鐵礦石機械裝置取制樣系統水分損失的研究

王春生 陳小奇

(寶山鋼鐵股份有限公司檢化驗中心)

目前，我國是世界上最大的鐵礦石進口國，2016年鐵礦石進口量達到10.24億t。為了準確可靠檢驗鐵礦石的品質，我國主要的鐵礦石港口都實現了鐵礦石機械裝置自動化取樣、制樣及水分含量、粒度分布的測定[1-3]。其中，水分含量是鐵礦石貿易結算中一項重要指標，水分含量的準確性影響貿易雙方的經濟利益。在機械裝置自動取制樣系統中，鐵礦石經過皮帶輸送、破碎、縮分等流程后進行干燥水分含量的測定，必然會造成部分水分的損失[4]，如何檢測取制樣系統水分損失，并確定一個取制樣系統針對不同種類鐵礦石水分損失允許最大值，這對評價自動化取制樣系統是至關重要的。目前還沒有鐵礦石水分損失檢驗可參考的標準，因此，非常有必要開展有關機械裝置自動化取制樣系統水分損失檢測方法的研究，為鐵礦石水分含量測定標準的修訂提供理論參考。

1 鐵礦石中水分存在形式及來源

水在鐵礦石中存在的形式主要分為結晶水、結構水、游離水等[4]，自動取制樣系統在線檢測的水分主要是游離水，即吸附于鐵礦石顆粒表面或由于表面張力作用而被吸附于礦物或礦料顆粒之間小裂隙之中的水，溫度在100～110 ℃時可以完全脫去。鐵礦石的游離水主要來源是鐵礦石選礦采用水洗浮選工藝殘留水、鐵礦產地露天堆場遭受降雨而吸收的水分、港口裝卸因環保需要人為噴灑水以防塵及鐵礦石中原有的游離水。目前國內外測定鐵礦石游離水含量都是采用105 ℃ 空氣中干燥至恒重時試樣質量損失占初始試樣質量的百分含量。

2 水分損失檢測試驗

2.1 試驗礦石

根據檢驗的歷史數據選擇水分含量≥8%鐵礦石。

2.2 試樣對數及試樣量

選取20對最大公稱粒度小于22.4 mm的試驗樣至少5 kg，最大公稱粒度小于10 mm的試驗樣至少1 kg。

2.3 試驗設備

選取機械裝置自動化取制樣系統、能將爐內任何一點的溫度均控制在105 ℃±5 ℃的干燥箱、試驗盤若干、電子稱一臺。

2.4 試驗方法及步驟

將同一品種鐵礦石采用機械裝置自動化取制樣系統制備的份樣和副樣在線檢測水分含量，采用本質上無偏差參比方法采取制備的份樣按照《鐵礦石交貨批水分含量的測定》(ISO 3087：2011)標準規定的方法進行水分含量檢測，統計分析在線檢測水分含量與參比方法檢測水分含量，得出此類礦石在機械裝置取制樣系統的水分損失值。

3 試驗結果與分析

圖1為取制樣系統不同試樣水分損失波動圖。可以看出，鐵礦石交貨批按照份樣或副樣在線取制樣系統水分含量檢測時，都存在明顯的水分損失。按照份樣檢測時，水分損失平均達到0.46%(水分含量絕對值)，按副樣檢測時，水分損失平均達到0.73%(水分含量絕對值)，不同份樣之間和不同副樣之間水分損失存在顯著差異，按照份樣進行水分含量檢測水分損失量明顯小于按照副樣進行水分含量檢測值。

圖1 取制樣系統水分損失波動圖

影響取制樣系統水分損失的因素：

(1)水分試驗樣在系統內滯留時間。水分試驗樣在初次稱量前，經過初級采樣、二級采樣、皮帶輸送、縮分機縮分，不可避免地造成水分損失，如果按照副樣檢測，采集到的第一個份樣臨時收集儲存，等收集到5個或6個份樣組成一個副樣時，再進行縮分，制成水分試驗樣，在系統停留時間較長，會大大增加水分試樣在干燥前的水分損失。

(2)系統內各個組成部分密封性。系統密封性能好，可以減少系統內空氣流動，使水分盡可能保留在試樣內，最大限度地減少水分損失。

(3)系統內空氣流動。一方面，取制樣系統中存在溜槽、運輸皮帶，試樣在通過溜槽和在運輸皮帶輸送時產生大量的流動空氣。另一方面，為了減少取制樣系統的粉塵對環境的污染，會在運輸皮帶端部、溜槽上部裝有吸塵接口，系統有試樣時，除塵設備會自動開啟，系統內會產生較大的空氣流動。系統內的流動空氣會使物料表面壓強減少，物料的水分蒸發速度加快，容易失去水分。

(4)礦石物料特性。一般水分含量越高的礦石，水分損失相對較高。此外，礦石粒度分布情況也會對水分的損失造成一定的影響。細粒度試樣含量越多，其表面積越大，吸附的水分就越多，在自動取制樣系統水分損失也會較多。

4 水分損失校正

由于鐵礦石貿易結算都是以干態為基準質量，而鐵礦石海運運輸費用大多由自然態鐵礦石確定。鐵礦石水分表面上僅與運價有關，但水分檢測過程有水分損失，造成水分含量偏低，就與鐵礦石交貨批噸位有直接關系，相當于礦石采購方以鐵礦石的價格購買了水，造成礦石采購方的經濟損失。因此，要得到更加準確的交貨批水分含量值，必須對自動取制樣系統的水分損失加以校正。校正公式為

(1)

利用最小二乘法公式計算k值及b值,見式(2)～式(6),機械裝置取制樣系統測定鐵礦石試樣水分含量的離差平方和lj為

(2)

參比樣測定鐵礦石試樣水分含量的離差平方和lc為

(3)

機械取制樣系統和參比方法測定鐵礦石試樣水分含量的離差積ljc為

(4)

k=ljc/lj,

(5)

(6)

式(2)的相關系數R計算公式為

(7)

4.1 按照份樣測定水分含量校正公式

(8)

表1 機械裝置取制樣系統按份樣檢測鐵礦石水分損失結果 %

4.2 按照副樣測定水分含量校正公式

(9)

5 結 論

隨著鐵礦石貿易量的不斷增加，國內外港口及鋼鐵廠相繼建造了機械裝置自動化取制樣系統，實現了鐵礦石在線取制樣及在線水分含量的檢測。受到鐵礦石在系統的停留時間、系統的密閉性及礦石物料特性等因素的影響，鐵礦石在通過機械裝置自動取制樣系統進行水分含量檢測時，不可避免地造成水分損失，導致鐵礦石采購方的利益受損。建議ISO鐵礦石和直接還原鐵標準化委員會TC102/SC1取制樣分技術委員會、全國鋼標準化委員會建立鐵礦石機械裝置自動取制樣系統水分損失允許差及水分損失校正標準，以便各鐵礦石檢驗機構按照標準校正方法，對鐵礦石機械裝置自動取制樣系統水分含量的損失進行校正，確保鐵礦石交貨批水分含量的準確可靠，保證鐵礦石采購方的合法利益。

表2 機械裝置取制樣系統按副樣檢測鐵礦石水分損失結果 %

[1] 袁曉鷹,葉向勇.日照港礦石機械化采制樣系統中機器人的應用[J].金屬礦山，2009(3)：124-129.

[2] 王春生,陳小奇,孫 良，等.寶鋼自動化取制樣系統的應用與發展[J].金屬礦山，2010，413(11)：116-121.

[3] 李 江.大宗原料試樣自動取制樣系統工藝設計探討[J].鋼鐵技術，2010(6)：1-4.

[4] 袁曉鷹，張永春，姜 濤.礦石機械化采樣裝置水分損失指標的確定[J].現代礦業，2012(6)：120-122.

[5] 李鳳貴，張西春.鐵礦石檢驗就技術[M].北京:中國標準出版社，2005.