膨润土对球团性能的影响

膨润土对球团性能的影响*

江源，侯梦溪，黄柱成

（中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙，410083）

E-mail：jiangyuan0223@

摘要:本文从机理方面详尽介绍了膨润土对球团性能的影响；同时在文章中引入了膨润土纤

维结构的观点，膨润土纤维结构的出现能使球团变的更加的坚固。在保证了原有强度的条件

下，可以减少膨润土的用量。润磨的方法有利于纤维结构的形成，促使膨润土用量在减少的

情况下，球团性能仍能达到工业上的要求。

关键字: 纤维结构;钠基膨润土;钙基膨润土;润磨

1. 引言：

过去几十年来，国内外已广泛采用膨润土作球团粘结剂。生产证明，膨润土是球团生产

重要组成原料。但我国球团生产中膨润土的配入量太高。我国的生产企业的膨润土平均配入

量为1.5%-3.5%左右，与国外低于1%的水平相比，差距明显。

有资料显示[1-4]：蒙脱石含量对未焙烧球团的各种性能都有高度显著的影响，是提高生

球爆裂温度的唯一影响因素；吸水率、蒙脱石含量、阳离子交换是生球抗压、落下和干球抗

压强度提高的显著和高度显著的影响因子。但是通过试验证明，生球质量与蒙脱石含量没有

绝对一致的规律。这主要是由于铁精矿与膨润土匹配问题，要考虑到它们表面特性的不同。

我们通常所说的膨润土在铁矿球团中的粘结机理是指膨润土形成水合物，通过膨胀，分

散，然后形成粘结的薄膜把铁矿球团的粒子粘结在一起。美国作者S.K.KAWATRA和S.J.RIPKE

提出膨润土纤维结构的理论,对膨润土和球团性能提出了新的理解[5-8]。当膨润土纤维形成

后，粘结性能就大大的提高了。膨润土纤维结构的理论现在应用于铁矿球团生产中，起到良

好作用。

膨润土是一种非金属矿物，天然膨润土大体上分为钠基膨润土和钙基膨润土。钠基膨润

土的工艺性能较明显优越于钙基膨润土，钠基膨润土吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换容量

高；在水中分散好，胶质价高，其胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，PH值高、热稳定

性好等。我国膨润土90%为钙基膨润土，天然钠基膨润土很少。在本文中，我们进行了钠基

和钙基膨润土对球团性能影响的对比，解释了钠、钙离子在球团性能中所起到的作用。

2. 原料性能与研究方法

本试验采用了四种不同化学成分的铁精矿：巴西矿、秘鲁矿、海南矿和广东矿。四种

铁精矿的化学成分见表1。试验使用了钠基膨润土，钙基膨润土。其物化性能见表2和表3。

*基金项目：新世纪优秀人才支持计划项目（NCET-04-0748）

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表1 铁精矿的化学成分/%

矿种TFe FeO SiO2Al2O3CaO MnO MgO K2O Na2O Cu P S Ig 巴西矿67.60 0.72 1.55 1.16 0.150.17 0.04 0.10 0.01 0.003 0.06 0.01 0.68

秘鲁矿69.31 27.88 1.32 1.02 0.230.55 0.06 0.03 0.09 0.008 0.05 0.12 0.45

海南矿63.19 2.32 7.05 1.53 0.110.03 0.12 0.0060.0020.003 0.04 0.16 0.62

广东矿63.63 21.05 2.26 1.78 0.49 2.06 2.67 0.0130.01 0.004 0.04 0.01 1.05

表2 膨润土的化学成分/%

膨润土种类SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO MnO TiO2K2O Na2O Ig 钠基膨润土59.05 18.72 6.26 0.68 1.73 0.04 0.53 1.49 1.45 9.05钙基膨润土60.65 17.83 5.39 1.23 2.45 0.06 0.42 1.32 1.11 7.98

表3 膨润土粘结特性

膨润土种类含水量

/%

吸兰量

/g/100g

胶质价

/%

蒙脱石含

量/%

吸水率（2

小时）/%

膨胀容

/ml/g

粒度/%

（-200目）

钠基

膨润土

7.50 33.18 100.00 75.08 322.70 11.75 98.00

钙基

膨润土

13.50 33.37 50.25 75.50 235.80 7.65 85.50

生球的制备是在圆盘造球机上进行的。造球机直径为￠1000mm，转速为15-25r/min，

倾角440-470可调。

生球破裂温度的测定采用动态介质法。干燥用的生球装在￠50×150mm的不锈钢干燥管内，把干燥罐放入温度恒定的炉膛上部，用叶式鼓风机向炉膛内送入室温空气，当空气透过

炉膛时与瓷球发生热交换，被加热至恒定的预先确定的温度。

预热焙烧试验是在卧式管状电炉中进行的。管炉由炉膛直径50mm的一个铁铬铝丝电阻

炉和硅碳管对接而成，前者作预热，后者作焙烧用。直径为10－15mm生球首先在烘干箱中

于1200C温度下烘干。实验时，将干球装入瓷舟中按预先的指定的试验方案进行预热焙烧。 3. 膨润土对生球性能作用机理研究

膨润土主要是含水的硅酸铝粘土，主要是由不同种类蒙脱石矿物组成。蒙脱石理想的

化学式：

（Na,Ca）0.33(Al1.67,Mg0.33)Si4O10(OH)2n H2O

膨润土结晶结构见图1。Mg2＋同晶置换Al3＋，改变了晶体的电荷平衡，使晶格带上一个负电荷。这需吸附阳离子（通常是Na＋和Ca2＋）以平衡料层。这些层间可交换阳离子的水化引起

呈膨润土的膨胀。在传统分散机理基础上，钠膨润土颗粒（见图2A）。在水中膨胀和分散

呈单晶粒（见图2B），其表层覆盖磁铁矿粒子像胶化体。钙膨润土被认为粘结性能较差，

其的膨胀和分散性能很差。它们的粒子显示在图表2A。粘结相分散性能被认为是膨润土在

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