— La valeur d'application généralisée de la bentonite modifiée à haute efficacité et à économie d'énergie
L'industrie sidérurgique est un important consommateur d'énergie et un important émetteur de polluants atmosphériques, ce qui en fait un axe prioritaire des efforts de conservation de l'énergie et de réduction des émissions. Face aux contraintes croissantes sur les ressources et l'environnement, le développement vert est devenu la seule voie viable pour l'industrie sidérurgique. En tant que secteur de fabrication par procédés traditionnels, la production d'acier continuera de s'appuyer sur les procédés de haut fourneau pendant une période considérable. Par conséquent, l'exploration d'innovations de procédés, telles que le remplacement du frittage par le pelletage afin d'optimiser les structures de charge des hauts fourneaux, revêt une importance capitale pour réduire davantage la consommation d'énergie, les émissions de gaz à effet de serre et de polluants, et promouvoir une fabrication plus verte. Les produits à base de bentonite pour le pelletage métallurgique comprennent, entre autres, la bentonite à base de sodium, la bentonite composite et la bentonite de pelletage modifiée. Ces produits présentent d'excellentes propriétés de liaison, une formation uniforme des granulés et une efficacité de pelletisation élevée, ce qui les rend adaptés à divers types de concentrés de minerai de fer. Actuellement, la bentonite de pelletage modifiée, qui associe la bentonite à des liants organiques, est la plus largement utilisée en production. Cette bentonite modifiée peut réduire le dosage du liant tout en maximisant la qualité des granulés, ce qui en fait l’approche la plus efficace pour améliorer la teneur en fer du minerai en granulés à l’heure actuelle.
Le rôle de la bentonite dans la granulation du minerai de fer
La bouletage du concentré de minerai de fer nécessite de l'eau et des liants, la bentonite étant le liant le plus courant et le plus utilisé au monde. La bentonite possède trois caractéristiques clés : mouillabilité (forte absorption d'eau), expansibilité (importante capacité de gonflement) et propriétés colloïdales (forts effets liants). Ces propriétés permettent à la bentonite de remplir trois fonctions essentielles lors de la bouletage :
1. Améliorer la résistance des granulés verts, secs et finis
La surface spécifique élevée et la dispersibilité de la bentonite lui permettent de lier étroitement les particules de concentré de fer pendant la granulation, le séchage et la torréfaction, réduisant ainsi les distances inter-particules et améliorant la résistance.
2. Augmentation de la résistance aux chocs thermiques des granulés verts
La bentonite ralentit l'évaporation de l'eau pendant le séchage tout en augmentant rapidement la résistance des granulés secs, améliorant ainsi significativement la résistance aux chocs thermiques des granulés verts. Cependant, l'ampleur de l'amélioration varie selon la qualité de la bentonite et le type de concentré de fer utilisé.
3. Suppression du gonflement par réduction et de la dégradation à basse température des granulés finis
Les granulés fabriqués à partir de concentré de fer et de bentonite présentent généralement une porosité inférieure de 1% à 2% et une résistance supérieure, ce qui réduit légèrement la réductibilité mais contribue à atténuer le gonflement par réduction et la dégradation à basse température.
Impacts négatifs de la bentonite sur la qualité des granulés
Les principaux composants chimiques de la bentonite sont SiO₂ et Al₂O₃. L'analyse statistique de 24 échantillons de bentonite provenant de neuf provinces chinoises révèle une teneur moyenne en SiO₂ de 62,391 TP3T (69,641 TP3T après déduction de la perte au feu) et en Al₂O₃ de 16,551 TP3T (18,4751 TP3T après déduction). La production de fer dans les hauts fourneaux visant à obtenir des matériaux ferrifères de haute qualité et à faible teneur en scories, les producteurs de boulettes s'efforcent de minimiser l'utilisation de bentonite. Les effets néfastes de la bentonite sur la qualité des boulettes sont les suivants :
1. Réduction de la teneur en fer des granulés finis
L'ajout de bentonite 1% réduit la teneur en fer d'environ 0,6%. Par exemple, lors de la production de granulés à partir de concentré de fer 64%–68%, chaque augmentation de 1% du dosage de bentonite diminue la teneur en fer de 0,62%–0,66%.
2. Augmentation de la teneur en SiO₂ et Al₂O₃ dans les granulés finis
Chaque ajout de 1% de bentonite augmente la teneur en SiO₂ d'environ 0,7% et la teneur en Al₂O₃ d'environ 0,185%, dégradant la qualité des granulés et altérant les performances métallurgiques dans les hauts fourneaux.
3. Diminution de la valeur économique des granulés finis
Avec un dosage moyen de bentonite en Chine d'environ 2,0%, les granulés fabriqués à partir de concentré de fer 66% subissent une baisse de 1,28% de la teneur en fer, une augmentation de 1,39% de SiO₂ et une augmentation de 0,37% de Al₂O₃.
Analyse de l'application pratique de la bentonite modifiée
Grâce à une sélection rigoureuse de bentonites de haute qualité et à leur traitement par extrusion humide, activation au sodium, séchage, modification et broyage lubrifié, de nouveaux matériaux auxiliaires ont été développés. Ces matériaux sont principalement utilisés pour : améliorer la réductibilité des boulettes de minerai de fer, renforcer la résistance des boulettes crues et agir comme agents anti-explosifs pour augmenter la stabilité thermique et la température d'éclatement pendant le séchage ; servir d'épaississants pour améliorer la résistance et la vitesse de bouletage des boulettes ; augmenter la microporosité des boulettes, améliorer la réductibilité et renforcer l'atmosphère oxydante du combustible ; agir comme agents d'enrichissement en oxygène pour accroître la réactivité du combustible, augmenter l'atmosphère oxydante dans la zone de grillage, augmenter la température de réduction-ramollissement des boulettes et raccourcir le temps de grillage.
Agissant comme agents fondants pour optimiser la microstructure des granulés, contrôler la génération de phases vitreuses et supprimer les transformations indésirables du réseau, l'expansion de réduction anormale et l'hystérésis de réduction ; agissant comme dispersants pour réguler l'humidité dans les matières premières, assurer une formation uniforme des granulés, permettre la combinaison avec la bentonite à base de sodium pour la granulation et empêcher l'adhérence des granulés verts pendant le transport ; et stabiliser les composants de la bentonite modifiée tout en inhibant la décomposition à haute température et la cristallisation de Fe₂O₃ dans les granulés, augmentant ainsi le rendement et réduisant la consommation d'énergie.
Économiser l'utilisation de la bentonite
Mélangés à la bentonite dans des proportions spécifiques, ces additifs spécialisés permettent de réduire considérablement la quantité de bentonite nécessaire. Les résultats pratiques montrent qu'avec de la bentonite modifiée ajoutée dans un rapport de 1,2 à 1,61 TP3T, on obtient les mêmes performances qu'avec de la bentonite sodique conventionnelle dans un rapport de 2,5 à 3,51 TP3T. L'ajout de bentonite modifiée améliore nettement la résistance des granulés crus, améliore la stabilité thermique, diminue le dosage de bentonite, diminue le taux de fines de retour et augmente la teneur en fer des granulés cuits. Compte tenu des procédés de granulation et des flux de production actuels, le remplacement de la bentonite sodique traditionnelle par de la bentonite modifiée réduit le dosage de bentonite d'environ 3,21 TP3T à moins de 1,81 TP3T, offrant ainsi des avantages globaux significatifs. Une analyse détaillée des avantages économiques spécifiques est présentée dans le tableau 1.
| Tableau 1 Comparaison entre le liant bentonite modifié et la bentonite traditionnelle à base de sodium | ||
| Mesure d'évaluation | Bentonite traditionnelle à base de sodium | Liant bentonite modifié |
| Posologie (%) | 3.2 | 1.8 |
| Consommation (kg/tonne de granulés) | 3.3 | 1.9 |
| Amélioration du rendement (%) | – | 4–6 |
| Réduction du retour humide (%) | – | 3–4 |
| Réduction du retour à sec (%) | – | 1–2 |
| Réduction des coûts de traitement (%) | – | 3 |
| Augmentation de la teneur en fer des boulettes | – | ~0,77 point de note |
| Avantages économiques liés à l'augmentation de la teneur (CNY/tonne de granulés) | 0 | 13.09 |
| Prix du marché hors taxes (CNY/tonne) | 327 | 720 |
| Coût par tonne de granulés (CNY/tonne de granulés) | 10.79 | 13.68 |
| Avantage économique global (CNY/tonne de granulés) | 0 | 10.2 |
D'après les résultats prévus, basés sur la quantité de liant bentonite modifié ajoutée et les indicateurs de performance des granulés finis, le remplacement de la bentonite sodique d'origine par de la bentonite modifiée pourrait réduire le ratio de bentonite de 3,2% actuel à environ 1,8%. Cet ajustement pourrait générer des avantages économiques globaux d'environ 10,5 yuans par tonne de granulés (10,2 yuans + 0,3 yuan). Sur la base d'une production annuelle à pleine capacité de 2,4 millions de tonnes de granulés, cela pourrait permettre à l'entreprise d'économiser environ 25,2 millions de yuans, offrant ainsi des avantages économiques et écologiques significatifs.
Avantages des liants bentonites modifiés
1. Améliore la dispersibilité, la stabilité thermique et le taux de nucléation.
2. Améliore la résistance des granulés verts et la résistance aux chocs thermiques.
3. Réduit le dosage de bentonite de 50% à 75%, augmentant la teneur en fer et diminuant la teneur en SiO₂.
4. Réduit le temps de torréfaction à haute température, augmentant ainsi le rendement et réduisant la consommation d'énergie.
5. Soutient la stratégie de développement de l'acier vert et de haute qualité de la Chine dans le cadre des directives du 19e Congrès national.
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