广西高铁铝土矿烧结可行性研究

2011-03-21 01:11时国松方觉杨改彦辛红艳高艳甲

华北理工大学学报(自然科学版) 2011年2期

时国松,方觉,杨改彦,辛红艳,高艳甲

(河北联合大学冶金与能源学院,河北唐山0630009)

0 引言

广西高铁三水铝石型铝土矿属于特殊矿种,由表1可明显看出,其铁和铝含量都不高,铝硅比也很低,烧损大。虽然矿石中铁的品位高于普通铝土矿,但还远没有达到合格铁矿的边界品位,铝的品位也没有达到目前氧化铝经济生产的工艺要求。因此,使用该矿进行单纯的冶铝或冶铁是没有经济效益可言的,必须实现铁铝综合利用才有工业利用价值。要达到铝铁的综合利用,必需使高炉炉渣中尽量多的产生适于冶铝的12CaO◦7A l2O3。而炉料中SiO2的酸性较A l2O3强得多,CaO会优先与SiO2结合,生成正硅酸钙2CaO◦SiO2,剩余的CaO才会参与12CaO◦7A l2 O3的形成。若使用普通碱度的烧结矿,就要在高炉中加入大量的石灰石,而石灰石直接入炉会吸收大量的热量,致使焦比过高。为达到降低焦比的目的,在高炉冶炼和烧结工艺能够接受的范围内尽量提高烧结矿的碱度,以减少直接入炉的石灰石量。为此,本文对该矿石的烧结性能进行了研究。

表1 矿石成分/%

1 试验设备及方法

设备主要由可控高温电炉、烧结杯、自动升降系统、密封碳化硅管组成,其主体结构如图1所示。

试验方法:设定电炉的升温曲线和恒温温度;配料,用小型圆盘造球机将原料混匀并制粒(Φ0.5 mm～Φ3mm);把混匀的原料装入小烧结杯(用碳化硅制成,耐温度骤变,可重复使用)中,轻轻压实,料层高150 mm左右;将装满原料的小烧结杯置于升降装置的碳化硅管上部,并用黄泥将两者密封,从下部升入炉腔中;通过对法兰间密封材料的挤压,使升降装置与炉管密封,使两管口间以及外空间都不透气,保证主体气流从上至下通过烧结杯散料层;保温3～4 min后,打开空压机,用塑胶软管将压缩空气由上部入口处导入碳化硅管内,由上至下经过烧结料层,烧结尾气由设备底部出口排出;调节气体流量计,使其稳定,同时通过尾气取样化验成分,以判断烧结终点,烧结时间约30m in左右;烧结完成后,降下自动升降装置,将碳化硅管连同烧结杯一起从炉腔中取出,置于支架上,继续吹风强制冷却;冷却完毕,从杯中取出圆柱形烧结矿成品,如图2所示。

图1 小型烧结机结构图

图2 烧结矿成品

2 试验结果及分析

根据不同铝硅比矿石的储量及开采、生产情况,将三种矿按1:1:1进行混料。焦粉及石灰石均产自当地,其成分如表2、表3所示。

表2 焦粉成分分析/%

表3 石灰石粉成分分析/%

为减少熔剂直接入炉,达到降低焦比目的,故将烧结实验的碱度范围定在3.0～8.0之间。根据各原料化学成分进行配料制粒,设定恒温温度为1080℃,并按前述步骤进行烧结试验。最终得到不同碱度试验结果。

表3 烧结情况统计

由表3可以看出高铁铝土矿的烧结需要较高的配碳量,大约高出普通烧结3至4个百分点。出现这种情况的主要原因是该矿的烧损比较大,在烧结过程中,结晶水分解出来带走了大量的热。另外,原料中配加的石灰石在烧结过程中的分解也需要不少热量。因而,8%的配碳量也就成为了烧成与否的分水岭。

在恒定空气流量的前提下,不同碱度烧结试验压差变化较小,稳定在31 mm左右(见图3),这说明不论碱度高低,料层的透气性良好且稳定。由图4可知,烧结碱度与烧结时间呈负相关关系,而烧结杯的装料高度是相同的(约150 mm),可推论出垂直烧结速度和碱度之间呈正相关关系。大量石灰石分解,实际存留在烧结杯中的物质随碱度的升高而不断减少是导致垂直烧结速度升高的主要原因。虽然烧结时间在减少,但每次试验成品的重量(见图5)也在不断降低,在较低碱度时降幅较大,最终导致生产效率的下滑,其趋势如图6所示,7.0、8.0碱度的烧结矿生产效率要比3.0的小1/4左右。