澳洲和巴西鐵礦石吸水特性對(duì)比研究

徐福偉 王 鋒 許 立 張鳥飛

(嵊泗出入境檢驗(yàn)檢疫局 浙江舟山 202450)

1 前言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模也隨之不斷的擴(kuò)大，而國(guó)內(nèi)鐵礦石品位低、生產(chǎn)能力有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要，因此鐵礦石的進(jìn)口量在不斷的攀升，鐵礦石的價(jià)格更是在不斷的飆升。繼2003年我國(guó)鐵礦石進(jìn)口量首次超越日本、歐盟，成為全球最大的鐵礦石進(jìn)口國(guó)后，2011年鐵礦石的進(jìn)口量已達(dá)6億多t，鐵礦石的價(jià)格已從2003年的均價(jià)30美元/t到2011年最高已突破均價(jià)180美元/t，最高已增長(zhǎng)近6倍。

按國(guó)際慣例，鐵礦石貿(mào)易的價(jià)格以到岸港的權(quán)威機(jī)構(gòu)作出的實(shí)際卸貨“干態(tài)”重量的鑒定結(jié)果作為結(jié)算依據(jù)，而到貨鐵礦的實(shí)際狀態(tài)均以含有一定量水分的“自然態(tài)”形式存在，因此，鐵礦石中水分含量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確與否，是影響重量鑒定準(zhǔn)確性的重要因素之一，直接影響著國(guó)內(nèi)收貨企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。而在實(shí)際檢驗(yàn)工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各鐵礦石存在著吸水能力不同的情況，一些外表水分較多的礦石卻并不比表面干燥的礦石水分測(cè)定值要高。因此，有必要對(duì)各種鐵礦石特別是澳洲和巴西進(jìn)口的一些粉鐵礦的吸水特性進(jìn)行研究，弄清其中的內(nèi)在原因和各自特性，有助于在日常的檢驗(yàn)工作中做出正確的判斷，得到準(zhǔn)確的測(cè)定值。

2 材料與方法

2.1 材料

試驗(yàn)樣品選取國(guó)內(nèi)進(jìn)口量較大、品質(zhì)較為穩(wěn)定、且具有較強(qiáng)代表性的世界三大礦石公司產(chǎn)品作為研究對(duì)象，分別為:卡拉加斯粉鐵礦、CVRD－SFIT粉鐵礦和CVRD－SSFT粉鐵礦購于巴西淡水河谷公司產(chǎn)品，BHP楊迪粉鐵礦購于澳大利亞必和必拓公司產(chǎn)品，皮爾巴拉粉鐵礦購于澳大利亞力拓公司，分別對(duì)其進(jìn)行吸水特性的對(duì)比和研究，試驗(yàn)樣品如表1所示。

表1 試驗(yàn)樣品情況

2.2 方法

2.2.1 試驗(yàn)方法

針對(duì)巴西和澳洲兩地粉鐵礦的吸水特性的研究，首先通過鐵礦石常規(guī)水分含量測(cè)定方法，在消除鐵礦石表面的水分或“明水”(與礦物分離的水)后，使礦石在吸水飽和狀態(tài)下來測(cè)定其水分含量值，借此觀察各種試驗(yàn)礦石自身的吸水能力;其次采用微觀試驗(yàn)——低溫N2吸附－脫附分析方法，從試驗(yàn)鐵礦石樣品的比表面積和孔徑分布結(jié)果來分析各種鐵礦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，找出引起兩者產(chǎn)生吸水性差異的內(nèi)在原因。

2.2.2 試驗(yàn)流程

(1)按照鐵礦石取制樣國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO3082)的要求，制備各個(gè)礦種的水分試驗(yàn)樣品;

(2)得到水分試驗(yàn)樣品后將各個(gè)礦種均勻分成兩份，作為平行試驗(yàn)樣備用;

(3)將各個(gè)樣品分別浸入水中，使其吸水達(dá)到飽和狀態(tài);

(4)使用墊有濾紙的布氏漏斗將各礦種暴露在空氣中，各礦種的暴露時(shí)間等同，使其中的“明水”流失;

(5)在無“明水”滲出，各礦種的表面均無明顯“明水”的情況下進(jìn)行水分含量的測(cè)定試驗(yàn)，得到各礦種的水分含量值;

(6)比較兩個(gè)平行樣，在保證其試驗(yàn)結(jié)果不超過0.05%的情況下平均結(jié)果作為該礦種的最終水分含量值。

2.2.3 水分含量測(cè)定

上述試驗(yàn)樣品經(jīng)空氣中自然流失水分后，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO3087)進(jìn)行水分含量的測(cè)定。

(1)將試驗(yàn)樣均勻鋪在稱量過的干燥盤內(nèi)，并測(cè)出總質(zhì)量，進(jìn)行記錄。

(2)將裝有實(shí)驗(yàn)樣的干燥盤放在設(shè)定于105℃的烘箱內(nèi)，保持這一溫度不少于4h。

(3)在樣品質(zhì)量達(dá)到恒重后，取出試驗(yàn)并立即稱量，記錄重量。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 吸水性差異

經(jīng)過上述試驗(yàn)步驟，可得到試驗(yàn)各礦種表面在基本處于干燥狀態(tài)下的水分含量情況，圖1為試驗(yàn)各礦種的水分含量情況。

圖1 經(jīng)水分散失后各試驗(yàn)樣的水分含量情況

從圖1可知，澳大利亞粉鐵礦在水分散失后，即去除“明水”后所含水分要明顯大于巴西的幾個(gè)粉鐵礦，也就是澳大利亞粉鐵礦的吸水性要明顯強(qiáng)于巴西的一些粉鐵礦。

3.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

為了找出澳大利亞和巴西各類粉鐵礦水分吸附能力差異的原因，對(duì)上述的幾個(gè)鐵礦石樣品進(jìn)行了低溫N2吸附－脫附分析，從樣品的比表面積和孔徑分布結(jié)果來分析產(chǎn)生差異的原因，見圖2和圖3。

從圖2中可以看出，在低壓區(qū)，只有SY1001鐵礦石存在吸附量明顯上升的趨勢(shì)，而且在P/P0＜0.05(飽和度)前有陡升現(xiàn)象，這表明SY1001鐵礦石樣品有部分微孔結(jié)構(gòu)存在，而且孔結(jié)構(gòu)比較發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了毛細(xì)凝聚現(xiàn)象導(dǎo)致了這階段SY1001樣品的吸附能力較強(qiáng);隨著相對(duì)吸附壓的增加，鐵礦石樣品等溫線在經(jīng)歷一個(gè)平臺(tái)區(qū)后陡然上升，其中鐵礦石SY1001和SY1005隨著相對(duì)吸附壓的增加，吸附體積明顯增加，吸附性能明顯優(yōu)于其他三個(gè)樣品，這表明了這兩個(gè)樣品中存在著一定數(shù)量的中孔結(jié)構(gòu)，樣品在P/P0接近于1時(shí)都產(chǎn)生了吸附量陡升但沒有出現(xiàn)吸附飽和平臺(tái)的現(xiàn)象，表明鐵礦石樣品中存在相對(duì)較多的大孔結(jié)構(gòu)，吸附過程中很難達(dá)到飽和。在對(duì)樣品進(jìn)行氮?dú)獾葴匚胶兔摳綍r(shí)，氮?dú)庠诳椎纼?nèi)凝聚和蒸發(fā)的差異而引起吸附等溫線和脫附等溫線不同步，導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的H1型滯后環(huán)。根據(jù)圖2可以看出，鐵礦SY1001存在著少量的微孔，部分中孔以及大量的大孔;SY1005樣品存在著部分中孔和大量的大孔。這種發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)，有利于提高樣品的吸附性能。根據(jù)譜圖3可以看出，鐵礦石樣品SY1002，SY1003和SY1004的吸附－脫附曲線變化類似，證實(shí)三個(gè)樣品具有相似的孔結(jié)構(gòu)，表明這三種礦樣具有相似的吸附性能，但由于孔道結(jié)構(gòu)沒有樣品SY1001和SY1005發(fā)達(dá)，缺少中孔及微孔，導(dǎo)致吸附性能相對(duì)較弱，這與水吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，見表2。

圖2 鐵礦石樣品低溫N2吸附－脫附曲線a

表2給出了試驗(yàn)中鐵礦石樣品比表面積、總吸附量和孔容的結(jié)果，可以看出鐵礦石SY1001和SY1005具有較大的比表面積和較大的吸附量，這與它們具有較大的比表面積和孔容有關(guān);SY1002、SY1003和SY1004三個(gè)樣品則具有相似的結(jié)果——比表面積和孔容都較小，這也導(dǎo)致了這三種礦樣的吸附能力相對(duì)較弱。

圖3 鐵礦石樣品低溫N2吸附－脫附曲線b

表2 各鐵礦吸附能力及比表面積情況

4 結(jié)果和討論

從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看，澳洲的一些粉鐵礦總體上吸水能力較強(qiáng)，在表面看似干燥的情況下水分含量基本可達(dá)9.0%以上，而巴西的一些粉鐵礦則吸水能力較差，在干燥表面附著的水后各礦種的基本含水量均在5.0%以下，在表面觀察較為濕漉的情況下的水分含量值也并不是很大，在類似泥漿的狀態(tài)下的水分含量值也就8.0% －9.0%之間，究其原因是因?yàn)榈V石內(nèi)部結(jié)果有所不同，孔隙結(jié)構(gòu)的區(qū)別導(dǎo)致了礦石吸水性能的差異。

由此研究可知，巴西的一些粉鐵礦由于吸水性能普遍不高，在巴西氣候條件等因素的影響下，礦內(nèi)含有大量水分，加上來自巴西的航線較長(zhǎng)，在漫長(zhǎng)的航線上，礦物容易使水分層降到底部析出，這導(dǎo)致了在來自巴西的一些粉鐵礦中往往會(huì)出現(xiàn)大量“明水”的現(xiàn)象。我們?cè)诔Ｒ?guī)的鐵礦石取制樣操作中對(duì)于該樣品的取樣難度較大，按現(xiàn)行檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)取樣和測(cè)定，這些非常規(guī)狀態(tài)的“明水”，大多在完成機(jī)械取樣前的卸貨或輸送過程中流失掉了，根本不能通過常規(guī)的水分分析來測(cè)定，導(dǎo)致鐵礦石的水分含量檢驗(yàn)值有所偏差，結(jié)果值往往出現(xiàn)“偏小”的現(xiàn)象，使進(jìn)口商由此蒙受一定的利益損失，因此，十分有必要對(duì)巴西鐵礦石中常見的“明水”進(jìn)行關(guān)注，必須測(cè)得鐵礦石中的“明水”含量并對(duì)實(shí)際測(cè)得的水分含量值進(jìn)行校正，使進(jìn)口鐵礦石的水分含量檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確和公正，切實(shí)維護(hù)國(guó)內(nèi)收貨商的合法權(quán)益。另外，由于澳洲粉鐵礦的吸水性普遍較強(qiáng)，看似表面干燥的澳洲粉鐵礦其水分含量并不見得干燥，這也應(yīng)引起國(guó)內(nèi)買家的重視。

［1］ ISO3082－1998鐵礦石 取樣和制樣的方法［S］.

［2］ ISO3087－1998鐵礦石 交貨批水分含量的測(cè)定［S］.

［3］ 李鳳貴，張西春.鐵礦石檢驗(yàn)技術(shù)［M］.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［4］ 應(yīng)海松，李斐真.鐵礦石取制樣及物理檢驗(yàn)［M］.冶金工業(yè)出版社，2007.