— 高効率・省エネ改質ベントナイトの幅広い応用価値
鉄鋼業界はエネルギー消費量が多く、大気汚染物質の排出も著しく、省エネと排出削減の取り組みが重要な焦点となっています。資源と環境への制約が深刻化する中、グリーン開発は鉄鋼業界にとって唯一の現実的な道となっています。典型的なプロセス製造業である鉄鋼生産は、今後も相当の期間、高炉プロセスに依存し続けるでしょう。そのため、焼結法をペレット化に置き換えて高炉原料構造を最適化するといったプロセスイノベーションの探求は、エネルギー消費量のさらなる削減、温室効果ガスおよび汚染物質の排出削減、そしてグリーン製造の推進にとって大きな意義を持ちます。冶金ペレット化用ベントナイト製品には、ナトリウム系ベントナイト、複合ベントナイト、改質ペレット化ベントナイトなどがあります。これらの製品は優れた結合性、均一なペレット形成、高いペレット化効率を示し、様々な種類の鉄鉱石精鉱に適しています。現在、生産において最も広く使用されているのは、ベントナイトと有機バインダーを混合した改質ペレット化ベントナイトです。この改質ベントナイトは、ペレットの品質を最大限に高めながらバインダーの使用量を削減できるため、現時点ではペレット鉱石の鉄品位を向上させる最も効果的な方法となっています。
鉄鉱石ペレット化におけるベントナイトの役割
鉄鉱石精鉱のペレット化には水とバインダーが必要ですが、ベントナイトは世界で最も一般的かつ広く使用されているバインダーです。ベントナイトは、濡れ性（高い吸水性）、膨張性（優れた膨潤性）、コロイド性（強力な結合効果）という3つの重要な特性を備えています。これらの特性により、ベントナイトはペレット化において以下の3つの重要な機能を果たします。
1. 生ペレット、乾燥ペレット、完成ペレットの強度向上
ベントナイトは比表面積が大きく分散性が高いため、造粒、乾燥、焙焼の過程で鉄精鉱の粒子をしっかりと結合し、粒子間の距離を縮めて強度を向上させます。
2. グリーンペレットの耐熱衝撃性の向上
ベントナイトは乾燥中の水分蒸発を遅らせ、乾燥ペレットの強度を急速に高めるため、グリーンペレットの耐熱衝撃性を大幅に向上させます。ただし、その向上の程度はベントナイトの品質と使用する鉄精鉱の種類によって異なります。
3. 完成ペレットの還元膨張と低温劣化の抑制
鉄精鉱とベントナイトから作られたペレットは、通常、1%～2% の低い多孔性と高い強度を示し、これにより還元性はわずかに低下しますが、還元膨張と低温劣化の緩和に役立ちます。
ベントナイトがペレットの品質に及ぼす悪影響
ベントナイトの主な化学成分はSiO₂とAl₂O₃です。中国9省から採取した24のベントナイトサンプルの統計分析によると、SiO₂含有量の平均は62.39%（強熱減量を差し引くと69.64%）、Al₂O₃含有量の平均は16.55%（強熱減量を差し引くと18.475%）でした。高炉製鉄は高品位でスラグ含有量の少ない鉄含有原料を目指しているため、ペレット生産者はベントナイトの使用量を最小限に抑えるよう努めています。ベントナイトがペレットの品質に及ぼす悪影響には、以下のものがあります。
1. 完成ペレットの鉄品位を下げる
1%ベントナイトを添加すると、鉄品位は約0.6%低下します。例えば、64%～68%鉄精鉱からペレットを製造する場合、ベントナイトの添加量が1%増加するごとに、鉄品位は0.62%～0.66%低下します。
2. 完成ペレット中のSiO₂とAl₂O₃含有量の増加
ベントナイトを 1% 追加するごとに、SiO₂ 含有量が約 0.7%、Al₂O₃ 含有量が約 0.185% 増加し、ペレットの品質が低下し、高炉での冶金性能が低下します。
3. 完成したペレットの経済的価値の低下
中国のベントナイトの平均投与量は約 2.0% であるため、66% の鉄精鉱から作られたペレットでは、鉄品位が 1.28% 低下し、SiO₂ が 1.39% 増加し、Al₂O₃ が 0.37% 増加します。
改質ベントナイトの実用化分析
厳選された高品質のベントナイト原料を湿式押出ナトリウム賦活、乾燥、改質、潤滑粉砕などの工程を経て、様々な新しい補助材料が開発されました。これらの材料は主に、鉄鉱石ペレットの被還元性向上、グリーンペレットの強度向上、乾燥時の熱安定性と破裂温度を高める防爆剤、ペレット強度と造粒速度を向上させる増粘剤、ペレット内の微細多孔度増加、被還元性向上、燃料の酸化雰囲気強化、酸素富化剤による燃料反応性向上、焙焼帯の酸化雰囲気上昇、ペレットの還元軟化温度上昇、焙焼時間の短縮などに利用されています。
フラックス剤として機能し、ペレットの微細構造を最適化し、ガラス相の生成を制御し、望ましくない格子変態、異常な還元膨張、還元ヒステリシスを抑制します。分散剤として作用し、原料の水分を調節し、均一なペレット形成を確保し、ペレット化のためにナトリウムベースのベントナイトとの組み合わせを可能にし、輸送中にグリーンペレットが付着するのを防ぎます。改質ベントナイトの成分を安定化させ、ペレット内のFe₂O₃の高温分解と結晶化を抑制し、それによって生産量を増加させ、エネルギー消費を削減します。
ベントナイトの使用量を節約
これらの特殊添加剤を特定の割合でベントナイトと混合すると、必要なベントナイトの量を大幅に削減できます。実用的な結果では、改質ベントナイトを1.2～1.6%の割合で添加すると、従来のナトリウムベースのベントナイトを2.5～3.5%で使用した場合と同等の性能が得られることが示されています。改質ベントナイトの添加により、グリーンペレットの強度が明らかに向上し、熱安定性が向上し、ベントナイトの添加量が低下し、戻り粉の割合が減少し、焼成ペレットの鉄品位が向上します。現在のペレット化プロセスと生産フローに基づくと、従来のナトリウムベースのベントナイトを改質ベントナイトに置き換えると、ベントナイトの添加量が約3.2%から1.8%未満に削減され、全体的に大きなメリットが得られます。具体的な経済的メリットの詳細な分析を表1に示します。
| 表1 改質ベントナイトバインダーと従来のナトリウム系ベントナイトの比較 | ||
| 評価指標 | 伝統的なナトリウムベースのベントナイト | 改質ベントナイトバインダー |
| 投与量（%） | 3.2 | 1.8 |
| 消費量（kg/トンペレット） | 3.3 | 1.9 |
| 収量改善（%） | – | 4～6 |
| ウェットリターン削減（%） | – | 3～4 |
| ドライリターン削減（%） | – | 1～2 |
| 処理コスト削減（%） | – | 3 |
| ペレットの鉄品位向上 | – | 約0.77の成績点 |
| グレードアップによる経済的利益（人民元/トンペレット） | 0 | 13.09 |
| 税抜市場価格（CNY/トン） | 327 | 720 |
| ペレット1トンあたりのコスト（人民元/ペレット1トン） | 10.79 | 13.68 |
| 総合経済効果（人民元/トンペレット） | 0 | 10.2 |
改質ベントナイトバインダーの添加量と完成ペレットの性能指標に基づく予測結果によると、従来のナトリウム系ベントナイトを改質ベントナイトに置き換えることで、ベントナイト比率を現在の3.2%から約1.8%以下にまで低減できます。この調整により、ペレット1トンあたり約10.5元（10.2元＋0.3元）の総合的な経済効果が期待できます。フル生産時の年間生産量240万トンを前提とすると、約2,520万元の節約となり、経済効果と環境効果の両方において大きなメリットをもたらします。
改質ベントナイトバインダーの利点
1. 分散性、熱安定性、核形成速度が向上します。
2. グリーンペレットの強度と耐熱衝撃性を向上させます。
3. ベントナイトの投与量を50%～75%削減し、鉄品位を高め、SiO₂含有量を低下させます。
4. 高温焙煎時間を短縮し、出力を向上してエネルギー使用量を削減します。
5. 第19回全国代表大会の指針に基づき、中国のグリーン・高品質鉄鋼開発戦略を支持する。
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