氣流磨制備磷渣超細粉的研究*

徐 迅，盧忠遠，李 軍

（西南科技大學材料科學與工程學院，四川省非金屬復合與功能材料重點實驗室－省部共建國家重點實驗室培育基地，四川綿陽 621010）

磷渣作為一種固體廢棄物在建材領域中有著廣泛的應用。已有研究資料表明［1］：作為水泥混凝土的活性摻合料的必要條件是其產品的比表面積至少要達到400 m2/kg以上，且細度越高使用效果越好。但是，目前傳統的球磨工藝很難將磷渣制備成超細粉。氣流磨是在高速氣流作用下，物料通過自身顆粒之間的撞擊，氣流對物料的沖擊剪切作用以及物料與其他部件的沖擊、摩擦、剪切而使物料粉碎。利用氣流磨制備超細粉體具有如下特點：能耗低，進料粒度范圍大，成品粒度分布非常集中，粉碎粒度范圍廣，磨損極小，尤其適合于高硬度、高純度物料的超細粉碎，不改變物料的化學性質，不污染產品和環境［2］。筆者探索利用氣流磨對磷渣進行超細加工，研究不同操作參數對磷渣超細粉特性的影響。

1 試驗原料及方法

1.1 試驗原料

磷渣來自四川省攀枝花市川投電冶公司黃磷廠，其主要化學組成：w（CaO）=50.61%，w（SiO2）=38.39%，w（MgO）=2.29%，w（Al2O3）=2.80%，w（Fe2O3）=0.29%，w（P2O5）=1.93%。

1.2 試驗方法

試驗所用設備為QS100水平圓盤式氣流磨。由于氣流磨對入磨粒度有一定要求，因此先將磷渣在2MZG-38型振動磨中粉磨15 min后再進入氣流磨粉磨。粉磨時應注意的事項：入磨氣壓必須大于粉碎氣壓，否則會將磷渣噴出；料流速度不能過大，否則會造成進料口堵塞。氣流磨的進料速度是由自動給料機控制，以電流表（mA）進行表征和調節，電流與料流速度的關系見表1。

表1 氣流磨給料機電流與料流速度的關系

影響氣流磨效率的因素有入磨氣壓、粉碎氣壓以及料流速度，固定其中2個因素不變，調節另一個因素來研究其對磷渣產品細度的影響。

2 試驗結果及分析

2.1 料流速度對粉磨效率的影響

保持入磨氣壓（0.60 MPa）和粉碎氣壓（0.55 MPa）不變，考察料流速度對磨機粉磨效率的影響，試驗結果見表2。

表2 不同料流速度所得磷渣比表面積

由表2看出：磷渣比表面積隨料流速度的增加而減小。其原因可能是，料流速度過大會造成物料在粉碎室的粉碎不充分，進而影響粉碎效率。對該磷渣試樣作激光粒度分析，結果見表3。

表3 不同料流速度所得磷渣粒度分布

對表3進行回歸分析表明：磷渣料粉完全符合羅辛-拉姆勒-本尼特（RRB）粒度分布，其表達式：

式中：R為粉磨產品中某一粒徑x（μm）篩余物質量分數，%；x為特征粒徑，μm；n為均勻性系數。

表4為磨后粉體樣品RRB分布的線性回歸方程、相關系數r、特征粒徑x和均勻性系數n。

表4 不同料流速度所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結果

2.2 入磨氣壓對粉磨效率的影響

保持料流速度（5 g/s）和粉碎氣壓（0.40 MPa）不變，考察入磨氣壓對磨機粉磨效率的影響，試驗結果見表5。從表5可以看出，磷渣比表面積隨入磨氣壓的增加而加大，且近似呈線性關系。對該磷渣試樣作激光粒度分析，結果見表6。

表5 不同入磨氣壓所得磷渣比表面積

表6 不同入磨氣壓所得磷渣粒度分布

對表6進行回歸分析表明：磷渣料粉也符合RRB粒度分布。表7為磨后粉體樣品RRB分布的線性回歸方程、相關系數r、特征粒徑x和均勻性系數n。

表7 不同入磨氣壓所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結果

2.3 粉碎氣壓對粉磨效率的影響

保持料流速度（5 g/s）和入磨氣壓（0.60 MPa）不變，考察粉碎氣壓對磨機粉磨效率的影響，試驗結果見表8。

表8 不同粉碎氣壓所得磷渣比表面積

由表8可以看出，粉碎氣壓與磷渣比表面積近似呈線性關系，可見對于氣流磨，欲使加工的粉體達到較大的比表面積，就必須盡可能增加其工作壓力。對該磷渣試樣作激光粒度分析，結果見表9。

表9 不同粉碎氣壓所得磷渣粒度分布

對表9進行回歸分析表明：磷渣料粉也完全符合RRB粒度分布。表10為磨后粉體樣品RRB分布的線性回歸方程、相關系數r、特征粒徑x和均勻性系數n。

表10 不同粉碎氣壓所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結果

2.4 最優粉磨方案探討

將氣流磨料流速度調至最小（5 g/s），將其工作壓力調至實驗室允許的最大值，即入磨氣壓為0.75 MPa、粉碎氣壓為0.70 MPa，較佳的試驗數據：磷渣比表面積為 859m2/kg、d（0.5）=3.68μm。其粒度分布見表 11。

表11 最佳實驗條件下磷渣粒度分布

在實驗室所能達到的最佳條件下的試驗結果表明，氣流磨加工后的磷渣的比表面積達到了859m2/kg，且其粒度幾乎全部分布在20 μm以下。其特征粒度方程：loglog（100/R）=1.29 log x-1.36，相關系數r=-0.9964，特征粒徑 x=5.91 μm；均勻性系數n=1.29。該組數據的特征粒徑達到了5.91 μm，說明其顆粒群粒度已經達到相當細的程度；均勻性系數為1.29，說明其分布比較集中。

3 結論

1）磷渣試樣的比表面積隨氣流磨料流速度的增加而減小。2）磷渣試樣的比表面積隨入磨氣壓和粉碎氣壓的增加而增大，且近似呈線性關系。3）在料流速度為5 g/s、入磨氣壓為 0.75 MPa、粉碎氣壓為0.70 MPa條件下，制備的磷渣超細粉的比表面積達到859 m2/kg、特征粒徑達到了5.91 μm、中位徑達到了 3.68 μm。

［1］楊基典，顏碧蘭，王紀曾.GB/T 18046—2000〈用于水泥與混凝土中的粒化高爐礦渣粉〉介紹［J］.混凝土，2000（9）：30-32.

［2］李鳳生.超細粉體技術［M］.北京：國防工業出版社，2001：83-84.