的作用，使配比降低到最好水平（1%左右）。在我國(guó)目前的技術(shù)水平和原料條件下，使用膨潤(rùn)土有機(jī)添加劑組成的復(fù)合粘結(jié)劑也許是最好成績(jī)的選擇，它可以明顯降低粘結(jié)劑用量，提高球團(tuán)礦含鐵品位，價(jià)格也不貴，能使用現(xiàn)有球團(tuán)生產(chǎn)工藝和設(shè)備，能解決單獨(dú)使用有機(jī)粘結(jié)劑時(shí)所帶來(lái)的問(wèn)題。6.4 功能性球團(tuán)添加劑功能性球團(tuán)添加劑是指能夠提高或改善球團(tuán)礦某些或所有性能的添加劑，如改變球團(tuán)礦堿度的添加劑；提高球團(tuán)礦強(qiáng)度的添加劑；降低球團(tuán)礦焙燒溫度的添加劑；改善球團(tuán)礦冶金性能的添加劑等。附錄冶金球團(tuán)用鈉基膨潤(rùn)土基本

48、物化性能試驗(yàn)方法說(shuō) 明本方法膨潤(rùn)土試樣的制備：將試樣加工至200目，在105溫度下烘干2h。分析用水均指蒸餾水或去離子水。1.膠質(zhì)價(jià)的測(cè)定方法1.1提要膨潤(rùn)土試樣置于盛有適量水的量筒中，混勻后加入氧化鎂，放置沉降24h，試樣凝聚形成的凝膠體積，稱(chēng)為膠質(zhì)價(jià)。本方法參照資料為DZG93-06非金屬礦物化性能測(cè)試規(guī)程。1.2儀器與試劑 a帶刻度具塞量筒（100ml，直徑約25mm）； b輕質(zhì)氧化鎂（化學(xué)純），存放于密閉瓶中或干燥器中。1.3操作步驟1.3.1稱(chēng)取1.00g試樣，精確至0.01g，置于已加入50-60ml水的具塞量筒中，塞緊塞子，手握量筒上下方向搖300次（約五分鐘），使試樣與水混勻，

49、在光亮處觀察，無(wú)明顯顆?；驁F(tuán)塊。如有團(tuán)塊，應(yīng)繼續(xù)搖動(dòng)至團(tuán)塊消失為止。1.3.2打開(kāi)量筒塞，加入1.00g（精確至0.01g）輕質(zhì)氧化鎂，再加水至100ml刻度處，塞緊量筒塞，再上下?lián)u動(dòng)200次（約三分鐘）。1.3.3將量筒置于不受振動(dòng)的臺(tái)面上，靜置24h，讀取凝膠體界面的刻度值（精確至0.5ml），即為一克膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)，以ml/g表示。1.3.4將一克膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)乘以15，則得每15克膨潤(rùn)土的膠質(zhì)價(jià)，以ml/15g表示2膨脹容的測(cè)定方法2.1提要膨潤(rùn)土試樣置于盛有一定濃度鹽酸的量筒中，混勻后放置沉降24h，試樣凝聚形成的沉降物體積，稱(chēng)為膨脹容。本方法引用資料為DZG93-06非金屬礦物化性

50、能測(cè)試規(guī)程。2.2儀器與試劑 a帶刻度具塞量筒（100ml，直徑約25mm）； b鹽酸溶液（1N），取83ml鹽酸（=1.19g/ml），用水稀釋至1000ml。2.3操作步驟2.3.1稱(chēng)取1.00g試樣，精確至0.01g，置于已加入50ml水的具塞量筒中，塞緊塞子，手握量筒上下方向搖300次（約五分鐘），使試樣與水混勻，在光亮處觀察，無(wú)明顯顆?；驁F(tuán)塊。如有團(tuán)塊，應(yīng)繼續(xù)搖動(dòng)至團(tuán)塊消失為止。2.3.2打開(kāi)量筒塞，加入25ml濃度為1N的鹽酸，再加水至100ml刻度處，塞緊量筒塞，再上下?lián)u動(dòng)200次（約三分鐘）。2.3.3將量筒置于不受振動(dòng)的臺(tái)面上，靜置24h，讀取凝膠體界面的刻度值（精確至0.5

51、ml），即為膨脹容，以ml/g表示。3吸藍(lán)量的測(cè)定3.1提要膨潤(rùn)土分散于水中，具有吸附次甲基藍(lán)的能力，其吸附的量稱(chēng)為吸藍(lán)量，以100g試樣吸附的次甲基藍(lán)克數(shù)表示。本方法引用資料為ZBJ31009-90 鑄造用膨潤(rùn)土和粘土。3.2試劑和儀器a次甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.2%）：將次甲基藍(lán)（指示劑，含量不小于95%）在933的烘箱中干燥4h，取出后置于干燥器內(nèi)，冷卻至室溫。稱(chēng)取2.000g次甲基藍(lán)溶解于1000ml水中，即配制成0.2%濃度的次甲基藍(lán)溶液。b焦磷酸鈉溶液（1%）：稱(chēng)取10g焦磷酸鈉，加水使其完全溶解，再加水稀釋至1000ml，搖勻。c中速定量濾紙。d分析天平：感量0.0001g。e電爐。f50ml滴定管。g錐形瓶：250ml。3.3操作步驟3.3.1稱(chēng)取0.2000g試樣，置于已加入50ml水的錐形瓶中，搖動(dòng)，使試樣在水中充分分散，再加入20ml濃度為1%的焦磷酸鈉溶液，搖勻。3.3.2將盛有混合溶液的錐形瓶置于電爐上，加熱微沸5分鐘，加熱過(guò)程中搖動(dòng)2-3次，取下冷卻至室溫。3.3.3用次甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。開(kāi)始時(shí)，可以依次滴加5ml，逐次縮小滴定量至2-3ml