钠化膨润土物化性能与生球性能的相关性研究.pdf
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1、为探究膨润土物化性能指标与其生球性能指标的相关性,本文通过微波辅助半干法对膨润土进行钠化改性处理后与铁矿粉进行混合造球并开展相关性能指标测试分析。文中主要探究了钠化过程因素对膨润土物化性能指标的影响,并利用R语言对其物化性能指标与生球性能指标进行多元线性回归分析,建立两类指标的相关性模型。试验结果表明:改性后膨润土的膨胀容可由6.3mL/g提升到19.8 mL/g,胶质价由12.2 mL/(3g)提升到99.8mL/(3g),吸水率由134.8%提升到39 0.8%;胶质价是生球落下强度和生球抗压强度的关键影响因素,而吸水率是干球抗压强度的关键影响因素;通过逐步回归方程可粗略预测生球质量。关键
2、词:膨润土;物化性能;铁矿球团;生球性能;相关性中图分类号:TF046文献标识码:A文章编号:10 0 0-8 7 6 4(2 0 2 3)0 3-0 0 8 3-0 8doi:10.13403/j.sjqt.2023.03.044Correlation study between physical and chemical performance andgreen pellet performance of sodium bentoniteZHOU Longlin,MO Wei,XIAN Di,WANG Zeping,,R EN R u l o n g,F ENG Yu x i n(Coll
3、ege of Resources,Environment and Materials,Guangxi University,Nanning 530000,Guangxi,China)Abstract:In order to explore the correlation between physical and chemical performance indexes and green pelletperformance of bentonite,the microwave-assisted semi-dry method is used to deal with sodium modifi
4、cation treatment forbentonite,followed by mixing with iron ore powder for pelletizing,and relevant performance index tests and analysis.Theinfluence of sodium process factors on the physical and chemical performance indexes of bentonite is mainly explored,the Rlanguage is used to deal with multiple
5、linear regression analysis on its physical and chemical performance indexes and thegreen pellet performance indexes,and the correlation model of the two types of indexes is established.The results show thatthe expansion volume of modified bentonite could be increased from 6.3 mL/g to 19.8 mL/g,the c
6、olloid index increasedfrom 12.2 mL/(3 g)to 99.8 mL/(3 g),and the water absorption rate increased from 134.8%to 390.8%.Colloid indexis the key influencing factor of falling strength and compressive strength of green pellets,while water absorption rate is thekey influencing factor of dry pellet compre
7、ssive strength.The stepwise regression equation could provide a rough predictionof the mass of the green pellet.Key words:bentonite;physical and chemical performance;iron ore pellets;green pellet performance;correlation膨润土目前仍是铁矿球团生产中应用最广泛、用量最多的无机黏结剂1。一般而言,采用膨润土为黏结剂可显著提高生球性能指标2 。然而,对于如何评价球团用膨润土性能,不同国
8、家的评价标准或评价指标并不一致3。例如:德国采用吸水率、流动黏度来评价;日本采用含水率、堆收稿日期:2 0 2 2-0 9-16;修回日期:2 0 2 2-12-30基金项目:国家自然科学基金资助项目(519 6 40 0 5)作者简介:周隆林(19 9 8 一),男,硕士研究生,从事铁矿球团用膨润土方面的研究。通信作者:莫伟(19 7 8 一),女,博士,副教授,从事粉体材料方面的研究。84球团第3期第48 卷结烧密度、离子交换容量等指标来评价;俄罗斯采用碱性系数、差热曲线、膨胀倍、分散性、粒度、含硫量来评价;美国部分企业则以球团性能来评价膨润土质量;我国膨润土国标中主要采用膨胀容、吸蓝量、
9、吸水率来评价膨润土黏结剂的优劣。国内马承胜等4 分析了膨润土物化性能与生球落下强度的关系,结果表明生球落下强度与吸水率和黏度关系较为明显;蒙飞宇5 的研究表明吸水率、胶质价、膨润值、比黏度、吸水速度、表观电动电位均能粗略判断球团用膨润土质量的优劣;蒋娜娜6 探究了具有不同膨胀容的膨润土对生球质量的影响,结果表明在一定范围内,随着膨胀容的增加生球性能指标也随之增加,但超过一定值后,膨胀容的增大并不利于造球。张玉柱等7 构建了生球性能指标与膨润土物化性能指标的数学模型,认为膨胀容和胶质价与生球抗压强度有一定关系,蒙脱石质量分数和胶质价与生球落下强度有一定关系,膨胀容与胶质价有一定关系。可见,由于评
10、价指标众多,势必会因“一矿一试”而带来检测过程繁琐、标准较难统一、难以快速判断膨润土性能优劣等诸多问题。因此,深人探究铁矿球团用膨润土关键物化性能指标与其应用性能指标的相关性,并构建两类指标之间的相关性模型,对实现膨润土应用性能快速评价具有重要意义。本文以广西某典型钙基膨润土为研究对象,结合球团生产实际,首先采用微波辅助半干法对膨润土进行钠化改性处理后测定不同改性条件下膨润土的物化性能指标,接着利用不同条件下的钠化膨润土与铁分别造球并测定其相应生球性能指标,最后通过R语言构建膨润土关键物化性能指标和铁矿球团性能指标之间的多元线性回归模型,以期能通过关键物化性能指标的测试初步预测其应用性能指标,
11、从而优化铁矿球团用膨润土性能评价方法。1试验原料与方法1.1试验原料试验用主要原料为膨润土(取自广西宾阳某膨润土企业)与铁精粉(取自广西某钢铁公司),原料主要物化性能见表1 3。表1原料的主要化学成分(质量分数)Table 1Main chemical composition of raw materials%原料名称TFeFeoSiO,Al,0,CaoMgoNa,K,0P,O,S膨润土一一52.419.2114.392.430.362.030.85一铁精粉66.46.405.911.850.510.980.370.390.60表2膨润土的主要物化性能Table2Main physicoche
12、mical properties of bentonite蒙脱石质量分数/%膨胀容/(mLg)吸蓝量/g:(100 g)-I 胶质价/mL(3g)=2h吸水率/%47.76.321.112.2134.8表3铁精粉主要物理性质Table3Main physical properties of iron concentrate比表面积/0.074 mm成球性指数(cm g)质量分数/%0.62128997.08由表1可知,膨润土的主要成分为SiO和Al,03,分别达到52.4%和19.2 1%,铁精粉的TFe质量分数较高,达到6 6.4%,属高品位铁精粉。由表2、3可知,膨润土蒙脱石质量分数较低,
13、仅为47.7%,且膨胀容等其它物化性能均偏低,属于低品质膨润土,铁精粉的成球性指数为0.6 2,属于良好成球性物料,粒度小于0.0 7 4mm质量分数为97.08%,但比表面积偏低,仅为12 8 9 cm/g。1.2试验方法试样采用微波辅助半干法钠化改性膨润土,其具体过程:称取10 0 g的干燥膨润土试样置于容器中,不断向其中喷洒一定比例的钠化剂溶液,期间不断搅拌、均化,然后置于微波炉中,在一定微波输出功率和时间下作用一定时间后,取出烘干、粉碎、过筛,即得钠化膨润土。文中吸蓝量、吸水率、膨胀容及胶质价的检测方法依据膨润土国标GB/T209732020进行。852023年第3期周隆林,等:钠化膨
14、润土物化性能与生球性能的相关性研究造球试验:将2.5kg铁精矿粉,添加质量分数为2%的膨润土在直径为1m,转速为2 8 r/min,倾斜角度为49 的圆盘造球机上造球,造球时间为15min,生球水分控制在7.8%左右,将直径为1012mm的生球作为合格生球。球团性能检测方法依据参考文献5 中提及的相关方法进行。2结果与讨论2.1钠化过程膨润土主要物化性能的变化规律2.1.1钠化剂用量的影响以Na,CO,为改性剂,在微波功率为30 0 W,微波作用时间为1.5min,加水量为32%的试验条件下,探究不同钠化剂用量对膨润土主要物化性能指标的影响,结果如图1所示。1004007229020(8)/8
15、0350(.8.Tu)/&湘7018%/率求通23001625030122020010100150J82345钠化剂用量(质量分数)/%1一胶质价;2 一吸水率;3一膨胀容。图1钠化剂用量对膨润土主要物化性能指标的影响Fig.1Influence of sodiumizing agent usage on themain physicochemical performanceof bentonite由图1可知,在试验范围内,膨润土的膨胀容、吸水率以及胶质价在钠化剂用量为2%时均达到最大值,此后继续增加钠化剂用量时,膨胀容、胶质价吸水率均有所降低,虽然膨胀容在钠化剂用量为4%时出现回升的
16、趋势,但回升幅度不大。这可能是由于膨润土的钠化改性即盐基交换反应,该反应过程可逆,随着Na质量浓度的增大,平衡被打破,钠化效果也随之降低8 。因此,后续试验钠化剂用量确定为2%2.1.2微波功率的影响在NazCO,添加量为2%,微波作用时间为1.5min,加水量为32%的试验条件下,考察不同微波功率对对膨润土主要物化性能指标的影响,结果如图2 所示。1204007301152(8)Ta/35025(.3.Tu)/&湘1103001052502010032001595150109010058550800Jo02004006008001000微波功率/W1一胶质价;2 一吸水率;3一膨胀容
17、。图2微波功率对膨润土主要物化性能的影响Fig.2Influence of microwave power on the mainphysicochemical performanceof bentonite分析图2 可知,试验条件下随着微波功率的增大,钠化土膨胀容、吸水率大体呈先上升后下降最后趋于平稳的趋势,而胶质价大体呈波动上升趋势。一般而言,微波作用强化了反应物在层间的扩散速度,当微波输出功率达到一定值时,反应物的扩散速度达到最大,此时钠化过程主要受盐基交换反应速度所控制9 。综合分析将后续试验中微波功率均确定为30 0 W。2.1.3微波作用时间的影响在NazCO,添加量为2%,微波功
18、率为30 0 W,加水量为32%的试验条件下,考察不同微波作用时间对膨润土主要物化性能指标的影响,结果如图3所示。1254001302350.():Ta/4(10025(.3.Tu)/&雅30025020752003150155010010500150.51.01.52.02.5微波时间/min1一胶质价;2 一吸水率;3一膨胀容。图3微波作用时间对膨润土主要物化性能指标的影响Fig.3 Influence of microwave time on the mainphysicochemicalperformanceof bentonite由图3可知,随着微波作用时间的延长,膨润土膨胀
19、容和吸水率呈现增大后减小的趋势,而胶质价在9 5mL/(3g)附近上下波动,但变化幅度86球团结第3期第48 卷烧不大。当微波作用时间为1.5min时,膨胀容和吸水率达到最大值。进一步分析认为,当微波作用时间较短时,内扩散尚未消除,盐基交换反应不能充分进行;当继续增加微波作用时间,钠化过程所加水量蒸发耗尽,膨润土自身温度迅速上升,破坏了原有的离子交换平衡,甚至破坏膨润土自身结构,导致膨润土的各项性能逐步降低。综合分析,将后续试验微波作用时间确定为1.5min。2.1.4加水量的影响在Na,CO,添加量为2%,微波功率为30 0 W,微波作用时间为1.5min的试验条件下,考察不同加水量对膨润土
20、主要物化性能指标的影响,结果见图4。由图4可知,钠化土的吸水率、膨胀容随着加水量增加呈现先增大后趋于稳定的趋势,且当加水量为32%时,膨胀容和吸水率均达到最大值。分析认为,当加水量较少时,水分蒸发较快且无法均匀润湿膨润土,导致钠化不完全;当加水量较高时,进人膨润土层间的改性剂溶液浓度降低,残留在膨润土表面的改性剂溶液随着水分的汽化400120730350,(8)Tu/(25(.3.Tu)/&湘1002300%/率水证2502080200L150156010031040500J52428323640加水量/%1一胶质价;2 一吸水率;3一膨胀容。图4加水量对膨润土主要物化性能指标的影响F
21、ig.4Influence of water addition on the mainphysicochemical performanceof bentonite而重新结晶,导致钠化效果不佳,其物化性能亦随之降低。2.2不同钠化条件下膨润土主要物化性能与球团性能的关系将上述不同条件下所制备的钠化膨润土试样分别与铁精粉进行造球,并测试各样品的生球质量指标,结果如表4所示。表4膨润土物化性能指标与生球性能指标Table 4Physicochemical properties indexes of bentonite and the green pellets properties indexes
22、膨胀容/胶质价/生球落下强度/生球抗压强度/干球抗压强度/编号吸水率/%(mLgl)mL(3 g)-1 次(0.5 m)-1(NP-1)(NP-l)111.50285.4035.603.108.9955.70219.80390.8091.805.4315.2367.69315.20390.5083.654.5314.4562.90412.55311.5078.704.2514.0851.585#13.90266.7067.304.0712.8646.016#16.65372.9893.103.8013.3554.277#17.50366.2095.105.0012.6563.708#18.40
23、346.9593.704.4011.5951.809#18.10353.0895.605.1513.9064.7410*18.25345.9195.604.9512.3146.5811*18.45346.6096.705.1012.9759.2112*19.35339.5596.404.9514.1860.6313*19.15337.2694.904.8512.3641.5814*12.20343.4986.704.1413.7156.0015#12.80351.8198.604.9113.9857.2716*13.30347.4799.505.4013.8060.951713.80349.7
24、797.805.9514.1361.66872023年第3期周隆林,等:钠化膨润土物化性能与与生球性能的相关性研究结合表4可知,17 膨润土的生球落下强度为5.95次/(0.5m),处于17 组生球质量的最高值,而其自身膨胀容、吸水率、胶质价均不是最佳值;1膨润土的物化性能均处在较低水平,其生球落下强度和抗压强度均最低;当配加膨胀容和吸水率最高的2 膨润土时,其生球和干球抗压强度均达到最大值,生球落下强度也处于较高水平。综上分析可知,膨润土物化性能指标与生球性能指标关系复杂,因此,本文采用统计学软件R语言建立多元线性回归模型对其进一步深入探讨。2.3基于R语言的多元线性回归分析本文采用统计学软
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- 钠化膨润 土物 化性 性能 相关性 研究
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