鉛冶煉水淬渣球磨工藝研究

孫紅燕，孔 馨，張瑾勛，劉貴陽

(紅河學(xué)院理學(xué)院，云南蒙自 661100)

鉛冶煉過程中產(chǎn)生大量水淬渣，渣量約占精鉛產(chǎn)量的50%(企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))，不僅占用場地，且其中所含重金屬元素也有滲漏到土壤中的風(fēng)險，因此，研究其綜合利用技術(shù)有重要意義。

目前，有關(guān)水淬渣處理及工業(yè)應(yīng)用方面的研究已有大量報道，如用于生產(chǎn)礦渣水泥、混凝土摻合料、礦渣微粉、無機(jī)涂料、無機(jī)膠凝材料、礦渣棉、礦渣纖維、微晶玻璃、制造鈣硅肥料、筑路填料、鋼渣磚等[1]。此外，還有利用水淬鋼渣合成多用途硅灰石、制作污水處理劑、制作多孔陶粒及無機(jī)泡沫材料等[2-8]。關(guān)于釩鈦等合金爐渣、含稀土元素的礦渣、及鉛冶煉水淬渣的綜合利用研究尚未見有報道。試驗(yàn)研究了利用機(jī)械能活化(球磨)鉛冶煉水淬渣，替代鋅煙塵綜合回收系統(tǒng)凈液工段中脫除高含量砷銻所需的七水硫酸亞鐵，以實(shí)現(xiàn)鉛冶煉水淬渣資源化的目的。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用鉛冶煉水淬渣取自云南某煉鉛廠。球磨前，鉛冶煉水淬渣在鼓風(fēng)干燥箱中于80 ℃下干燥5 h，冷卻后裝入自封袋備用。

1.2 試驗(yàn)過程

0.4 L球磨罐中放入適量水淬渣及相應(yīng)大球(直徑24 mm，瑪瑙材質(zhì))和小球(直徑10 mm，瑪瑙材質(zhì))，然后安裝在球磨機(jī)上，蓋上罩蓋，接通電源，在控制器上設(shè)定運(yùn)行方式后，啟動球磨；球磨至設(shè)定時間后關(guān)閉電源，將球磨罐中水淬渣倒入180目篩中進(jìn)行篩分，取篩下物稱重，計(jì)算過篩率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 水淬渣質(zhì)量對水淬渣球磨效果的影響

試驗(yàn)條件：大小球數(shù)量比1∶6，球磨時間50 min，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min，料球質(zhì)量比1∶8。水淬渣質(zhì)量對水淬渣球磨效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。可以看出：水淬渣球磨過篩率隨水淬渣質(zhì)量增加先升高后降低，當(dāng)水淬渣質(zhì)量為10 g時，水淬渣球磨過篩率達(dá)最大；進(jìn)一步增加水淬渣質(zhì)量，球磨過篩率反而降低。這是因?yàn)殡S水淬渣質(zhì)量增加，罐內(nèi)球料運(yùn)行空間減小，導(dǎo)致水淬渣球磨不充分，球磨效果變差。綜合考慮，確定最佳水淬渣質(zhì)量為10 g。

圖1 水淬渣質(zhì)量對水淬渣球磨效果的的影響

2.2 大小球數(shù)量比對水淬渣球磨效果的影響

試驗(yàn)條件：球磨時間50 min，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min，料球質(zhì)量比1∶8，水淬渣質(zhì)量10 g。大小球數(shù)量比對水淬渣球磨效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 大小球數(shù)量比對水淬渣球磨效果的影響

由圖2看出：水淬渣過篩率會隨大小球數(shù)量比減小先升高后降低；當(dāng)大小球數(shù)量比為1∶6時，過篩率達(dá)最大。這是由于大球和小球?qū)υ淖饔昧Σ煌?，大球能量高，對大顆粒物料作用強(qiáng)，小球填充于大球空隙間，對細(xì)物料作用強(qiáng)，大小球數(shù)量比適宜時，球磨效果達(dá)到最佳。綜合考慮，確定適宜的大小球數(shù)量比為1∶6。

2.3 球磨轉(zhuǎn)速對水淬渣球磨效果的影響

試驗(yàn)條件：球磨時間50 min，料球質(zhì)量比1∶8，水淬渣質(zhì)量10 g，大小球數(shù)量比1∶6。球磨轉(zhuǎn)速對水淬渣球磨效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯核阍蚰ミ^篩率隨球磨轉(zhuǎn)速提高而升高；轉(zhuǎn)速大于230 r/min后，球磨過篩率變化不大。這是由于球磨轉(zhuǎn)速太高時會有厚厚的一層物料粉末附著在球磨罐內(nèi)壁，使研磨效果變差；同時球磨轉(zhuǎn)速過高，能耗相應(yīng)增大，生產(chǎn)成本增加。綜合考慮，確定適宜的球磨轉(zhuǎn)速為230 r/min。

圖3 球磨轉(zhuǎn)速對水淬渣球磨效果的影響

2.4 料球質(zhì)量比對水淬渣球磨效果的影響

試驗(yàn)條件：球磨時間50 min，水淬渣質(zhì)量10 g，大小球數(shù)量比1∶6，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min。料球質(zhì)量比對水淬渣球磨效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 料球質(zhì)量比對水淬渣球磨效果的影響

由圖4看出：隨料球質(zhì)量比減小，水淬渣球磨過篩率先提高后降低；料球質(zhì)量比為1∶8時，過篩率達(dá)最大。這可能是水淬渣和大小球相互作用頻率不同導(dǎo)致的：磨球過少時，球與物料的接觸頻率少，研磨效果較差；磨球過多時，雖然作用頻率增大，但研磨空間減小，磨球沒有足夠的空間獲得動能，對物料的作用力變小。綜合考慮，確定適宜料球質(zhì)量比為1∶8。

2.5 球磨時間對水淬渣球磨效果的影響

試驗(yàn)條件：水淬渣質(zhì)量10 g，大小球數(shù)量比1∶6，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min，料球質(zhì)量比1∶8。球磨時間對水淬渣球磨效果的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。可以看出：隨球磨時間延長，水淬渣球磨過篩率升高；球磨至50 min時，水淬渣過篩率最大；繼續(xù)球磨，水淬渣球磨過篩率提高幅度減小。這主要是球磨至一定程度后，顆粒粒度繼續(xù)減小所需能量會增加[9-10]；同時，隨球磨時間延長，能耗增大，生產(chǎn)成本增加。綜合考慮，確定適宜的球磨時間為50 min。

圖5 球磨時間對球磨效果的影響

2.6 綜合試驗(yàn)

在上述試驗(yàn)所得適宜球磨條件(水淬渣質(zhì)量10 g，大小球數(shù)量比1∶6，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min，料球質(zhì)量比1∶8，球磨時間50 min)下，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，以驗(yàn)證試驗(yàn)的可重復(fù)性。結(jié)果3次試驗(yàn)的水淬渣過篩率分別為45.6%、45.8%和45.4%，球磨效果差距很小，可推斷試驗(yàn)的可重復(fù)性較好。

2.7 水淬渣XRD分析

水淬渣球磨前后的XRD圖譜如圖6、7所示。XRD分析樣品的球磨條件見表1。

圖6 球磨前水淬渣樣品的XRD圖譜

圖7 不同球磨條件下水淬渣樣品的XRD圖譜

由圖6看出：球磨前水淬渣為一種玻璃狀非晶態(tài)物質(zhì)，其中只有痕量硅酸鐵和鈣鋁水合物結(jié)晶相，但其衍射強(qiáng)度較弱。由圖7看出：球磨后水淬渣中出現(xiàn)較多浮氏體和鐵酸鎂結(jié)晶相，而且衍射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)；同時不同條件下球磨所得水淬渣的衍射圖譜基本相同。由此可見，試驗(yàn)的可重復(fù)性較好，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

表1 XRD分析樣品的球磨條件

3 結(jié)論

采用球磨方法機(jī)械活化鉛冶煉水淬渣是可行的。球磨適宜條件為：水淬渣質(zhì)量10 g，大小球數(shù)量比1∶6，球磨轉(zhuǎn)速230 r/min，料球質(zhì)量比1∶8，球磨時間50 min。適宜條件下，水淬渣過篩率約為46%。球磨后水淬渣晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)，活性大大提高。機(jī)械活化后的鉛冶煉水淬渣可以用來脫除鋅煙塵酸浸液中的砷銻雜質(zhì)。