بررسی تأثیر سیکل عملیات حرارتی بنتونیت بر خواص گندله سنگ آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

شرکت پایا صنعت سما شهرک علمی تحقیقاتی اصفهان، اصفهان83111-84156 ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: کیفیت گندله‌های تولیدی، به‌طور مستقیم به خواص فیزیکی و شیمیایی بنتونیت مصرفی بستگی دارد. این پژوهش با هدف بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر ویژگی‌های بنتونیت و بررسی خواص گندله خام و پخته‌شده حاصل از آن می‌پردازد. 
مواد و روش‌ها: در این تحقیق، تأثیر عملیات حرارتی بر خواص بنتونیت، به‌عنوان یک افزودنی اتصال‌دهنده در واحد گندله‌سازی، موردبررسی قرار گرفت. نمونه‌ای از بنتونیت سدیمی از معادن خراسان جنوبی به‌عنوان ماده اولیه انتخاب شد و پس از انجام آنالیزهای حرارتی، دماهای 400، 800 و 1300 درجه سانتی‌گراد به‌عنوان دماهای عملیات حرارتی انتخاب گردید. به‌منظور تحلیل فازی و ساختاری نمونه‌ها پس از عملیات حرارتی، از آنالیزهای پراش پرتو ایکس ، آنالیز عنصری و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. برای بررسی تاثیر عملیات حرارتی روی خواص بنتونیت، جذب آب، درصد تورم نمونه‌ها و همچنین خواص گندله حاصل از بنتونیت عملیات حرارتی‌شده بررسی و ارزیابی شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که عملیات حرارتی، باعث ایجاد تغییرات ساختاری و فازی در بنتونیت می‌شود. تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از بنتونیت خام نشان داد که با افزایش دمای عملیات حرارتی، شکل ذرات و منافذ بنتونیت تغییر پیدا کرده است. همچنین، به‌منظور مقایسه میزان اختلاف‌پتانسیل الکتریکی بین لایه‌های نمونه‌ها، از آزمون پتانسیل زتا استفاده شد. نتایج نشان داد که ذرات بنتونیت عملیات حرارتی‌شده در 400 درجه سانتی‌گراد، تمایل کمتری به ته‌نشین شدن دارند.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که انجام عملیات حرارتی تا دمای 400 درجه سانتی‌گراد خواص بنتونیت و گندله‌های تولیدی از آن را بهبود بخشیده است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Bentonite Heat Treatment Cycle on the Properties of Iron Ore Pellets

نویسندگان [English]

  • Ali Mirzaei
  • Abolfazl Ghadiri
  • Ali Mazaheri
Paya Sanat Sama Company, Isfahan Science and Technology Town Isfahan 84156-83111, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: The quality of produced pellets is directly dependent on the physicochemical properties of the bentonite used. This research aims to investigate the effect of heat treatment on the characteristics of bentonite and to evaluate the properties of the obtained raw and fired pellets.
Materials and Methods: In this study, the impact of heat treatment on the properties of bentonite, as a binder additive in a pelletizing unit, was investigated. A sample of sodium bentonite from South Khorasan mines was selected as the raw material. Following thermal analyses, temperatures of 400, 800, and 1300 °C were chosen as heat treatment temperatures. X-ray diffraction (XRD), elemental analysis, and scanning electron microscopy (SEM) were employed to analyze the phase and structural characteristics of the samples after heat treatment. Water absorption, swelling percentage of the samples, and the properties of pellets produced from the heat-treated bentonite were examined to assess the effect of heat treatment on bentonite properties.
Results: The results indicated that heat treatment led to structural and phase changes in bentonite. SEM images of raw bentonite revealed that the particle morphology and porosity of bentonite changed with increasing heat treatment temperature. Furthermore, the zeta potential test was utilized to compare the electrical potential difference between the layers of the samples. The results showed that heat-treated bentonite particles at 400 °C exhibited a lower tendency to settle.
Conclusion: The results of this study declared that heat treatment up to 400 °C improved the properties of bentonite and the obtained pellets.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Iron ore pelletizing plant
  • Sodium bentonite
  • Heat treatment
  • Montmorillonite
  • Pellet strength

مراجع

  1. Zhu D, Pan J, Lu L, Holmes RJ. Iron ore pelletization. In: Iron Ore. Amsterdam: Elsevier; 2022. p. 539-578. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820226-5.00014-8
  2. Gladky A, Labra C, Stannarius R, Just S, Shinohara K. Numerical modeling of bulk flow on a pelletizing disc in different rotational regimes. Granul Matter. 2021;23(1):1-9. https://doi.org/10.1007/s10035-021-01121-6
  3. Wang C, Zhang Z, Zhao J, Wang M, Ma B. Effect of organic binders on the activation and properties of indurated magnetite pellets. Int J Miner Metall Mater. 2021;28(1):45-52. https://doi.org/10.1007/s12613-020-2055-7
  4. Barati S, Tabatabaie Shourijeh P, Samani N, Asadi S. Stabilization of iron ore tailings with cement and bentonite: A case study on Golgohar mine. Bull Eng Geol Environ. 2020;79(7):51-66. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01843-6
  5. Moraes SL, Baptista de Lima JR, Ribeiro TR. Iron ore pelletizing process: Iron ores and iron oxide materials. In: IntechOpen; 2018. p. 41-59. https://doi.org/5772/intechopen.73164
  6. Hai L, Wang J. Experimental study on the heat treatment reaction process of bentonite. Sci Rep. 2024;14(1):16-49. https://doi.org/1038/s41598-024-67555-z
  7. Huang YF, Zhang YB, Han GH, Jiang T, Li GH, Yang YB, et al. Sodium-modification of Ca-based bentonite via semidry process. J Cent South Univ Technol. 2010;17(6):1201-6. https://doi.org/1007/s11771−010−0619−9
  8. Sarikaya Y, Önal M, Baran B, Alemdaroğlu T. The effect of thermal treatment on some of the physicochemical properties of a bentonite. Clays Clay Miner. 2000;48(5):557-62. https://doi.org/10.1346/CCMN.2000.0480508  
  9. Yilmaz G. The effects of temperature on the characteristics of kaolinite and bentonite. Sci Res Essays. 2011;6(9):1928-39. https://doi.org/5897/SRE10.727
  10. Bayram H, Önal M, Yılmaz H, Sarıkaya Y. Thermal analysis of a white calcium bentonite. J Therm Anal Calorim. 2010;101(3):873-9.https://doi.org/10.1007/s10973-009-0626-y  
  11. Zhang Y, Ye W, Chen Y, Chen B. Thermal behavior analysis of two bentonite samples selected from China. J Therm Anal Calorim. 2015;101(3):1287-95. https://doi.org/1007/s10973-005-7799-9
  12. Man X, Zhang X, Wang B. Study on influencing factors of sodium modification of bentonite. In: Proceedings of the 2016 5th International Conference on Advanced Materials and Computer Science (ICAMCS). 2016. p. 86-90. https://doi.org/10.2991/icamcs-16.2016.45
  13. Hayakawa T, Nakaya M, Nishimoto S, Miyazaki T, Kohyama N. Preparation of sodium-type bentonite with useful swelling property by a mechanochemical reaction from a weathered bentonite. Appl Clay Sci. 2019;177:124-9. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.04.009  
  14. Patel A, Hingston EDC, Demlie M. Investigation of the suitability of activated and nonactivated bentonites from the Imerys Mine (South Africa) for geosynthetic clay liners. S Afr J Sci. 2022;118(11):13-18. https://doi.org/10.17159/sajs.2022/12566
  15. Fode TA, Jande YAC, Kivevele T. Effects of raw and different calcined bentonite on durability and mechanical properties of cement composite material. Case Stud Constr Mater. 2024;20:30-36. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03012
  16. Önal M, Sarıkaya Y. Thermal behavior of a bentonite. J Therm Anal Calorim. 2007;90(1):167-72. https://doi.org/10.1007/s10973-005-7799-9
  17. Alkizwini RS, Alquzweeni SS. Modeling natural bentonite, thermal-modified bentonite, and iron-modified bentonite with artificial neural network, sorption kinetics and sorption isotherms for simulated sorption tetracycline. Int J Environ Sci Technol. 2021;18(9):2633-50. https://doi.org/10.1007/s13762-020-03004-4  
  18. Tong Y, Xu W, Jia Y, Gao C, Zhang Q. Experimental study on sodium modification and purification of GMZ bentonite. Constr Build Mater. 2023;383:130-136. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.130060
  19. Abazarpoor A, Halvaeian A, Shiri A, Mohseni M. Investigation of iron ore particle size and shape on green pellet quality. Can Metall Q. 2020;59(2):242-50. https://doi.org/10.1080/00084433.2020.1730116
  20. Pousette H, Kojola N. Factors influencing physical and mechanical properties of direct reduced iron ore pellets. Ironmak Steelmak. 2024;51(4):214-20. https://doi.org/10.1177/03019233241277422
  21. Mo W, Wan Y, Lu S, Zhou P, Chen Z. Optimization of the evaluation method for bentonite used in iron ore pelletizing. Metall Mater Trans B. 2024;55(5):3464-7 https://doi.org/1007/s11663-024-03187-y

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 44، شماره 4
(شماره پیاپی 51)
1404
صفحه 33-53

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی