球 团 原 料 理 论
第一节 球团矿生产对铁精矿的要求
球团矿生产所用的原料主要是精矿，一般占造球混合料的90％以上，因此精矿的质量如何将对生球、成品球团矿的质量起着决定性的作用，不言而愈，它直接左右着球团生产过程的经济技术指标。 一、球团生产对铁精矿的要求：
一定的粒度、适宜的水分和均匀的化学性质球团矿的三项基本要求。
（一）粒度 有人作过试验，要使物料（铁矿物）能成球其-320目（-0.045毫米）粒级的必须达35％以上，否则，不论采取什么样措施企图借滚动成球都是办不到的。可见一定的细度是物料成球必要条件。理论与生产实践都证明，为了稳定造球过程和获得足够强度的生球，精矿必须有足够细的粒度和一定的粒度组成。据国外生产经验介绍适合造球的精矿其-0.014毫米（325目）部分应在60－85％之间，或-0.074毫米（200目）部分应在90％以上，尤其是其中-20μ部分不得于少20％。而且，精矿的粒度组成还必须保持相对稳定。据试验所得，所控制的粒度（-0.044、-0.053、-0.074毫米），其波动不得超过±1.5％。
对于粉状物料的细度?的表示方法我们通常也采用比表面积。对于造球而言，有些专家认为表面积之粒度组成（粒度筛分）能更好地反映原料的成球性能。事实上粒度与比表面积并不成直接关系。表1－2为某矿再磨过程中粒度组成与比表积的系列数据。目前国外球团厂家所使用的含铁原料的比表面积，一般控制在1300－2100cm2/g之间，绝大多数控制在1500－1900cm2/g之间。
应该指出的是，对球团整个生产过程来说，精矿的粒度也并不是越细越好，第一，粒度过细，造成脱水困难，因而需要干燥，带来工艺复杂化；第二，粒度过细必然加大磨矿过程的能量消耗。因此，粒度过细反会使生产的费用增大，经济收益减少。何况精矿粒度细到一定程度之后再细磨也不一定给生球质量、球团矿质量带来好处；表1－2是某研究单位对某地精矿细率系列试验（通地分别再磨调整粒度）结果。从结果可以看出：
表1－2某铁矿粉系列磨矿试验结果
粒度（目）组成（％） 矿 样 原矿 >35 3.05 35－70 11.75 70－100 13.65 100－150 16.65 150－200 14.2 200－300 7.75 -200 40.7 -300 32.95 第 1 页 共 89 页
再磨1# 再磨2# 再磨3# 再磨4# 0 0 0 0 0 0 0 0 7.73 2.81 0 0 17.97 15.81 3.73 0.21 生球落下17.32 16.60 14.75 3.33 9.48 12.08 17.02 10.14 56.98 64.78 81.52 96.46 47.50 52.70 64.50 86.32 矿样 比表面积（cm/g） 2生球抗压（kg/个） （500m/m胶皮（次/个）） 生球水分（％） 成品球抗压（kg/个） 原矿 再磨1# 再磨2# 再磨3# 再磨4# 389.16 1006.4 1137.5 1340.8 1506.5 0.30 0.42 0.50 0.92 0.81 3.0 5.1 7.2 11.3 9.2 7.6 7.5 7.2 7.1 7.2 112.0 100.4 224.0 254.4 160.8 在同样配料比（膨润土1％）、同等造球、焙烧条件下，精矿的不同（磨矿）粒度对生球，成品球的质量影响在不同区间是很不一致的，开始随着比表面的增大，生球强度、成品强度显著增大，当比表面积大到一定程度后再增大比表面积时已对生球及成品球不带来什么好处。这里可以找到一种解释是：当物料细到一定程度后，物料中细粒部分显著增多，由于造球是在一定时间内进行的，这就有可能使物料来不及均匀湿润，这就是说物料颗粒将产生偏析，物料影响成品球的强度 。当然对于不同铁精矿来说，这个合适值是不一样的，这必须通过试验得出。但原则是，既要满足生球强度的要求，又要充分考虑到磨矿、脱水、干燥等生产过程给整个球团矿成本的影响。一般而言，对
表1－3国外部分球团厂家含铁原料的性质（见附表）
第二章 粘结剂 第一节概述
造球过程实质上是细粒物料借助机械的运动（在造球机内）使其粘结成具有一定的粒度和一定强度的球状结合体的过程。因此物料的粘结性的好坏决定着造球过程的顺利与否及其产品（生球）的特性（粒度、均匀性、强度等）好坏。所以为了强化造球过程和改善生球的质量，常常在造球物料（原料）中添加一些粘结性极强的物料，由于这些物料的作用主要（或仅仅）是为了提高造球混合料的粘结性，因此人们习惯地称它为粘结剂或添加剂。
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作为粘结剂的物质必须具备以下性质：
1、亲水性强，比表面积大，遇水后能高度分散。因此它能改善球团混合物料的亲水性和提高混合料的比表面积。
2、粘结性能好，而且由于它的加入能很好地改善成球物料的粘结性，也就是说它的这种粘结性还能在别的物料颗粒之间起到传递作用。因而，它的极小加入量就能有效地改善成球物的粘结性。
3、由于它的加入不致于影响到造球以后工序（如生球的干燥、焙烧、球团矿质量及环境保护等）的顺利进行。
4、货源容易解决、加工处理方便。
球团生产中使用的粘结剂有膨润土（也叫皂土）、消石灰、水泥等。但作为现代化氧化球团生产中常用的粘结剂主要有膨润和消石灰两种，其它往往只限于特殊需要时才用到。如氯化钠是为了氯化焙烧（回收有色或贵金属）时才使用。水泥则是为了生产所谓的冷固结球团时才使用。消石灰由于它的主要成分是CaO,所以它具有粘结剂和溶剂的双重性质，人们将在熔剂一章叙述。在这一章里我们着重介绍膨润土，它是现代化球团生产中使用最多的一种粘结剂。
第二节 膨润土的主要特性及其在球团生产中的作用
膨润土又叫膨土岩或蒙脱岩，系以蒙脱石（也称微晶高岭石、胶岭石等）为主要成分粘土岩一蒙脱石粘土岩。
一、 膨润土的主要特征 （一）膨润土的外观特征。
膨润土的颜色有白色、乳白色、浅灰色、浅粉红色、淡绿黄色或绿色。膨润土新鲜（刚开采出来）时常为兰绿色，风化后则变成淡黄色。表面有油脂、腊状或土状光泽，有时有油腻感。硬度为1－2，比重因吸水量不同而变化较大，一般为1－2。吸湿性强，最大吸大量为其体积的8－15倍。吸湿膨胀、膨胀倍数从几倍至三十余倍不等。晶质体颗粒很细，最细可达0.02μ－0.2μ。可塑性强，有较好的粘结性。在阳光晒干后成干裂碎块，常呈层状、透镜状、脉状、环带状。 （二）膨润土的物质化学成分
膨润土的岩石矿物组分由于成矿条件，风化和程度及外来物质的掺加不同而不同。除了蒙脱石（主要成分）外，还有贝得石、高岭石、绿泥石、水云母、蛭石、石英、方解石、长石、云石、黄铁矿及可溶盐等。就其化学成分而言膨润土主要是含水的铝硅酸盐矿物组成的。它的主要组分是二氧化硅、三氯化二铝和水，其次是氧化镁、氧化铁等。此外钙、钠、钾（碱土金属和碱金属）等常以不同含量存在于膨润土之中。表2－1为国外及国内部分膨润土矿的化学分析。
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（三）膨润土的主要物理化学性能：
膨润土的物理化学性能是多方面的，在这里我们主要介绍与球团生产有关的一些特性。
1、吸湿性强，膨润土具有较强吸湿性，能吸附八至十五于自己体积的水量。 2、膨润系数大：膨润土吸水后膨胀，能膨胀数倍至十五于自己体积的水量。 3、高分散性，比面积大，分散后的膨润土的巨大比表面积，理论值可达600－900米2/克。膨润土在水（介质）中能分散呈胶体悬浮液，据报导膨润土分散后细粒胶体绝大部分（90％以上）小于15μ，这种悬浮液具有一定的粘带性、触变性和润滑性。
4、具有可塑性和粘结性：比如用膨润土和水、泥或沙等细碎物质掺合在一起，其掺合物具有可塑性和粘结性。
5、有较强的阳离子交换能力。
6、有较强的吸附能力：膨润土对气体、液体、有机物质等具有一定的吸附能力，最大吸附量可达五倍于它的重量等等。
不过对于不同膨润土而言，这些性质在程度上差别是很大的，主要取决于它所含蒙脱石种类及其含量。
膨润土之所以具备上述特性，主要是因为蒙脱石具有特殊的晶格结构所致，请参见第六章 造球篇。
（四）膨润土在球团生产中的作用：
1、膨润土的加入可以提高生球及干球的强度，提高生球的质量，改善造球的操作。 （1）由于膨润土具有亲水性好、分散度高、比表面积大、粘结性强、球成指数高等特性，因而在铁精矿中加入少量的膨润土就能改善其成球性，提高生球的强度。参见表2－2。
（2）由于膨润土的吸水性强，而且吸水速度又慢，因而它能减弱造球过程对水分的敏感性，适当扩大适宜水分的波动范围，从而有利于造球过程操作的稳定。
（3）能使生球表面光滑，使生球的粒度更趋近于均匀，平均粒级下降。这将有利于提高造球机生产率及加速生球的干燥、焙烧、提高产量、降低消耗。
2、膨润土的加入可以提高生球的爆裂温度，提高预热强度。
（1）提高生球的抗爆裂温度常常是选择粘结剂的主要出发点之一。生球的干燥时间往往占整个焙烧时间的四分之一以上（带式机）。球团矿的最终质量在一定程度上也爱生球干燥好坏影响。因而在不影响生球干燥质量的前提下总是企图提高生球的干燥速度，也就是提高干燥介质的温度和流速。
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膨润土加入量（％） 0.0 0.6 0 0.48 0 0.5 生球指标 抗压（kg/个） 1.18 1.60 1.60 3.80 2.35 2.68 落下（次/个） 3.6 9.8 5.5 11.0 5.1 18.0 干球抗压生球水分（kg/个） 0.54 4.70 7.0 14.0 3.75 6.27 （％） 9.8 9.8 7.6 8.0 备注 美国 苏联 落下为475m/m 中国黑山
落下为500m/m 由于膨润土与水的特殊的亲和性（结合力强），可以使生球内部的水分迁移至生球表面进行蒸发，从而大大地减弱生球干燥时爆裂的可能性，也就能适当提高生球的干燥温度，提高产量。这一点对竖炉焙烧而言尤为重要。据杭钢的生产经验，从配加消石灰到改加膨润土生球干燥时的爆裂温度从原业450℃提高到700℃以上，球团质量改善，据称产量提高60％以上。
（2）膨润土加入还可以提高预热球的强度（这可能与生球质量、干燥质量强度等的改善直接有关），这一点对链箅机一回转窑焙烧工艺非常重要。因为这样可以减少由链箅机向回转窑卸料时产生的粉末，从而也为减少回转窑结圈创造了条件。
综上所述膨润土的加入影响着从生球制取到焙烧出球团矿的整个生产过程。因而国外球团厂家往往不惜成本去寻求优质的膨润土。近年来我国球团工业在膨润土的使用方面也有了很大进步；杭钢就是使用膨润土取得良好效果的一家。据该厂报导，使用膨润土后不但使球团矿在产、质量方面有了明显提高，而且总的成本费用也降低了1－3元/吨球。
膨润土除了用以球团工业外，还广泛用于铸造业（造型）、石油（钻井）、地质（钻探），其次在纺织（浆织、印染）、建筑、陶瓷、造纸、化妆用品、化肥、农药、医药、肥皂、饲料等工业范围也往往是少不了膨润土，或者可以代替其他原材料（如粮食），降低造价。
二、膨润土的分类及其评价
如前所述，蒙脱石（单位晶层间）的交换性阳离子的种类和含量关系至蒙脱石的一系列性质，从而也关系到膨润土的各种性能。因此常按蒙脱石所含主要交换性阳离子来
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