[科普中国]-球团黏结剂

作用

在球团工艺中，球团黏结剂起着多方面的作用：（1）改善物料的成球性；（2）提高生球、干球和焙烧球团矿的强度；（3）调整烧结球团矿的化学组成（特别是造渣成分）、矿物组成和质量。球团工艺在发展过程中，曾试验过多种有机或无机黏结剂、单种或混合黏结剂，研究它们的适用性。黏结剂包括膨润土、消石灰、生石灰佩利多（peridur）、其他碱性化合物（如NaOH，Na2CO3，K2CO3，CaCl2，MgCl2，MgSO4）及其他混合黏结剂。

膨润土以蒙脱石族矿物为主要组分的黏土岩，它是一种含水的铝硅酸盐，俗称皂土，为优质球团黏结剂。主要矿物成分是蒙脱石，又称微晶高岭石或胶岭石，化学组成为（Al、Mg）2（OH）2·（Si、Al）4O10·nH2O；理论化学成分是Al2O328.3%、SiO266.7%，属于羟基组分的H2O为5%；具有阳离子吸附和交换性能，还具有极强的水化能力。由于蒙脱石具有上述特性，所以膨润土也具有高度的黏性、吸附性、分散性和膨胀性。蒙脱石的晶格结构分层排列，由两层Si-O四面体夹着一层Al-（O·OH）八面体构成。层与层之间可以滑动。两层之间的距离从吸附两个H2O分子时的9.6A增加到吸附26个H2O分子时的21.4A，引起体积膨胀。吸收水分最高达600%～700%，甚至在水中分化为单个晶胞。在润湿状态下，膨润土质点可将矿粉颗粒包围起来，从而提高了矿粉的润湿性，改善了成球过程。由于膨润土吸水多，可使颗粒之间在受外力冲击之后产生滑动，从而提高了生球的落下强度。加膨润土的生球在低温干燥后，逐渐失去水分，缩小了黏土矿粒和矿粉之间的距离，提高了颗粒间的分子作用力，可使干球强度获得提高。添加膨润土的作用不仅在于提高矿粉间的分子作用力，最重要的是由于它能增加矿粉间的粘结力，降低生球干燥时的脱水速率，因而能提高生球干燥时的破裂温度。膨润土虽可改善生球性能，但其成本较高，并且可能带入SiO2和Na2O等杂质，使球团矿品位降低和促进球团矿的膨胀。故造球时应少加膨润土，北美一般用量为0.5%～0.7%，中国由于精矿粒度粗，水分波动大，混匀条件差，一般添加2%～3%。

膨润土的使用效果与它的种类有关。膨润土分为两大类，一类是钠基膨润土，另一类是钙基膨润土，前者活性较大，后者经加入钠离子后可以活化，变成活化膨润土：

Ca（膨润土）+Na2CO3→CaCO3+2Na+（膨润土）Ca（膨润土）+2NaOH→Ca（OH）2+2Na+（膨润土）

由于作为膨润土主要成分的蒙脱石具有同晶置换而产生的负电荷，它要从周围介质中吸附一些阳离子（Na、K、Ca、Mg）来平衡。K、Na等碱金属离子吸附量大的称为钠基膨润土，Ca、Mg等碱金属离子吸附量大的称为钙基膨润土。由于Ca比Na的正电荷多一倍，因此在黏土矿物表面电荷相近的条件下，Na+数比Ca2+数多一倍。所以钠基膨润土的吸水量比钙基膨润土高（前者吸水率为600%～700%，后者吸水率为200%～300%）。钠基膨润土的膨胀倍率也比钙基膨润土高，可达15～20倍。美国怀俄明州膨润土、中国浙江临安平山膨润土及辽宁凌源热水汤膨润土都是闻名的优质钠基膨润土。

块状膨润土需经破碎或碾压、干燥细磨才能使用。水分由平均自然水分30%（25%～50%）干燥到7%～8%。为了保持膨润土的活性，干燥温度应不超过150℃。磨细后的膨润土小于0.044mm粒级的至少占90%，相当于比表面积达到8000cm/g。膨润土要使用密封容器运输，如风动运输、槽式卡车或装袋运输。2

消石灰生石灰用水或蒸汽消化后生成的氢氧化钙（Ca（OH）2）微粒。它是一种粒度小、比表面积大、亲水性好和具有胶结能力的黏结剂，在水中呈微细胶粒。加消石灰对提高生球抗压强度、落下强度和干球强度都有良好影响。但对抗压强度的良好影响仅仅表现在比表面积较大的精矿上，对粗矿粉的生球抗压强度影响不大。消石灰的粘结力比膨润土差，加2%消石灰的黏结力相当于加0.5%的膨润土。此外，消石灰的密度小，配加量不能过多，否则按体积计，它在物料中占的比例过大，会使球团料中毛细水迁移速度降低，影响成球速度。

生石灰石灰石经900℃煅烧后的产物。块状生石灰（CaO）需经破碎、细磨才能作为球团黏结剂使用，生石灰在加入混合料后需经过充分的消化才能适于造球。前苏联研究用活性生石灰代替膨润土，以减少带入球团矿的杂质。试验结果表明，用活性生石灰1.2%～1.5%代替膨润土（0.7%～0.8%），可使球团矿中含铁量提高0.4%～0.8%，但生球强度比加膨润土球团低些，生球的极限干燥温度也低100～180℃，焙烧机的生产率随之降低了，而且劳动条件比较差。

佩利多一种由纤维素基天然高分子聚合物衍生而成的有机黏结剂。外观为松散的白色粉末。其主要组成为含有大量羟基和羟基的长链分子。纤维素分子是一种多糖，其中重复出现的无水葡萄糖单元以（β-1，4糖）苷键相联。佩利多是以适当方式取代多个无水葡萄糖三个羟基上的氢原子而制得的，能溶于水，通过物理吸附作用把水分子结合于其碳链周围，因而具有很强的固定水的性质。1g佩利多可束缚4.95g水，为膨润土（1g可束缚0. 66～0.91g水）的5～10倍。所以它有助于改善生球强度，而又不会减缓生球的长大速度。佩利多是由纤维素制成的，所以无毒且不含对环境和冶炼有害的元素，如磷、硫等。佩利多不含二氧化硅，因而球团矿的含铁量不会由于加进佩利多作黏结剂而降低。若要生产质量相当的球团矿，佩利多的加入量仅为高钠基怀俄明膨润土的10%～20%。当球团焙烧时，佩利多被烧掉，因此球团矿的气孔率增加，球团矿的还原性预计可增加20%～30%。荷兰恩卡公司（ENKA）生产的佩利多黏结剂（peridur XC-3）已用于工业生产。

其它黏结剂其他碱性化合物和混合黏结剂 表1列出某些碱性黏结剂对球团矿性质的影响；表2列出混合黏结剂对磁铁精矿焙烧球团矿特性的影响。