鉻礦渣破碎工藝的探究

張棟,張大軍,段文婷,楊靖,林先峰,周海麗,朱剛強(qiáng),朱政新,朱志斌

（1 江西工陶院精細(xì)陶瓷有限公司， 萍鄉(xiāng) 337000? 2 江西宏科特種合金有限公司， 萍鄉(xiāng) 337000? 3 中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 青島 266000）

1 前言

鉻礦渣是在金屬鉻生產(chǎn)過程中由三氧化二鉻粉料、鋁粉和氯酸鈉等按照一定的比例混合，經(jīng)高溫煅燒，提取金屬鉻完成后留下的殘?jiān)?/p>

鉻礦渣的處理歷來被認(rèn)為是鉻鹽行業(yè)最頭疼的問題，也是世界性的難題。產(chǎn)生量大，處理不當(dāng)將造成工業(yè)固體廢棄物污染，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的破壞力。

鉻礦渣是有害廢渣，尾礦中可溶性的Cr6+毒性劇烈，經(jīng)雨水沖淋，滲入地下，污染地下水，酸溶性的六價(jià)鉻，經(jīng)雨水及空氣中的CO2作用，逐步變?yōu)樗苄粤鶅r(jià)鉻，不僅危害生態(tài)環(huán)境，影響動(dòng)植物生長(zhǎng)，而且通過消化道和皮膚進(jìn)入人體后，分布在肝和腎、肺部中，引發(fā)細(xì)胞癌變，對(duì)人體健康影響非常嚴(yán)重，世界各國(guó)已將其列入危險(xiǎn)固體廢棄物之列。

但丁說過：“世界上沒有垃圾, 只有放錯(cuò)地方的寶藏”，這句話同樣也適用于鉻礦渣的綜合利用。現(xiàn)階段，鉻礦渣的主要用途是制作鑄石、磚等低端建筑材料，其他應(yīng)用領(lǐng)域添加量都很少。

經(jīng)過分析鉻礦渣中的元素含量，Al2O3含量高達(dá)74%-78%，且雜質(zhì)類元素含量低，是可以用于陶瓷及高檔耐火材料行業(yè)替代氧化鋁類主要原料的，且還含有10%-16%左右的的Cr2O3，2%-5%左右的ZrO2，可以無形之中起到增韌陶瓷的作用，增加了陶瓷制品的強(qiáng)度，綜合利用領(lǐng)域和空間很大。

陶瓷和耐火材料等領(lǐng)域需要的原材料粒徑一般為微米級(jí)及以下，故首先將鉻礦渣破碎至微米級(jí)，成為拓展鉻礦渣綜合利用領(lǐng)域和空間的首先要解決的難題。

高溫?zé)铺崛⊥瓿山饘巽t后，得到的鉻礦渣既大又硬，很難進(jìn)行破碎，普通的破碎方式難以達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又能保證破碎后的原晶粒度符合要求。本文根據(jù)鉻礦渣的特性介紹了一種鉻礦渣的分級(jí)破碎至微米級(jí)工藝。

2 破碎工藝概述

我方結(jié)合礦山破碎機(jī)

（1）破碎工藝流程圖見圖1。

圖1 鉻渣破碎工藝流程圖

圖2 濕法球磨后的鉻礦渣粒徑分布

圖3 噴霧干燥造粒后的粒徑分布

（2）工藝說明：

本工藝包含鉻礦渣的粗碎、中碎、篩分及回料破碎、球磨濕磨細(xì)碎、噴霧干燥造粒五個(gè)工段。

首先，將鉻礦渣在尾礦堆場(chǎng)利用液壓破碎錘產(chǎn)生高頻率的沖擊進(jìn)行粗破，破碎至粒度為300～550mm。

其次，再將粗碎后的鉻礦渣，利用三道雙齒輥式破碎機(jī)進(jìn)行三級(jí)中碎，第一級(jí)中碎齒輥式破碎機(jī)破碎，入料粒度≤550mm，出料粒度≤250mm；第二級(jí)中碎齒輥式破碎機(jī)破碎，入料粒度≤250mm，出料粒度≤80mm，第三級(jí)中碎齒輥式破碎機(jī)破碎，入料粒度為≤80mm，出料粒度為≤5.5mm，第三級(jí)中碎出料≤5.5mm 占80%-90%，另外選用層層遞進(jìn)的方式，對(duì)鉻礦渣進(jìn)行中碎，既減輕了單級(jí)齒輥破碎機(jī)的使用強(qiáng)度，又提高了每級(jí)破碎后得到合格料的占比。

再次，經(jīng)過三級(jí)直線振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，將破碎后的鉻礦渣篩分：一級(jí)為3.5-5.5mm 顆粒，第二級(jí)為1.5-3.5mm 顆粒，第三級(jí)為0-1.5mm 顆粒，一級(jí)篩上料（＞5.5mm）的鉻礦渣再回到第三級(jí)中碎進(jìn)行回料破碎。

第四, 將三種篩分完成的鉻礦渣分別裝入球磨機(jī)進(jìn)行濕法球磨細(xì)碎，濕法球磨時(shí)添加助磨劑，助磨劑為鉻重量的0.5%-0.8%的有機(jī)硅，按照料：球：水=1:2:1，加入鉻礦渣、研磨球（92 型氧化鋁研磨球）及水，研磨破碎10-16h，至中位粒徑約≤20μm 左右。

球磨濕磨時(shí)選用的球磨機(jī)處理量要大一些，選取研磨球時(shí)，大球的占比要多一些，大球球徑大一些，主要利用大的研磨球碰撞，使高硬度鉻礦渣實(shí)現(xiàn)細(xì)碎目的。

第五、球磨濕磨完成的三種料漿，分別經(jīng)噴霧干燥塔進(jìn)行干燥造粒，噴霧造粒后得到三種100 微米類球型鉻礦渣粉。比表面積增大，粉體活性提高。可用于陶瓷及高檔耐火材料行業(yè)替代主要原料。

經(jīng)對(duì)破碎后的鉻礦渣進(jìn)行全分析測(cè)定，發(fā)現(xiàn)分級(jí)的3 中粒徑不同的礦渣的元素含量存在一定的差異。在后期選用時(shí)可根據(jù)原料差異選擇利用。

3 本工藝的優(yōu)點(diǎn)

（1）中碎選用雙齒輥式破碎機(jī)，雙齒輥破碎機(jī)利用拉應(yīng)力和剪應(yīng)力來破碎物料，這與通常的擠壓式完全相反。這種方法可以更好地控制破碎過程。且其生產(chǎn)能力高，運(yùn)行成本低，雙齒輥破碎機(jī)的齒數(shù)多，齒數(shù)的設(shè)計(jì)和間距的設(shè)計(jì)保證了小于合格塊的顆粒可以直接通過破碎段而不被破碎，因此破碎功率的消耗最小。

（2）中碎分三級(jí)進(jìn)行，選用層層遞進(jìn)的方式，對(duì)鉻礦渣進(jìn)行中碎，既減輕了單級(jí)齒輥破碎機(jī)的使用強(qiáng)度，又提高了每級(jí)破碎后得到合格料的占比。

（3）鑒于鉻礦渣的硬度很高，進(jìn)行細(xì)碎的難度比中碎難度還要大，故選用球磨濕磨時(shí)選用大處理量的球磨機(jī)，所選研磨球大球的占比要多一些，大球球徑大一些。利用研磨球?qū)ξ驳V的碰撞、研磨，使高硬度鉻礦渣實(shí)現(xiàn)細(xì)碎目的。

（4）采取其他干燥方式也能達(dá)到干燥的目的，但操作周期長(zhǎng)，且在干燥后還需進(jìn)行研磨處理，時(shí)間成本及經(jīng)濟(jì)成本都很高，故本文采用噴霧干燥塔。噴霧干燥塔可實(shí)現(xiàn)干燥速度快，料液在經(jīng)過霧化之后實(shí)現(xiàn)造粒，造粒后的粒徑為微米級(jí)無需再次研磨破碎，比表面積增大，粉體活性增強(qiáng)，大大提高了高性能粉體的成品率。

表1 三種成品鉻礦渣的化學(xué)全分析（%）

（5）破碎造粒后的微米級(jí)工業(yè)固體廢棄物鉻礦渣粉可用于陶瓷及耐火材料行業(yè)高端制品的主要原料，鉻礦渣綜合利用領(lǐng)域和空間得到大大提高；經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)語

通過本文介紹的工藝制備出的微米級(jí)高活性鉻渣粉體，可以作為主要原料廣泛應(yīng)用于陶瓷及耐火材料行業(yè)制品的制備。這樣既解決了工業(yè)固體廢棄物鉻渣的綜合利用問題，使其變廢為寶，同時(shí)鉻渣作為廢棄物，又降低了原料成本，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。