بررسی تأثیر پارامترهای گندله‌سازی برخواص فیزیکی و مکانیکی گندله تهیه شده از کنسانتره ایلمنیت کهنوج

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 2- استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، قطب علمی فناوری آلیاژهای با استحکام بالا، دانشگاه علم و صنعت ایران،

2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران،

3 کارشناسی ارشد، متالورژی استخراجی، دانشگاه علم و صنعت ایران،

4 دکتری، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی کلاوستهال، آلمان

5 استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی کلاوستهال، آلمان.

چکیده

در فرآیند سرباره‌سازی، پرعیارسازی ایلمنیت از طریق پیش‌احیای گندله‌های ساخته شده از کنسانتره ایلمنیت به منظور احیاء اکسیدهای آهن به آهن فلزی، و سپس ذوب گندله‌ها جهت حصول به سرباره‌ای غنی از تیتانیا انجام می‌شود. در پژوهش حاضر پارامترهای مؤثر مرحله گندله سازی از جمله سرعت و زاویه چرخش گندله‌ساز دیسکی، میزان رطوبت و نوع و ترکیب چسب مورد استفاده بررسی شده و شرایط بهینه جهت تهیه گندله‌هایی با ویژگی‌های ابعادی و خواص مکانیکی مورد نظر تعیین شد. 5-1% وزنی بنتونیت و نیز مخلوطی از بنتونیت و سیمان آلومینوکلسیایی (فوندو) به‌عنوان چسب مورد استفاده قرار گرفت. آزمون‌های عدد سقوط و استحکام شکست بر روی گندله‌های خام و خشک انجام شد. زاویه‌ی چرخش 40 درجه نسبت به افق و سرعت چرخش rpm30 و زمان گندله‌سازی 60 دقیقه بهترین بازده گندله‌سازی را به‌دست دادند. میزان بهینه رطوبت در حدود 9% تعیین شد. افزایش بنتونیت در گندله روند افزایشی–کاهشی را برای استحکام و عدد سقوط نشان داد و بیشترین مقدار برای 4-3% بنتونیت به دست آمد. استفاده از مخلوط فوندو – بنتونیت در گندله روند صعودی را برای استحکام نشان داد اما برای دماهای بالا نسبت به گندله حاوی بنتونیت، استحکام کمتری بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the effect of pelletizing parameters on physical and mechanical properties of pellets prepared from Kahnouj ilmenite concentrate

نویسندگان [English]

  • Mansour Soltanieh 1
  • Mandana Adeli 2
  • Morteza Fallahi 3
  • Mehdi Farhani 4
  • K. H. Spitzer 5
1 Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Centre of Excellence for High Strength Alloys Technology, Iran University of Science and Technology,
2 Assistant Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology,
3 MSc of Extractive Metallurgy, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology,
4 Ph.D. School of Metallurgy and Materials Engineering, Technische Universität Clausthal, Germany.
5 Professor,School of Metallurgy and Materials Engineering, Technische Universität Clausthal, Germany.
چکیده [English]

Ilmenite can be upgraded through pre-reduction of pellets of ilmenite with the aim of reduction of iron oxides to metallic iron, and subsequent smelting of the pellets to obtain a high-titania slag. In this research, the effect of parameters such as rotation speed and rotation angle in a disk-pelletizer as well as the amounts of moisture and binder in the pellets on the pelletization process was studied. The optimum conditions to obtain pellets with required physical and mechanical properties were determined. 1-5% bentonite and a mixture of bentonite-Fundo cement were used as binder. Drop number and crushing strength standard tests were conducted on green and dry pellets. A slope of 40°, rotation speed of 30 rpm and pelletizing time of 60min yielded the highest pelletizing efficiency for the disk-pelletizer. The optimum amount of moisture was determined to be 9wt%. It was found out that an increase in the percentage of bentonite showed increasing-decreasing effect on strength and drop number, the optimum amount of bentonite addition being 3-4wt%. The use of mixtures of Fundo-bentonite in the pellets had an increasing effect on strength, but at higher temperatures the strength of pellets containing mixtures of Fundo-bentonite showed a decrease in comparison with that of the pellets containing only bentonite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pelleting
  • Ilmenite
  • Fracture strength
  • Bentonite
[1]      F.H.Froes, Titanium: physical metallurgy, processing, and applications, 1st Ed. Materials Park, Ohio: ASM International, 2015.

[2]      S. Parirenyatwa, L. Escudero-Castejon, S. Sanchez-Segado, Y. Hara, and A. Jha, “Comparative study of alkali roasting and leaching of chromite ores and titaniferous minerals” Hydrometallurgy, Vol. 165, pp. 213–226, Oct. 2016.

[3]      W. Zhang, Z. Zhu, and C. Y. Cheng, “A literature review of titanium metallurgical processes” Hydrometallurgy, Vol. 108, no. 3–4, pp. 177–188, 2011.

[4]      M. Guéguin, F. Cardarelli, "Chemistery and mineralogy of titania-rich upgraded titania slags" Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, Vol. 7508, pp. 1-58, 2007.

[5]      T. C. Eisele and S. K. Kawatra, “A review of binders in iron ore pelletization” Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review., Vol. 24, no. 1, pp. 1–90, 2003.

[6]      S. P. E. Forsmo, A. J. Apelqvist, B. M. T. Björkman, and P. O. Samskog, “Binding mechanisms in wet iron ore green pellets with a bentonite binder” PowderTechnol., Vol. 169, no. 3, pp. 147–158, 2006.

[7]      H. P. Gou, G. H. Zhang, and K. C. Chou, “Phase evolution during the carbothermic reduction process of ilmenite concentrate” Metall. Mater. Trans. B Process Metall.Mater. Process. Sci., Vol. 46, no. 1, pp. 48–56, 2014.

[8]      A. Bhalla, C. S. Kucukkargoz, and R. H. Eric, “Solid-state reduction of an ilmenite concentrate with carbon” J. South. African Inst. Min. Metall., Vol. 117, no. 5, pp. 415–421, 2017.

[9]      A. Mehdilo , M. Irannajad, “Iron removing from titanium slag for synthetic rutile production” Physicochemical Problems of Mineral Processing, Vol. 48, no. 2, pp. 425-439, 2012.

[10]    M. Tripathy, S. Ranganathan, and S. P. Mehrotra, “Investigations on reduction of ilmenite ore with different sources of carbon” Trans. Institutions Min. Metall. Sect. C Miner. Process. Extr. Metall., Vol. 121, no. 3, pp. 147–155, 2012.

[11]    H. J. Wouterlood, “The reduction of ilmenite with carbon” J. Chem. Technol. Biotechnol., Vol. 29, no. 10, pp. 603–618, 1979.

[12]    S. Meissner, I. Kobayashi, Y. Tanigaki, and K.-H. Tacke, “Reduction and melting model of carbon composite ore pellets” Ironmak. Steelmak., Vol. 30, no. 2, pp. 170–176, 2003.

[13]    Y. Wang and Z. Yuan, “Reductive kinetics of the reaction between a natural ilmenite and carbon” Int. J. Miner. Process., Vol. 81, no. 3, pp. 133–140, Dec. 2006.

[14]    S. K. Kawatra, T.C. Eisele, K.A. Lewandowski, and J.A. Gurtler, “Novel binders and methods for agglomeration of ore” Technical Report, Michigan Technological University, Department of Chemical Engineering, 2007.

[15]    O. Sivrikaya and A. I. Arol, “Pelletization of magnetite ore with colemanite added organic binders” Powder Technol., Vol. 210, no. 1, pp. 23–28, 2011.

[16]    O. Sivrikaya and İ. Ali, “The bonding/strengthening mechanism of colemanite added organic binders in iron ore pelletization” International Journal of Mineral Processing,Vol. 111, pp. 90–100, 2012.

[17]    S. P. E. Forsmo, P. O. Samskog, and B. M. T. Bjorkman, “A study on plasticity and compression strength in wet iron ore green pellets related to real process variations in raw material fineness” Powder Technol., Vol. 181, no. 3, pp. 321–330, 2008.

[18]    N. El Hussiny, “The physico-chemical properties of binderless briquetting of ilmenite concentrate 2-materials and experiments” Journal of Ore Dressing, Vol. 10, pp. 23-29, 2008.

[19]    N. A. El-Hussiny and M. E. H. Shalabi, “Studying the pelletization of Rosseta ilmenite concentrate with coke breeze using molasses and reduction kinetics of produced pellets At 800-1150 °C” Sci. Sinter., Vol. 44, no. 1, pp. 113–126, 2012.

[20]    R. Hung, X. W. Lv, C. G. Bai, Q. Y. Deng, and S. W. Ma, “Solid state and smelting reduction of Panzhihua ilmenite concentrate with coke” Can. Metall. Q., Vol. 51, no. 4, pp. 434–439, Oct. 2012.

[21]    M. Oorsprong, “Iron ore pellets - determination of crushing strength” Vol. 134313, no. 4, pp. 10–12, 2007.

[22]   S. P. Mehrotra, A. Pandey, and S. K. Singh, "Micropelletization of deep beneficiated low grade iron ore for its rational utilization", Project  Report, Dept. of Materials Science and Engineering, Indian Institute of Technology, Kanpur, India, 2012.

[23] P.C. Hayes. Process principles in minerals and materials production. Hayes Publishing CO, Queensland, Australia, 2003.