鉛冶煉水淬渣球磨工藝研究

孫紅燕，孔 馨，張瑾勛，劉貴陽

(紅河學院理學院，云南蒙自 661100)

鉛冶煉過程中產生大量水淬渣，渣量約占精鉛產量的50%(企業生產經驗數據)，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險，因此，研究其綜合利用技術有重要意義。

目前，有關水淬渣處理及工業應用方面的研究已有大量報道，如用于生產礦渣水泥、混凝土摻合料、礦渣微粉、無機涂料、無機膠凝材料、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泡沫材料等[2-8]。關于釩鈦等合金爐渣、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。試驗研究了利用機械能活化(球磨)鉛冶煉水淬渣，替代鋅煙塵綜合回收系統凈液工段中脫除高含量砷銻所需的七水硫酸亞鐵，以實現鉛冶煉水淬渣資源化的目的。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗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 試驗過程

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

2 試驗結果與討論

2.1 水淬渣質量對水淬渣球磨效果的影響

試驗條件：大小球數量比1∶6，球磨時間50 min，球磨轉速230 r/min，料球質量比1∶8。水淬渣質量對水淬渣球磨效果的影響試驗結果如圖1所示。可以看出：水淬渣球磨過篩率隨水淬渣質量增加先升高后降低，當水淬渣質量為10 g時，水淬渣球磨過篩率達最大；進一步增加水淬渣質量，球磨過篩率反而降低。這是因為隨水淬渣質量增加，罐內球料運行空間減小，導致水淬渣球磨不充分，球磨效果變差。綜合考慮，確定最佳水淬渣質量為10 g。

圖1 水淬渣質量對水淬渣球磨效果的的影響

2.2 大小球數量比對水淬渣球磨效果的影響

試驗條件：球磨時間50 min，球磨轉速230 r/min，料球質量比1∶8，水淬渣質量10 g。大小球數量比對水淬渣球磨效果的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 大小球數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量比減小先升高后降低；當大小球數量比為1∶6時，過篩率達最大。這是由于大球和小球對渣的作用力不同，大球能量高，對大顆粒物料作用強，小球填充于大球空隙間，對細物料作用強，大小球數量比適宜時，球磨效果達到最佳。綜合考慮，確定適宜的大小球數量比為1∶6。

2.3 球磨轉速對水淬渣球磨效果的影響

試驗條件：球磨時間50 min，料球質量比1∶8，水淬渣質量10 g，大小球數量比1∶6。球磨轉速對水淬渣球磨效果的影響試驗結果如圖3所示。可以看出：水淬渣球磨過篩率隨球磨轉速提高而升高；轉速大于230 r/min后，球磨過篩率變化不大。這是由于球磨轉速太高時會有厚厚的一層物料粉末附著在球磨罐內壁，使研磨效果變差；同時球磨轉速過高，能耗相應增大，生產成本增加。綜合考慮，確定適宜的球磨轉速為230 r/min。

圖3 球磨轉速對水淬渣球磨效果的影響

2.4 料球質量比對水淬渣球磨效果的影響

試驗條件：球磨時間50 min，水淬渣質量10 g，大小球數量比1∶6，球磨轉速230 r/min。料球質量比對水淬渣球磨效果的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 料球質量比對水淬渣球磨效果的影響

由圖4看出：隨料球質量比減小，水淬渣球磨過篩率先提高后降低；料球質量比為1∶8時，過篩率達最大。這可能是水淬渣和大小球相互作用頻率不同導致的：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，確定適宜料球質量比為1∶8。

2.5 球磨時間對水淬渣球磨效果的影響

試驗條件：水淬渣質量10 g，大小球數量比1∶6，球磨轉速230 r/min，料球質量比1∶8。球磨時間對水淬渣球磨效果的影響試驗結果如圖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

在上述試驗所得適宜球磨條件(水淬渣質量10 g，大小球數量比1∶6，球磨轉速230 r/min，料球質量比1∶8，球磨時間50 min)下，進行3組平行試驗，以驗證試驗的可重復性。結果3次試驗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，可推斷試驗的可重復性較好。

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物質，其中只有痕量硅酸鐵和鈣鋁水合物結晶相，但其衍射強度較弱。由圖7看出：球磨后水淬渣中出現較多浮氏體和鐵酸鎂結晶相，而且衍射強度明顯增強；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，試驗的可重復性較好，適用于大規模的工業化生產。

表1 XRD分析樣品的球磨條件

3 結論

采用球磨方法機械活化鉛冶煉水淬渣是可行的。球磨適宜條件為：水淬渣質量10 g，大小球數量比1∶6，球磨轉速230 r/min，料球質量比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構發生較大變化，由非晶態轉化為晶態，活性大大提高。機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。