澳洲和巴西铁矿石吸水特性对比研究

徐福伟 王 锋 许 立 张鸟飞

(嵊泗出入境检验检疫局 浙江舟山 202450)

1 前言

近年来，随着我国经济的持续高速发展，钢铁生产规模也随之不断的扩大，而国内铁矿石品位低、生产能力有限，远远不能满足我国钢铁工业发展的需要，因此铁矿石的进口量在不断的攀升，铁矿石的价格更是在不断的飙升。继2003年我国铁矿石进口量首次超越日本、欧盟，成为全球最大的铁矿石进口国后，2011年铁矿石的进口量已达6亿多t，铁矿石的价格已从2003年的均价30美元/t到2011年最高已突破均价180美元/t，最高已增长近6倍。

按国际惯例，铁矿石贸易的价格以到岸港的权威机构作出的实际卸货“干态”重量的鉴定结果作为结算依据，而到货铁矿的实际状态均以含有一定量水分的“自然态”形式存在，因此，铁矿石中水分含量测定结果的准确与否，是影响重量鉴定准确性的重要因素之一，直接影响着国内收货企业的经济利益。而在实际检验工作中经常发现各铁矿石存在着吸水能力不同的情况，一些外表水分较多的矿石却并不比表面干燥的矿石水分测定值要高。因此，有必要对各种铁矿石特别是澳洲和巴西进口的一些粉铁矿的吸水特性进行研究，弄清其中的内在原因和各自特性，有助于在日常的检验工作中做出正确的判断，得到准确的测定值。

2 材料与方法

2.1 材料

试验样品选取国内进口量较大、品质较为稳定、且具有较强代表性的世界三大矿石公司产品作为研究对象，分别为:卡拉加斯粉铁矿、CVRD－SFIT粉铁矿和CVRD－SSFT粉铁矿购于巴西淡水河谷公司产品，BHP杨迪粉铁矿购于澳大利亚必和必拓公司产品，皮尔巴拉粉铁矿购于澳大利亚力拓公司，分别对其进行吸水特性的对比和研究，试验样品如表1所示。

表1 试验样品情况

2.2 方法

2.2.1 试验方法

针对巴西和澳洲两地粉铁矿的吸水特性的研究，首先通过铁矿石常规水分含量测定方法，在消除铁矿石表面的水分或“明水”(与矿物分离的水)后，使矿石在吸水饱和状态下来测定其水分含量值，借此观察各种试验矿石自身的吸水能力;其次采用微观试验——低温N2吸附－脱附分析方法，从试验铁矿石样品的比表面积和孔径分布结果来分析各种铁矿的内部结构，找出引起两者产生吸水性差异的内在原因。

2.2.2 试验流程

(1)按照铁矿石取制样国际标准(ISO3082)的要求，制备各个矿种的水分试验样品;

(2)得到水分试验样品后将各个矿种均匀分成两份，作为平行试验样备用;

(3)将各个样品分别浸入水中，使其吸水达到饱和状态;

(4)使用垫有滤纸的布氏漏斗将各矿种暴露在空气中，各矿种的暴露时间等同，使其中的“明水”流失;

(5)在无“明水”渗出，各矿种的表面均无明显“明水”的情况下进行水分含量的测定试验，得到各矿种的水分含量值;

(6)比较两个平行样，在保证其试验结果不超过0.05%的情况下平均结果作为该矿种的最终水分含量值。

2.2.3 水分含量测定

上述试验样品经空气中自然流失水分后，按照国际标准(ISO3087)进行水分含量的测定。

(1)将试验样均匀铺在称量过的干燥盘内，并测出总质量，进行记录。

(2)将装有实验样的干燥盘放在设定于105℃的烘箱内，保持这一温度不少于4h。

(3)在样品质量达到恒重后，取出试验并立即称量，记录重量。

3 试验结果与分析

3.1 吸水性差异

经过上述试验步骤，可得到试验各矿种表面在基本处于干燥状态下的水分含量情况，图1为试验各矿种的水分含量情况。

图1 经水分散失后各试验样的水分含量情况

从图1可知，澳大利亚粉铁矿在水分散失后，即去除“明水”后所含水分要明显大于巴西的几个粉铁矿，也就是澳大利亚粉铁矿的吸水性要明显强于巴西的一些粉铁矿。

3.2 微观结构分析

为了找出澳大利亚和巴西各类粉铁矿水分吸附能力差异的原因，对上述的几个铁矿石样品进行了低温N2吸附－脱附分析，从样品的比表面积和孔径分布结果来分析产生差异的原因，见图2和图3。

从图2中可以看出，在低压区，只有SY1001铁矿石存在吸附量明显上升的趋势，而且在P/P0＜0.05(饱和度)前有陡升现象，这表明SY1001铁矿石样品有部分微孔结构存在，而且孔结构比较发达，出现了毛细凝聚现象导致了这阶段SY1001样品的吸附能力较强;随着相对吸附压的增加，铁矿石样品等温线在经历一个平台区后陡然上升，其中铁矿石SY1001和SY1005随着相对吸附压的增加，吸附体积明显增加，吸附性能明显优于其他三个样品，这表明了这两个样品中存在着一定数量的中孔结构，样品在P/P0接近于1时都产生了吸附量陡升但没有出现吸附饱和平台的现象，表明铁矿石样品中存在相对较多的大孔结构，吸附过程中很难达到饱和。在对样品进行氮气等温吸附和脱附时，氮气在孔道内凝聚和蒸发的差异而引起吸附等温线和脱附等温线不同步，导致出现明显的H1型滞后环。根据图2可以看出，铁矿SY1001存在着少量的微孔，部分中孔以及大量的大孔;SY1005样品存在着部分中孔和大量的大孔。这种发达的孔道结构，有利于提高样品的吸附性能。根据谱图3可以看出，铁矿石样品SY1002，SY1003和SY1004的吸附－脱附曲线变化类似，证实三个样品具有相似的孔结构，表明这三种矿样具有相似的吸附性能，但由于孔道结构没有样品SY1001和SY1005发达，缺少中孔及微孔，导致吸附性能相对较弱，这与水吸附实验结果一致，见表2。

图2 铁矿石样品低温N2吸附－脱附曲线a

表2给出了试验中铁矿石样品比表面积、总吸附量和孔容的结果，可以看出铁矿石SY1001和SY1005具有较大的比表面积和较大的吸附量，这与它们具有较大的比表面积和孔容有关;SY1002、SY1003和SY1004三个样品则具有相似的结果——比表面积和孔容都较小，这也导致了这三种矿样的吸附能力相对较弱。

图3 铁矿石样品低温N2吸附－脱附曲线b

表2 各铁矿吸附能力及比表面积情况

4 结果和讨论

从实验的结果来看，澳洲的一些粉铁矿总体上吸水能力较强，在表面看似干燥的情况下水分含量基本可达9.0%以上，而巴西的一些粉铁矿则吸水能力较差，在干燥表面附着的水后各矿种的基本含水量均在5.0%以下，在表面观察较为湿漉的情况下的水分含量值也并不是很大，在类似泥浆的状态下的水分含量值也就8.0% －9.0%之间，究其原因是因为矿石内部结果有所不同，孔隙结构的区别导致了矿石吸水性能的差异。

由此研究可知，巴西的一些粉铁矿由于吸水性能普遍不高，在巴西气候条件等因素的影响下，矿内含有大量水分，加上来自巴西的航线较长，在漫长的航线上，矿物容易使水分层降到底部析出，这导致了在来自巴西的一些粉铁矿中往往会出现大量“明水”的现象。我们在常规的铁矿石取制样操作中对于该样品的取样难度较大，按现行检验标准取样和测定，这些非常规状态的“明水”，大多在完成机械取样前的卸货或输送过程中流失掉了，根本不能通过常规的水分分析来测定，导致铁矿石的水分含量检验值有所偏差，结果值往往出现“偏小”的现象，使进口商由此蒙受一定的利益损失，因此，十分有必要对巴西铁矿石中常见的“明水”进行关注，必须测得铁矿石中的“明水”含量并对实际测得的水分含量值进行校正，使进口铁矿石的水分含量检测结果更为准确和公正，切实维护国内收货商的合法权益。另外，由于澳洲粉铁矿的吸水性普遍较强，看似表面干燥的澳洲粉铁矿其水分含量并不见得干燥，这也应引起国内买家的重视。

［1］ ISO3082－1998铁矿石 取样和制样的方法［S］.

［2］ ISO3087－1998铁矿石 交货批水分含量的测定［S］.

［3］ 李凤贵，张西春.铁矿石检验技术［M］.中国标准出版社，2005.

［4］ 应海松，李斐真.铁矿石取制样及物理检验［M］.冶金工业出版社，2007.