攀枝花微细粒级钛精矿冷固结成型实验研究

（攀枝花学院，四川 攀枝花 617000）

近年来，随着攀枝花选钛工艺的不断发展和技术的不断进步，攀枝花钛精矿的产能逐年提高，但钛精矿的微细粒化却越来越明显，从攀枝花选铁尾矿中钛铁矿的粒级分布和生产实践表明，想要提高攀枝花钛资源利用率，必须先提高攀枝花微细粒级钛铁矿回收利用的工艺技术[1-3]。在钛渣冶炼时，若是直接将微细粒级钛精矿入炉冶炼，会造成粉尘污染严重，生产环境恶劣，且容易引发冶金安全事故；另外，由于微细粒级钛精矿的粒度过细，物料透气性差，粉料熔炼时容易产生飞扬损失，大量细粉被除尘系统抽走，造成钛回收率降低。因此，必须对微细粒级钛精矿进行造球预处理再进行钛渣冶炼[4-8]。为此，本文采用冷固结压球工艺考察了黏结剂用量、成型压力和水分含量等因素对微细粒级钛精矿球团的抗压强度、落下强度性能的影响。

1 实 验

1.1 原料

实验原料是攀枝花龙蟒矿业有限公司攀枝花红格南矿区的微细粒级钛精矿，主要化学成分见表1，粒度组成见表2。

表1 微细粒级钛精矿主要化学成分/%Table 1 Main chemical composition of micro-size fraction titanium concentrate

表2 微细粒级钛精矿粒度组成Table 2 Particle size composition of micro-size fraction titanium concentrate

从XRD 分析结果显示微细粒级钛精矿的主要物相与钛精矿的主要物相类似，以钛铁矿为主和少量的磁铁矿、镁钛矿、镁铁尖晶石和橄榄石等[9-10]。

1.2 研究方法

将微细粒级钛精矿、黏结剂、水按比例配料后人工混料5 min，称取28 g 混合料放入粉末压片机中压制成型，取压制成型的生球团检测抗压强度和落下强度。采用单因素研究方法，研究了水分含量、成型压力、黏结剂量对生球性能的影响的研究，因素水平：黏结剂用量为0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%和0.55%；水分含量为2%、4%、6%、8%、10% 和12%；成型压力为3MPa、5 MPa、7 MPa、9 MPa 和11 MPa。流程包括：混料、加入黏结剂和水混匀、压力成型、球团性能测试等，工艺流程见图1。

图1 实验工艺流程Fig.1 Test process flowsheet

1.3 生球的性能测试

①抗压强度

使用智能颗粒强度试验机对球团抗压强度进行测试。将待测球团放在仪器载物台上，然后开启仪器。当球团破裂，仪器读数停止时，记录下数据，即为球团抗压强度。抗压强度值取同一试验条件下的5 个生球团抗压强度值的平均值。

②落下强度

在水泥地面掂上一张10 mm 厚的橡胶板，然后让球团静止从距橡胶板500mm 高度的位置自由落下，落下强度值就是球团破裂前所落下的次数，落下强度值取同一试验条件下的5 个生球团落下强度值的平均值。

2 结果与分析

2.1 黏结剂用量对微细粒级钛精矿生球团性能的影响

研究选用的黏结剂为聚乙烯醇（PVA，1788）是一种水溶性高分子聚合物，固态下呈白色絮状或粉末状，易溶于水，具有很强的黏结性，温度达到200℃以上开始分解，非常适合作为冶金球团生产的黏结剂。在水分含量6%，成型压力7MPa的条件下黏结剂用量对微细粒级钛精矿生球抗压强度和落下强度性能的影响见图2。

图2 粘结剂用量对微细粒级钛精矿生球团性能的影响Fig.2 Effect of addition of binder on performance of microsize fraction titanium concentrate green pellets

随着黏结剂用量的增加，生球抗压强度和落下强度均呈明显的上升趋势，在黏结剂用量超过0.25%时，生球团的抗压强度可达到65.6N/球，落下强度可达28 次/球。从生球性能和生产成本上考虑，0.25%黏结剂用量生球团的抗压强度和落下强度已经满足钛渣冶炼工艺要求。

2.2 水分含量对微细粒级钛精矿生球团性能的影响

水分含量是影响球团性能的重要因素之一。混料时加入的水分过少，矿粉颗粒容易接触不紧密，成球困难，球团成型率低；加入水分过多，颗粒过分润湿，球团成型后，易粘接在模具上，不易脱模，造成球团成型率低，且加入水分过多，给干燥带来困难，使能耗增加。在黏结剂0.25%，成型压力为7MPa 的条件下水分含量对微细粒级钛精矿生球抗压强度和落下强度性能的影响见图3。

图3 水分含量对微细粒级钛精矿生球团抗压强度和落下强度的影响Fig.3 Effect of water on the performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

随着水分含量的增加，生球抗压强度和落下强度都呈先上升后下降的趋势，当生球水分为6%时，生球性能达到最优值。

2.3 成型压力对微细粒级钛精矿生球性能的影响

成型压力对球团强度有很大的影响，成型压力过小，球团中颗粒与颗粒不够紧实，球团强度较小，不利于球团生产过程中的运输，成型压力过大，颗粒与颗粒形成过挤压状态，当卸掉压力后，会出现反弹力，使得球团出现裂纹，甚至裂开为两半。在黏结剂0.25%，水分含量6%的条件下成型压力对微细粒级钛精矿生球性能的影响见图4。

图4 成型压力对微细粒级钛精矿生球团抗压强度和落下强度的影响Fig.4 Effect of moulding pressure on the Performance of micro-size fraction titanium concentrate green pellets

随着成型压力的增加，生球抗压强度和落下强度都先呈上升趋势，然后呈下降趋势。对于生球团的抗压强度而言，在成型7 MPa 后，生球的抗压强度趋于平缓上升，当成型压力超过9 MPa时，生球抗压强度下降，在成型压力为7～ 9 MPa，生球团的抗压强度在64～ 70 N/球之间；对于生球团的落下强度而言，在成型7 MPa 时，生球的落下强度最好，可达33 次/球，从生球性能、生产成本和节省能耗角度出发，选取成型压力为7 MPa时，即可达到要求。

2.4 稳定实验

从单因素试验数据与生产成本考虑，选取出试验较佳工艺参数为：黏结剂用量0.25%、水分含量6%、成型压力7 MPa，稳定性试验5 组，结果见表3。

表3 稳定实验结果Table 3 Results of stabilization test

从表3 中可以看出，5 组稳定实验的生球抗压强度平均可达66.88 N/球，落下强度平均可达32.8次/球，微细粒级微细粒级钛精矿生球性能完全满足工艺要求。并将该条件下的球团在120℃烘箱中干燥了120 min 后，得到微细粒级微细粒级钛精矿干球团，其抗压强度均大于500 N/球，落下强度超过100 次/球。

3 结 论

（1）通过单因素实验的方法得出以PVA 作为黏结剂，采用冷固结成型方式，并从节省成本出发，获得的微细粒级钛精矿冷固结球团工艺参数适合组合为：水分含量6%，黏结剂用量0.25%，成型压力7MPa。在该工艺条件下生球的平均抗压强度可达66.88N/球，落下强度可达32.8 次/球。

（2）采用黏结剂PVA 用于微细粒级钛精矿球团成型，生球团机械性能良好，且试验所采用的黏结剂PVA 是一种有机黏结剂，钛渣冶炼时，不会影响钛渣的品位，非常适合用于攀枝花微细粒级钛精矿球团生产工艺。