攀枝花微細粒級鈦精礦冷固結成型實驗研究

（攀枝花學院，四川 攀枝花 617000）

近年來，隨著攀枝花選鈦工藝的不斷發展和技術的不斷進步，攀枝花鈦精礦的產能逐年提高，但鈦精礦的微細粒化卻越來越明顯，從攀枝花選鐵尾礦中鈦鐵礦的粒級分布和生產實踐表明，想要提高攀枝花鈦資源利用率，必須先提高攀枝花微細粒級鈦鐵礦回收利用的工藝技術[1-3]。在鈦渣冶煉時，若是直接將微細粒級鈦精礦入爐冶煉，會造成粉塵污染嚴重，生產環境惡劣，且容易引發冶金安全事故；另外，由于微細粒級鈦精礦的粒度過細，物料透氣性差，粉料熔煉時容易產生飛揚損失，大量細粉被除塵系統抽走，造成鈦回收率降低。因此，必須對微細粒級鈦精礦進行造球預處理再進行鈦渣冶煉[4-8]。為此，本文采用冷固結壓球工藝考察了黏結劑用量、成型壓力和水分含量等因素對微細粒級鈦精礦球團的抗壓強度、落下強度性能的影響。

1 實 驗

1.1 原料

實驗原料是攀枝花龍蟒礦業有限公司攀枝花紅格南礦區的微細粒級鈦精礦，主要化學成分見表1，粒度組成見表2。

表1 微細粒級鈦精礦主要化學成分/%Table 1 Main chemical composition of micro-size fraction titanium concentrate

表2 微細粒級鈦精礦粒度組成Table 2 Particle size composition of micro-size fraction titanium concentrate

從XRD 分析結果顯示微細粒級鈦精礦的主要物相與鈦精礦的主要物相類似，以鈦鐵礦為主和少量的磁鐵礦、鎂鈦礦、鎂鐵尖晶石和橄欖石等[9-10]。

1.2 研究方法

將微細粒級鈦精礦、黏結劑、水按比例配料后人工混料5 min，稱取28 g 混合料放入粉末壓片機中壓制成型，取壓制成型的生球團檢測抗壓強度和落下強度。采用單因素研究方法，研究了水分含量、成型壓力、黏結劑量對生球性能的影響的研究，因素水平：黏結劑用量為0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%和0.55%；水分含量為2%、4%、6%、8%、10% 和12%；成型壓力為3MPa、5 MPa、7 MPa、9 MPa 和11 MPa。流程包括：混料、加入黏結劑和水混勻、壓力成型、球團性能測試等，工藝流程見圖1。

圖1 實驗工藝流程Fig.1 Test process flowsheet

1.3 生球的性能測試

①抗壓強度

使用智能顆粒強度試驗機對球團抗壓強度進行測試。將待測球團放在儀器載物臺上，然后開啟儀器。當球團破裂，儀器讀數停止時，記錄下數據，即為球團抗壓強度。抗壓強度值取同一試驗條件下的5 個生球團抗壓強度值的平均值。

②落下強度

在水泥地面掂上一張10 mm 厚的橡膠板，然后讓球團靜止從距橡膠板500mm 高度的位置自由落下，落下強度值就是球團破裂前所落下的次數，落下強度值取同一試驗條件下的5 個生球團落下強度值的平均值。

2 結果與分析

2.1 黏結劑用量對微細粒級鈦精礦生球團性能的影響

研究選用的黏結劑為聚乙烯醇（PVA，1788）是一種水溶性高分子聚合物，固態下呈白色絮狀或粉末狀，易溶于水，具有很強的黏結性，溫度達到200℃以上開始分解，非常適合作為冶金球團生產的黏結劑。在水分含量6%，成型壓力7MPa的條件下黏結劑用量對微細粒級鈦精礦生球抗壓強度和落下強度性能的影響見圖2。

圖2 粘結劑用量對微細粒級鈦精礦生球團性能的影響Fig.2 Effect of addition of binder on performance of microsize fraction titanium concentrate green pellets

隨著黏結劑用量的增加，生球抗壓強度和落下強度均呈明顯的上升趨勢，在黏結劑用量超過0.25%時，生球團的抗壓強度可達到65.6N/球，落下強度可達28 次/球。從生球性能和生產成本上考慮，0.25%黏結劑用量生球團的抗壓強度和落下強度已經滿足鈦渣冶煉工藝要求。

2.2 水分含量對微細粒級鈦精礦生球團性能的影響

水分含量是影響球團性能的重要因素之一。混料時加入的水分過少，礦粉顆粒容易接觸不緊密，成球困難，球團成型率低；加入水分過多，顆粒過分潤濕，球團成型后，易粘接在模具上，不易脫模，造成球團成型率低，且加入水分過多，給干燥帶來困難，使能耗增加。在黏結劑0.25%，成型壓力為7MPa 的條件下水分含量對微細粒級鈦精礦生球抗壓強度和落下強度性能的影響見圖3。

圖3 水分含量對微細粒級鈦精礦生球團抗壓強度和落下強度的影響Fig.3 Effect of water on the performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

隨著水分含量的增加，生球抗壓強度和落下強度都呈先上升后下降的趨勢，當生球水分為6%時，生球性能達到最優值。

2.3 成型壓力對微細粒級鈦精礦生球性能的影響

成型壓力對球團強度有很大的影響，成型壓力過小，球團中顆粒與顆粒不夠緊實，球團強度較小，不利于球團生產過程中的運輸，成型壓力過大，顆粒與顆粒形成過擠壓狀態，當卸掉壓力后，會出現反彈力，使得球團出現裂紋，甚至裂開為兩半。在黏結劑0.25%，水分含量6%的條件下成型壓力對微細粒級鈦精礦生球性能的影響見圖4。

圖4 成型壓力對微細粒級鈦精礦生球團抗壓強度和落下強度的影響Fig.4 Effect of moulding pressure on the Performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

隨著成型壓力的增加，生球抗壓強度和落下強度都先呈上升趨勢，然后呈下降趨勢。對于生球團的抗壓強度而言，在成型7 MPa 后，生球的抗壓強度趨于平緩上升，當成型壓力超過9 MPa時，生球抗壓強度下降，在成型壓力為7～ 9 MPa，生球團的抗壓強度在64～ 70 N/球之間；對于生球團的落下強度而言，在成型7 MPa 時，生球的落下強度最好，可達33 次/球，從生球性能、生產成本和節省能耗角度出發，選取成型壓力為7 MPa時，即可達到要求。

2.4 穩定實驗

從單因素試驗數據與生產成本考慮，選取出試驗較佳工藝參數為：黏結劑用量0.25%、水分含量6%、成型壓力7 MPa，穩定性試驗5 組，結果見表3。

表3 穩定實驗結果Table 3 Results of stabilization test

從表3 中可以看出，5 組穩定實驗的生球抗壓強度平均可達66.88 N/球，落下強度平均可達32.8次/球，微細粒級微細粒級鈦精礦生球性能完全滿足工藝要求。并將該條件下的球團在120℃烘箱中干燥了120 min 后，得到微細粒級微細粒級鈦精礦干球團，其抗壓強度均大于500 N/球，落下強度超過100 次/球。

3 結 論

（1）通過單因素實驗的方法得出以PVA 作為黏結劑，采用冷固結成型方式，并從節省成本出發，獲得的微細粒級鈦精礦冷固結球團工藝參數適合組合為：水分含量6%，黏結劑用量0.25%，成型壓力7MPa。在該工藝條件下生球的平均抗壓強度可達66.88N/球，落下強度可達32.8 次/球。

（2）采用黏結劑PVA 用于微細粒級鈦精礦球團成型，生球團機械性能良好，且試驗所采用的黏結劑PVA 是一種有機黏結劑，鈦渣冶煉時，不會影響鈦渣的品位，非常適合用于攀枝花微細粒級鈦精礦球團生產工藝。