未焙燒球團礦是指固體球團礦物料在高溫不發生熔融的條件下進行反應得到的產物，可以有氧化、熱解、還原、鹵化等，通常用於無機化工和冶金工業。
基本介紹
- 中文名：未焙燒球團礦
- 外文名：Unroasted pellets
- 釋義：高溫不熔融的條件下得到的球團礦
- 套用：無機化工和冶金工業
- 學科：礦物冶煉
概念,焙燒技術,膨潤土物理特性對未焙燒球團礦影響的分析,實驗及數據,計算分析,研究結果,
概念
球團礦：把精礦粉和石灰石粉混勻後，滾成或壓成直徑10-30mm的生球，經過乾燥和高溫焙燒，使顆粒固結。這種球狀礦料叫球團礦。球團礦粒度均勻、透氣性和還原性好。但對球團焙燒的溫度控制比燒結的嚴格。球團礦還要求原料粒度細，礦粉含水量低。球團礦有氧化球團和金屬化球團兩種。
未焙燒球團礦：濕球團和未經焙燒的乾球團，可統稱為未焙燒球團。
球團礦焙燒：把物料（如礦石）加熱而不使熔化，以改變其化學組成或物理性質。
焙燒技術
固體物料在高溫不發生熔融的條件下進行的反應過程，可以有氧化、熱解、還原、鹵化等，通常用於無機化工和冶金工業。焙燒過程有加添加劑和不加添加劑兩種類型。
不加添加劑的焙燒也稱煅燒，按用途可分為：①分解礦石，如石灰石化學加工製成氧化鈣，同時製得二氧化碳氣體；②活化礦石，目的在於改變礦石結構，使其易於分解，例如：將高嶺土焙燒脫水，使其結構疏鬆多孔，易於進一步加工生產氧化鋁；③脫除雜質，如脫硫、脫除有機物和吸附水等；④晶型轉化，如焙燒二氧化鈦使其改變晶型，改善其使用性質。
加添加劑的焙燒添加劑可以是氣體或固體，固體添加劑兼有助熔劑的作用，使物料熔點降低，以加快反應速度。按添加劑的不同有多種類型。
氧化焙燒粉碎後的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分轉變成氧化物，同時除去易揮發的砷、銻、硒、碲等雜質。在硫酸工業中，硫鐵礦焙燒製備二氧化硫是典型的氧化焙燒。冶金工業中氧化焙燒套用廣泛，例如：硫化銅礦、硫化鋅礦經氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時得到二氧化硫。
還原焙燒在礦石或鹽類中添加還原劑進行高溫處理，常用的還原劑是碳。在製取高純度產品時，可用氫氣、一氧化碳或甲烷作為焙燒還原劑。例如：貧氧化鎳礦在加熱下用水煤氣還原，可使其中的三氧化二鐵大部分還原為四氧化三鐵,少量還原為氧化亞鐵和金屬鐵;鎳、鈷的氧化物則還原為金屬鎳和鈷。因為該過程中的三氧化二鐵具有弱磁性，四氧化三鐵具有強磁性，利用這種差別可以進行磁選，故此過程又稱磁化焙燒。
氯化焙燒在礦物或鹽類中添加氯化劑進行高溫處理,使物料中某些組分轉變為氣態或凝聚態的氧化物,從而同其他組分分離。氯化劑可用氯氣或氯化物（如氯化鈉、氯化鈣等）。例如：金紅石在流化床中加氯氣進行氯化焙燒，生成四氯化鈦，經進一步加工可得二氧化鈦。又如在鋁土礦化學加工中，加炭（高質煤）粉成型後氯化焙燒可製得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時加入炭粒，使礦物中難選的有價值金屬礦物經氯化焙燒後，在炭粒上轉變為金屬，並附著在炭粒上，隨後用選礦方法富集，製成精礦，其品位和回收率均可以提高，稱為氯化離析焙燒。
硫酸化焙燒以二氧化硫為反應劑的焙燒過程，通常用於硫化物礦的焙燒，使金屬硫化物氧化為易溶於水的硫酸鹽。若以Me表示金屬，硫酸化焙燒主要包括下列過程：
2MeS+3O2→2MeO+2SO2
例如：閃鋅礦經硫酸化焙燒製得硫酸鋅、硫化銅經硫酸化焙燒製得硫酸銅等。
鹼性焙燒以純鹼、燒鹼或石灰石等鹼性物質為反應劑，對固體原料進行高溫處理的一種鹼解過程。例如：軟錳礦與苛性鉀焙燒製取錳酸鉀；鉻鐵礦與苛性鉀焙燒製取鉻酸鉀。
鈉化焙燒在固體物料中加入適量的氯化鈉、硫酸鈉等鈉化劑，焙燒後產物為易溶於水的鈉鹽。例如：濕法提釩過程中，細磨釩渣，經磁選除鐵後，加鈉化劑在迴轉窯中焙燒，渣中的三價釩氧化成五價釩。
影響固體物料焙燒的轉化率與反應速度的主要因素是焙燒溫度、固體物料的粒度、固體顆粒外表面性質、物料配比以及氣相中各反應組分的分壓等。
焙燒過程所用設備，按固體物料運動特性，可分為固定床、移動床和流動床幾類；按其所用加熱爐的形式可分為反射爐、多膛爐、豎窯、迴轉窯、沸騰爐、施風爐等。
不加添加劑的焙燒也稱煅燒，按用途可分為：①分解礦石，如石灰石化學加工製成氧化鈣，同時製得二氧化碳氣體；②活化礦石，目的在於改變礦石結構，使其易於分解，例如：將高嶺土焙燒脫水，使其結構疏鬆多孔，易於進一步加工生產氧化鋁；③脫除雜質，如脫硫、脫除有機物和吸附水等；④晶型轉化，如焙燒二氧化鈦使其改變晶型，改善其使用性質。
加添加劑的焙燒添加劑可以是氣體或固體，固體添加劑兼有助熔劑的作用，使物料熔點降低，以加快反應速度。按添加劑的不同有多種類型。
氧化焙燒粉碎後的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分轉變成氧化物，同時除去易揮發的砷、銻、硒、碲等雜質。在硫酸工業中，硫鐵礦焙燒製備二氧化硫是典型的氧化焙燒。冶金工業中氧化焙燒套用廣泛，例如：硫化銅礦、硫化鋅礦經氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時得到二氧化硫。
還原焙燒在礦石或鹽類中添加還原劑進行高溫處理，常用的還原劑是碳。在製取高純度產品時，可用氫氣、一氧化碳或甲烷作為焙燒還原劑。例如：貧氧化鎳礦在加熱下用水煤氣還原，可使其中的三氧化二鐵大部分還原為四氧化三鐵,少量還原為氧化亞鐵和金屬鐵;鎳、鈷的氧化物則還原為金屬鎳和鈷。因為該過程中的三氧化二鐵具有弱磁性，四氧化三鐵具有強磁性，利用這種差別可以進行磁選，故此過程又稱磁化焙燒。
氯化焙燒在礦物或鹽類中添加氯化劑進行高溫處理,使物料中某些組分轉變為氣態或凝聚態的氧化物,從而同其他組分分離。氯化劑可用氯氣或氯化物（如氯化鈉、氯化鈣等）。例如：金紅石在流化床中加氯氣進行氯化焙燒，生成四氯化鈦，經進一步加工可得二氧化鈦。又如在鋁土礦化學加工中，加炭（高質煤）粉成型後氯化焙燒可製得三氯化鋁。若在加氯化劑的同時加入炭粒，使礦物中難選的有價值金屬礦物經氯化焙燒後，在炭粒上轉變為金屬，並附著在炭粒上，隨後用選礦方法富集，製成精礦，其品位和回收率均可以提高，稱為氯化離析焙燒。
硫酸化焙燒以二氧化硫為反應劑的焙燒過程，通常用於硫化物礦的焙燒，使金屬硫化物氧化為易溶於水的硫酸鹽。若以Me表示金屬，硫酸化焙燒主要包括下列過程：
2MeS+3O2→2MeO+2SO2
例如：閃鋅礦經硫酸化焙燒製得硫酸鋅、硫化銅經硫酸化焙燒製得硫酸銅等。
鹼性焙燒以純鹼、燒鹼或石灰石等鹼性物質為反應劑，對固體原料進行高溫處理的一種鹼解過程。例如：軟錳礦與苛性鉀焙燒製取錳酸鉀；鉻鐵礦與苛性鉀焙燒製取鉻酸鉀。
鈉化焙燒在固體物料中加入適量的氯化鈉、硫酸鈉等鈉化劑，焙燒後產物為易溶於水的鈉鹽。例如：濕法提釩過程中，細磨釩渣，經磁選除鐵後，加鈉化劑在迴轉窯中焙燒，渣中的三價釩氧化成五價釩。
影響固體物料焙燒的轉化率與反應速度的主要因素是焙燒溫度、固體物料的粒度、固體顆粒外表面性質、物料配比以及氣相中各反應組分的分壓等。
焙燒過程所用設備，按固體物料運動特性，可分為固定床、移動床和流動床幾類；按其所用加熱爐的形式可分為反射爐、多膛爐、豎窯、迴轉窯、沸騰爐、施風爐等。
膨潤土物理特性對未焙燒球團礦影響的分析
膨潤土作為鐵礦粉造球添加劑，通常使濕球團的爆裂溫度、抗壓強度和落下強度有明顯的提高，也使未焙燒乾球團的抗壓強度和耐磨強度有明顯的提高。然而膨潤土的諸多物理特性，哪些是使上述球團各性能提高的主要因素及其影響程度如何，尚不十分清楚，更無影響的定量概念，以致對新開採的膨潤土都要經過實驗室造球實驗來鑑定，而不能按膨潤土的物理特性和對鐵礦粉造球的要求預先選擇確定。
由於缺乏膨潤土物理特性對鐵礦球團性能影響的定量概念，也難以科學地制定出煉鐵球團用膨潤土的質量標準。研究根據同一種磁鐵精礦添加各種膨潤土的造球實驗結果，計算分析膨潤土的物理特性與濕球團和未焙燒乾球團性能之間的關係。濕球團和未焙燒的乾球團，可統稱為未焙燒球團。
實驗及數據
計算分析的原始數據系來自本所煉鐵研究室的漓諸磁鐵精礦分別添加35種膨潤土的造球實驗。實驗所用的35種物理特性不同的膨潤土，僅有少數幾種是人工改型和提純產品，其蒙脫石含量範圍在97~31%。使用前都是以同一的磨礦設備和磨礦方法磨細至通過20網目篩子，然後經105℃烘乾。實驗所用的漓諸磁鐵精礦粉，只經過乾燥處理。
為確定各種膨潤土對球團性能的影響，在做添加膨潤土的造球試驗之前，都要進行不添加膨潤土的純粹鐵精礦粉的加水造球實驗和球團性能測定即空白試驗，作為比較的基礎。
各種膨潤土分別以1%的添加量與漓諸磁鐵精礦粉混合均勻，加約3%的水預潤濕，放置同樣時間，然後用小50毫米圓盤機造球。為使造出的球團具有統一的統計分析基礎，造球操作中的加料、加水、成球時間，以及對球團性能測定操作等都儘量減少波動。球團各性能的測定方法系按國內統一的標準方法。
計算分析
通常能較全面表微膨潤土物理特性的指標有、膠質價(%)、膨脹倍、2小時吸水率(%)、24小時吸水率(%)、吸蘭量(克/100克)、蒙脫石含量(%)、陽離子文換容量(me/10克)、交換性金屬陽離子量(me/100克)、鹼性係數、PH值和供應使用的粒度等。在交換性金屬陽離母中又進一步可分出其中EK+、ENa+、ECa++、EMg++，如此至少有15項。為減輕計算分析的工作量，可利用上述指標中存在的數學互換關係或近似的互換關係，如蒙脫石含量，以測定吸蘭量換算表示，交換性金屬陽離子最通過鹼性係數和陽離子交換容量(CEC)近似可知。本實臉中各種膨潤土都經統一磨細處理，具有同一細度。這樣，在研究的多元分析中，對未焙燒球團性能可能發生影響的膨潤土物理特性將只有8個，即8個影響因子。
研究結果
由以上各計算結果可看出，表徽膨潤土物理特性之一的PH值，在其對濕球團和乾球團性能影響的多元回歸分析中，都是以最不顯著的影響因子首先或較早被剔除，因此可以認為，膨潤土的PH值對未焙燒球團性能是無甚影響的，證實了“PH值不宜作為膨潤土用於鐵礦粉造球指標”的說法。另一個表徽膨潤土物理特性的鹼性係數，對濕球團和乾球團性能也都以影響不顯著欲剔除，也可以認為它對未焙燒球團性能無甚影響。鹼性係數R由其定義和表示式可知，它是劃分膨潤土屬性的尺度，通常R>1定為鈉基膨潤土，R<1為鈣基。根據以上計算分析結果，不能簡單地說“對鐵礦粉造球鈉基膨潤土優於鈣基膨潤土”。
膨潤土中蒙脫石含量是影響未焙燒球團性能的最主要因素。在進行膨潤土各物理特性對未焙燒球團性能影響的多元逐步回歸計算分析中，蒙脫石含量始終是對未焙燒球團性能影響的高度顯著影響因子。在對濕球團爆裂溫度提高的計算分析中，蒙脫石含量是所列8項物理特性中具有高度顯著的影響的因子。
關於膠質價對未焙燒球團性能的影響，在本計算分析中僅對乾球團耐磨性能提高顯示具有α=0.1水平顯著影響。這一情況可能並非實際，有待進一步改進膠質價測定方法後再作校正。
研究僅從數學分析方面分析膨潤土各物理特性對未焙燒球團性能的影響。關於這方面的工作特別是關於膨潤土的結構特徵及化學成份對未焙燒球團性能的影響，以及影響的機理等問題，仍有待進一步深入研究和證實。
關於膨潤土各物理特性對未焙燒球團性能的影響，通過對上述實臉結果的多元回歸分析，至少對磁鐵精礦可得出如下的結論：
1)膨潤土各物理特性對未焙燒球團性能具有綜合性影響，且呈顯著的線性關係；
2)PH值和鹼性係數對未焙燒球團性能影響不顯著；
3)蒙脫石含量對未焙燒球團各性能都有高度顯著的影響，是濕球團爆裂溫度提高的顯著影響因子；
4)吸水率、蒙脫石含量、陽離子交換容量是對濕球團抗壓、落下及乾球團抗壓強度提高的顯著和高度顯著影響因子；
5)膠質價、膨脹倍、吸水率和蒙脫石含量是乾球團耐磨強度提高的顯著和高度顯著影響的因子；
6)24小時吸水率和陽離子交換容t對未焙燒球團性能提高有顯著的不利影響。
