云母类矿物影响铁精矿球团的研究
摘要：通过人工模拟程潮铁精矿的组分进行球团试验，查明了云母线矿物对鄂东地区铁精矿成球性能影响的基本规律，与该地区铁精矿粒度越细，成球性越差的现象吻合。通过云母矿物影响鄂东地区铁精矿高温性能的研究发现：云母矿物对熟球的抗压强度有一定影响，对湿球的静爆温度影响比较明显，且随云母矿粉细度增加，静爆温度降幅增大。
关键词：云母 铁精矿 球团研究
1、前言
对于铁精矿球团，从理论上讲，当其它条件不变时，生球强度在一定范围内随造球原料的细度增大而提高。但我们在做鄂东地区铁精矿球团的可行性研究时发现，其变化趋势非但不增加，反而降低。研究表明，鄂东地区铁精矿中脉石矿物――云母的存在，是最造成上述现象的主要原因。
2、矿石性质
程潮铁精矿的化学成分列于表1。其矿物组成主要有：磁铁矿、石英、白云母等，它们的含量分别为90%、4.0%和3.0%。
表1 程潮铁精矿的化学成分（%）
| TFe | SiO2 | S | Al2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O |
| 66.57 | 4.55 | 0.30 | 1.18 | 0.81 | 1.76 | 0.45 | 0.63 |
云母是一种含钾、铝、镁、铁等元素的层状含水铝硅酸盐的总称，它属于层状结构硅酸盐。云母的结构是两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。硅氧四面体中约有1/4的Si4+被Al3+取代，结果引起正电价不足，硅氧四面体带负电，有正离子来补充，正离子处在两个复式硅氧层之间。一般来说，硅氧四面体和铝氧八面体本身结合是较牢固的，但补充电价的正离子在两个复式硅氧体之间的联结则较薄弱，所以云母晶体很容易沿这些正离子所在的平面剥离开。云母的化学成分可表达为：
R+R32+[AlSi3O10][OH]2或
R+R23+[AlSi3O10][OH]2
式中：R+=K+，Na+；
R2+=Mg2+，Fe2+，Mn2+；
R3+=Al3+，Fe3+，Mn3+
程潮铁矿普遍存在的是黑云母，其组成为：KAl3（AlSi3O10）（OH）2，属单斜晶系，晶体板状，一般呈鳞片状、叶片状、羽毛状或球状产出。具有玻璃光泽，有时过渡为珍珠光泽或丝绸光泽，透明。颜色为无色或淡棕红色。
本研究为考查云母类矿粉对铁精矿造球性能及高温性能的影响，按铁精矿：云母=90：5的比例，模拟程潮铁精矿进行试验。试验用铁精矿取自程潮铁矿，按-0.074mm占95%、85%、75%的细度依次经三段弱磁选。磁选后铁精矿的含铁量分别为70.1%、69.3%、68.8%。从程潮铁矿中手拣较纯的云母大块，经破碎、弱磁选、摇床分选、酸浸、漂洗等一系列再提纯处理后，按-0.074mm分别占80%、60%、40%分装备用。
3、试验方法
造球试验在规格为φ800*180mm的造球盘内进行，每次取样5kg，按比例配入膨润土进行预先混合，取3%-5%混合料加水造母球3min，均匀加料15-20min，密实5min；去除生球中-10mm的小球和+16mm的大球；取样测水分；取10-16mm的生球作静爆温度试验；用10-16mm的干球进行焙烧试验，并检测其相应的物理性能。
4、试验结果及分析
4.1云母类矿物对铁精矿造球性能的影响
程潮铁精矿不加云母造球和按90：5的比例添加云母造球，其生球和干球强度的比较列于表2。
| 精矿粒度（0.074mm）/% | 云母添加量/% | 生球水分/% | 生球强度 | 干球强度 | 成品球强度/N?个-1 | ||
| 抗压
/N?个-1 |
落下/次?（0.5m）-1 | 抗压
/N?个-1 |
落下/次?（0.5m）-1 | ||||
| 75 | 0 | 7.5 | 20.6 | 3.6 | 33.8 | 1.5 | 2556 |
| 5 | 7.5 | 15.8 | 2.9 | 30.5 | 1.4 | 2538 | |
| 85 | 0 | 7.5 | 22.1 | 3.7 | 36.5 | 1.6 | 3042 |
| 5 | 7.5 | 15.4 | 3.0 | 29.9 | 1.4 | 2881 | |
| 95 | 0 | 7.5 | 22.8 | 4.1 | 40.9 | 1.9 | 3116 |
| 5 | 7.5 | 16.1 | 3.1 | 32.0 | 1.7 | 3029 | |
注：试验添加的云母粒度均为-0.074mm占60%，膨润土加入量均为1.8%。
表3 不同细度云母粉对造球性能的影响
| 云母粉细度（0.074mm）/% | 生球强度 | 干球强度 | 成品球强度/ N?个-1 | ||
| 抗压/N?个-1 | 落下/次?（0.5m）-1 | 抗压/N?个-1 | 落下/次?（0.5m）-1 | ||
| 40 | 17.3 | 3.2 | 34.6 | 1.7 | 2600 |
| 60 | 15.8 | 2.9 | 30.5 | 1.4 | 2538 |
| 80 | 13.3 | 2.4 | 24.8 | 1.2 | 2519 |
注：试验条件是膨润土用量1.8%，云母加入量5%，水分7.5%。
从表3可看出：云母粉越细，对铁精矿的成球性能影响越大。这是因为程潮铁精矿的主要成要是Fe2O3，为亲水表面，其细粒成球所需的粘结力是依靠磁场力和液体粘结力，而云母是疏水性较强的矿物，它的存在势必影响铁精矿的成球性，且影响程度会随云母粉细度和比表面积增大而加剧。
4.2云母矿物对球团高温性能的影响
由表2和表3可看出，云母粉的加入，在一定程度上影响了熟球的抗压强度；但不同细度的云母粉影响其抗压强度的差异不大。
我们知道，云母是一种耐热性很好的矿物，通常其莫氏硬度越高，耐热性越好。一般用加热云母膨胀时的温度表示其耐热性。云母还是热的不良导体，在100-600℃范围内，白云母、金云母的导热系数平均值为0.67W/(m?K)。[1]鉴于此，云母的存在必然会影响铁精矿球团的静爆温度。为此，我们专门作了不加云母和添加不同粒度云母的对比试验，结果列于表4。
表4 云城乡差别对铁精矿球团静爆温度的影响
| 云母粉细度 （-0.074mm）/% |
云母粉添加量/% | 静爆温度/℃ |
| - | 0 | 750 |
| 40 | 5 | 655 |
| 60 | 5 | 580 |
| 80 | 5 | 540 |
从表4可得出如下结论：加入云母粉后，球团的静爆温度低；且加入的云母粉越细，对球团爆温度的影响越大。该结论反映了云母的热学性质。云母粒度越细，其表面积越大，在球团中包覆的面积也越大，对热传导的阻融效应越明显，故静爆温度降低越厉害。
5、结论
1）通过模拟程潮铁精矿的组分进行球团试验，查明了云母类矿物对鄂东地区铁精矿成球性影响的基本规律，映证了鄂东地区铁精矿粒度越细，成球性越差的现象。
2）从云母矿物对鄂东地区铁精矿高温性能影响的研究发现，云母矿物对熟球的抗压强度有一定影响，对湿球的静爆温度影响则比较明显，且随云母粉细度增加，静爆温度降低更多。
参考文献
1荣葵一，宋秀敏编著.非金属矿物与岩石材料工艺学.武汉：武汉大学出版社：414
