鈣化提釩尾渣對鉻礦燒結工藝影響的實驗研究

顧武安，袁熙志

(四川大學化學工程學院，四川成都610065)

由于鉻尖晶石熔點很高，燒結過程難形成低熔點液相，不利于鉻鐵礦燒結。為此，采用鈣化提釩尾渣作鉻礦燒結熔劑，將鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中，降低燒結礦成塊液相溫度，并取得較理想的實驗效果［1～4］。本文實驗結果表明，隨著鉻鐵礦燒結溫度提高，尾渣加入量增加，燒結礦強度逐漸增強，鈣化提釩尾渣在鉻粉礦燒結中，降低熔點液相，強化液相粘結的作用顯著；其次，添加鈣化提釩尾渣后，鉻粉礦在較低溫度下就能燒結成塊，可降低其燒結溫度。由此可見，鈣化提釩尾渣作為鉻礦燒結添加劑，添加到鉻粉礦中，既能充分利用尾渣中的低熔點化合物，減少鈣化提釩尾渣資源的浪費和環境污染，又能改善鉻礦燒結性能，可謂是一舉數得的節能環保資源有效利用的舉措。

1 實驗條件和方法

1.1 實驗原料

哈薩克斯坦鉻礦(簡稱哈礦)、提釩尾渣、焦粉原料主要化學成分如表1所示。由表1可見，哈礦中含有較高比例的Cr2O3；焦粉主要預還原礦中的氧化物，為燒結提供少部分熱源。提釩尾渣主要作為鉻礦燒結添加劑，降低鉻礦燒結溫度。

1.2 實驗設備

鉻礦燒結實驗在型號KSY15D-18高溫馬弗爐中進行。鉻礦燒結前測定原料水分，風干原料電熱鼓風干燥箱型號為TST101A-0B。稱量原料質量電子分析天平型號為CP114，精度達到Ⅰ級。測定鉻鐵燒結礦抗壓強度壓力測試儀如圖1所示。實驗測試強度裝置主體部分由壓力測試儀，螺旋千斤頂和BK-2Y型壓力傳 感器組成，其精度±0.2，單位N。

圖1 鉻鐵燒結礦抗壓強度壓力測試儀

1.3 實驗方法

方法一，在相同燒結溫度條件下，稱取鉻礦粉100 g和焦粉12 g，分別配加0 g、2 g、4 g、6 g、8 g的鈣化提釩尾渣添加劑，研究其加入量對鉻鐵燒結礦體積變化率，質量變化指數，燒結礦強度的影響［2～5］。

方法二，在相同添加劑加入量條件下，分別研究1200℃、1250℃、1300℃和1350℃燒結溫度對鉻鐵燒結礦體積變化率，質量變化指數，燒結礦強度的影響［2～5］。

2 實驗結果與分析

2.1 鉻礦燒結礦產物形貌

按照一定參數配料，試樣混合均勻置于瓷舟皿中，然后放入高溫馬弗爐中，按照設定程序升溫進行鉻礦燒結。每一個燒結溫度均恒溫維持30 min，待鉻礦完全燒結后，自然冷卻至室溫，然后取出實驗試樣，以備性能分析檢測。實驗的鉻鐵燒結礦破碎后的形貌如圖2所示。由圖2可見，鈣化提釩尾渣配比和溫度對燒結礦質量的影響較大。當鈣化提釩尾渣配比為0%時，在1200～1350℃燒結溫度下很難生成固熔相，導致燒結塊礦很松散，鉻粉礦很難粘結成塊。隨著鈣化提釩尾渣配比的增加，燒結礦的固結效果越加顯著。而且燒結溫度越高，燒結礦的固結效果也越好，表面分布也越均勻，根據對實驗試樣目測判斷，能達到電爐冶煉鉻鐵合金的技術要求。由此可知，鈣化提釩尾渣添加到鉻鐵粉礦中，起到了粘結劑的作用，能將鉻粉礦顆粒緊密粘結在一起。究其原因是鈣化提釩尾渣中含有的低熔點化合物，在1200～1350℃燒結溫度下熔化形成固溶體，從而起到粘結劑的作用。

圖2 鉻礦燒結產物形貌

2.2 燒結溫度對鉻礦燒結體積變化率的影響

將鉻粉礦、鈣化提釩尾渣和焦炭按比例混合，混勻倒入瓷盅皿中，并在馬弗爐中進行燒結。實驗在不同鈣化提釩尾渣添加劑配比、不同燒結溫度下進行，鉻鐵礦燒結前后體積變化率如表2所示。由表2可知，溫度對鉻鐵礦燒結前后體積變化率影響為0%～12.09%，其影響不明顯，且波動大。

表2 鉻礦燒結前后體積變化率(%)

2.3 添加劑加入量對鉻礦燒結體積變化率的影響

由表3可見，在燒結前后，燒結礦前后質量變化指數很小，因此可以得出燒結礦在燒結前后的體積變化很小。燒結礦呈多孔隙狀，這正好可以解釋燒結礦體積變化很小這個現象。燒結礦的孔隙率較大，透氣性較好，因此具有良好的冶金性能。

表3 鉻礦燒結前后質量變化指數(%)

2.4 燒結溫度對鉻礦燒結前后質量變化指數的影響

分別稱量不同配比、不同燒結溫度下的燒結礦在燒結前后的質量，得出燒結礦質量的變化如表3所示。由表3可知，在不同溫度和不同配比條件下，燒結前后燒結礦質量的變化都較為恒定。分析原因，主要是在高溫環境下，配加的焦炭完全反應，這是導致燒結礦質量變化的主要因素。由圖3可以看出，實驗過程中燒結礦產物中殘余C含量較少，這也證明了所配加的焦炭已反應完全。另外，由于配加的鈣化提釩尾渣中含有部分CaSO4，在高溫條件下，CaSO4分解，這也是導致燒結礦質量變化的一個因素。

2.5 添加劑加入量對燒結礦強度的影響

由圖4可以看出，在同一溫度下，燒結礦的強度隨著鈣化提釩尾渣配比的增加而增大；在相同的鈣化提釩尾渣配比條件下，隨著溫度的升高，燒結礦的強度也增加。當溫度升高時，有更多的固熔相生成，增加了燒結礦顆粒之間的粘結。而在同一溫度下，隨著鈣化提釩尾渣配比的增加，燒結礦抗壓強度也增大，因為鈣化提釩尾渣的添加使得燒結礦的固熔相增多，增強了燒結礦顆粒之間的粘結。

圖3 添加劑加入量對燒結礦密度的影響

3 結論

(1)將鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中，燒結礦成塊效果明顯。鈣化提釩尾渣在鉻粉礦燒結中起到了粘結劑的作用，能有效降低鉻粉礦的燒結溫度。

圖4 添加劑加入量對燒結礦強度的影響

(2)隨著燒結溫度的升高，以及鈣化提釩尾渣添加比例的增加，燒結礦的強度也隨之增強，鉻鐵燒結礦具有良好的冶金性能。

(3)鈣化提釩尾渣配加到鉻粉礦中進行燒結，既減少尾渣堆積造成的環境污染和資源浪費，又提高鉻鐵燒結礦的冶金性能，具有廣闊推廣應用前景。