高炉增产 3% 的秘密：减少膨润土杂质，膨润土改性剂成行业新方向

摘要：膨润土是目前国内外较为成熟和广泛使用的铁矿球团粘合剂，其主要作用是提高生球强度和热稳定性。但随着优质膨润土资源储量日趋减少，冶金工作者不断寻找新型粘结材料以解决膨润土品质劣化对球团矿性能所造成的问题。其中，有机物与膨润土复配是新型粘结材料开发的重要技术路线之一，在球团生产中配加有机复合膨润土可明显提高生球强度、改善生球热稳定性、降低膨润土配比和提高球团矿铁品位。因此，研究开发有机复合膨润土用于取代常规膨润土强化铁矿球团具有十分重要的现实意义。

关键词：#球团矿；#膨润土；#复合膨润土；#建杰实业；#钢厂固废

1.球团矿用膨润土的研究现状

1.1球团矿用膨润土的应用现状

球团矿是20世纪早期开发出的一种细粒铁精矿的造粒方法，具体为细精矿粉加粘合剂混合后，在造球盘上造成直径为8～16mm的生球，经干燥、焙烧形成的品位高、强度好、粒度均匀的球状炼铁原料。

粘合剂是球团矿主要的添加组分之一，它的性能优劣直接影响着球团质量。一般来说，粘合剂必须满足以下要求：改善物料成球性能和铁精粉颗粒之间的粘结力，提高生球、干球、焙烧球的冶金性能，不含对环境有害的元素，来源广，成本低。

据报道，国外于1955年开始将膨润土作为粘合剂引入球团生产。我国鞍钢1958年开始球团实验，最初用消石灰作为粘合剂制备熔剂性球团，结果炉内频繁结瘤结块，并且生球极易爆裂，降低了竖炉生产效率，使竖炉的发展停滞不前。1978年杭州钢铁厂在采纳了杭州地质大队“钠基膨润土用作铁矿球团粘合剂”的科技信息之后取得成功，并开创了我国膨润土球团炼铁的新纪元。

采用膨润土为粘合剂可显著提高生球落下强度、抗压强度、爆裂温度以及干球抗压强度，其中对爆裂温度和干球抗压强度的作用尤其明显。 加之膨润土来源广、价格低廉且与铁精粉粘结后不发生化学变化也不影响成球的化学性质，因此膨润土及其加工产品在铁矿球团行业获得广泛应用。

（图片来源网络）

然而，尽管采用膨润土做粘合剂能显著提高球团性能，但膨润土主要化学成分是SiO2和Al2O3，随着膨润土用量的增加，不仅会给球团矿引入含硅铝等的酸性脉石矿物，降低了球团品位，同时还增大了炼铁成本和高炉渣量，因此需严格控制球团中膨润土添加量。国内铁矿球团的膨润土添加量一般为1.8%～3%，有的甚至更高，而国外球团矿膨润土的添加量一般为0.5%～0.7%。

1.2球团矿用膨润土的发展趋势

我国铁矿资源丰富，但多是贫矿，普遍存在铁矿原料品位低、原料成球性不佳、铁精矿粒度偏粗问题，迫使膨润土加入量处于较高水平，降低了成品球团的含铁量，高炉炼铁渣量增加，生球热稳定性差，干燥过程中粉化率高，易造成回转窑结圈问题。

为适应新的经济发展模式，提高资源利用效率，需发展高质量球团矿，该类高质量球团矿品位高、含量低，有利于高炉炼铁实现降本增效。与此同时，新型球团粘合剂的研发工作亟待推进，我国大多数球团厂所使用的粘合剂为膨润土，但膨润土的添加会带入有害杂质，同时随着优质膨润土资源逐渐枯竭，质量逐渐降低，球团生产过程中不得不提高膨润土配比，从而对炼铁生产带来一系列不利影响。因此，研究开发球团矿用膨润土改性剂等新型粘合剂是保证球团稳定生产的重要举措。

2.球团矿用膨润土改性剂的应用前景

球团矿用膨润土改性剂作为球团矿生产的重要辅料，对球团矿的制备过程和质量有着重要影响。选择优良的粘合剂是优化球团制备工艺参数、提高质量和降低能耗的重要措施之一。

粘合剂的主要作用有：

促使铁精矿颗粒之间的粘结；

调节水分，稳定操作。

按照其组分的差异可分为无机粘合剂、有机粘合剂和复合粘合剂。膨润土是目前钢铁企业生产中应用较为广泛的无机粘合剂，具有廉价易得、资源充足、成球和抗爆裂性能好等特点，但其会降低球团矿铁品位，使炼铁渣量多，且耗能高，污染环境。

有机粘合剂具有用量少、杂质少、提高球团矿铁品位等优点，但因为存在添加及混合困难、成球性能差、生球热性能差、生产成本高等问题，影响了其广泛应用。

复合粘合剂同时具备有机粘合剂和无机粘合剂的双重优点，在降低粘合剂添加量的同时能保证球团矿质量，是现阶段提高球团矿铁品位较为有效的途径。

根据生产经验，每添加1%的膨润土，球团矿铁品位就会下降0.6%左右，而且杂质会使产品冶金性能变差，造成环境污染。对高炉炼铁而言，铁矿品位每升高1%，焦比将降低2%，产量将增加3%。 因此，以新型球团矿用膨润土改性剂替代或部分替代膨润土来提高球团矿铁品位是未来球团粘合剂的重要应用方向。

（图片来源AI生成）

2.1球团矿用膨润土改性剂的研究

球团矿用膨润土改性剂是将无机与有机粘合剂按一定比例复合改性而成。目前，由于膨润土价格、性能等方面因素，大多数研究者目前主要以膨润土为基础进行复合膨润土的研究。

杨永斌等[4]研究了新型膨润土改性剂替代膨润土对球团制备的影响。研究结果表明：与有机粘合剂制备球团相比，膨润土改性剂可以降低在球团制备中的配比，改善球团性能。在0.10%有机粘合剂配加0.50%膨润土的条件下，生球落下强度大于3次，且爆裂温度高于600℃，预热球强度大于400N，成品球强度达到2600N~2900N，球团铁品位为63.74%，比1.0%膨润土球团提高0.43%。

朱德庆等[5]认为在球团中添加膨润土改性剂可提高生球强度、改善热稳定性，降低膨润土添加量和提高球团矿铁品位。研究结果表明：膨润土改性剂配比为1.2%时即达到膨润土添加量2.2%的生球强度指标，爆裂温度大于620℃，且改善了球团焙烧性能，成品球团矿的铁品位提高了约1.10%。

另外，李彩霞等[6]采用CMC与人工钠化镁基膨润土配加制备膨润土改性剂，且对CMC与蒙脱石表面的吸附效果进行分子模拟研究。结果表明，CMC以静电吸附、氢键和化学吸附作用在蒙脱石的表面和端面，促使蒙脱石晶粒分散更均匀，与铁矿表面发生的化学吸附变多，抗压和抗剪能力提升，生球性能得到提高。

综上所述，随着我国钢铁工业持续高质量发展，高炉炉料结构对球团矿的品质要求日益提升。然而，优质膨润土资源日趋枯竭、传统膨润土添加量大导致球团矿铁品位下降及有害杂质增多等矛盾愈发突出，已成为制约球团矿绿色高效生产的关键瓶颈。

球团矿用膨润土改性剂在显著降低粘合剂用量的同时，有效改善了生球强度、热稳定性和焙烧性能，并能切实提升成品球团矿的铁品位，兼具技术可行性与经济优越性。 大量研究及生产实践表明，该技术路线是缓解优质膨润土资源压力、优化球团矿冶金性能的重要方向，符合我国铁矿资源高效利用和炼铁降本增效的总体战略。

河南建杰依托16年工业固废粘合剂研发经验与年产25万吨的专业生产线，推出建杰球团矿用膨润土改性剂。该产品直接加入1%~5%到膨润土中混匀后再加入铁精矿粉里，具有较高的溶解和粘结性能，用量少、成球速度快，提高球团成型率，球面光滑，大小均匀；生球落下强度高，干球抗压强度稳定，提高焙烧强度，减少粉尘量，降低返料率。

据测算，膨润土添加量每减少1.0%，球团铁品位可提高0.6%，高炉产量提升1.8%，焦炭消耗节省1.2%。未来，随着建杰球团矿用膨润土改性剂的推广应用，有望进一步推动球团生产向高品质、低能耗、低排放方向稳步迈进，为钢铁冶金企业降本增效、绿色转型提供有力支撑。

建杰热搜问题解答：

FAQ问答一：球团矿如何提高铁品位？

提升球团矿铁品位需贯穿原料、造球、焙烧、成品全流程管控。

源头优先通过阶段磨矿搭配磁选、反浮选工艺深度解离脉石，降低精矿硅铝杂质；减量替换高硅膨润土，改用复合膨润土减少外来杂质稀释，同步预处理脱除硫磷有害组分。

造球阶段使用洁净造球水，严控石灰石等熔剂添加量，筛分剔除泥块碎料避免杂质混入。

焙烧维持1200~1280℃强氧化环境，避免生成低铁硅酸盐复合矿物，严控超温过熔，利用高温脱除结晶水、硫化物等挥发性杂质。

成品端筛分剔除结块杂料，碎返矿二次磁选提铁再回用，分仓堆放防止高低品位混掺。

不同矿种按需调整工艺，磁铁矿严控粘合剂用量，赤铁矿侧重反浮选降杂，褐铁矿提前预焙烧除烧失量，提质同时兼顾球团冶金性能稳定。

FAQ问答二：如何降低球团矿膨润土添加量？

原料优化：选用细粒高品位铁精矿，搭配含铁固废配矿，提升粉料自粘结性，减少膨润土刚需。

粘合剂替代：改性膨润土增效，用改性淀粉、木质素盐等有机助剂复配减量，条件成熟换膨润土新型粘合剂。

工艺升级：增设高压辊磨/润磨细化矿粉，精准控制造球水分、造球盘参数，适配焙烧制度稳定球团强度。

生产管控：严控膨润土进厂质量，在线监测生球性能，动态调整投料量，避免保守超配。

参考文献：
[1]向爱平.铁矿球团用膨润土基复合粘合剂研究[D].安徽工业大学,2020.DOI:10.27790/d.cnki.gahgy.2020.000379.
[2]朱德庆,铁矿球团有机复合膨润土粘合剂开发与应用.湖南省,中南大学,2007-12-28.
[3]朱德庆,熊守安,潘建,等.有机复合膨润土强化磁铁矿氧化球团机理及应用[J].中南大学学报(自然科学版),2011,42(2):279-286.
[4]杨永斌,黄桂香,姜涛,等.有机粘合剂替代膨润土制备氧化球团[J].中南大学学报(自然科学版),2007,38(5):850-856.
[5]朱德庆,李慧敏,余为,等.铁矿球团中有机复合粘合剂的强化机理[J].重庆大学学报(自然科学版),2009,32(5):582-588.
[6]殷志祥,李秀晨,白阳,等.提纯膨润土制备复合黏结剂用于生产球团试验[J].金属矿山,2018,4:126-130
[7]李彩霞,白阳,赵靖雨,等.复合球团黏结剂提高生球性能的模拟试验研究[J].非金属矿,2018,41(6):59-62.