铅冶炼水淬渣球磨工艺研究

孙红燕，孔 馨，张瑾勋，刘贵阳

(红河学院理学院，云南蒙自 661100)

铅冶炼过程中产生大量水淬渣，渣量约占精铅产量的50%(企业生产经验数据)，不仅占用场地，且其中所含重金属元素也有渗漏到土壤中的风险，因此，研究其综合利用技术有重要意义。

目前，有关水淬渣处理及工业应用方面的研究已有大量报道，如用于生产矿渣水泥、混凝土掺合料、矿渣微粉、无机涂料、无机胶凝材料、矿渣棉、矿渣纤维、微晶玻璃、制造钙硅肥料、筑路填料、钢渣砖等[1]。此外，还有利用水淬钢渣合成多用途硅灰石、制作污水处理剂、制作多孔陶粒及无机泡沫材料等[2-8]。关于钒钛等合金炉渣、含稀土元素的矿渣、及铅冶炼水淬渣的综合利用研究尚未见有报道。试验研究了利用机械能活化(球磨)铅冶炼水淬渣，替代锌烟尘综合回收系统净液工段中脱除高含量砷锑所需的七水硫酸亚铁，以实现铅冶炼水淬渣资源化的目的。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验所用铅冶炼水淬渣取自云南某炼铅厂。球磨前，铅冶炼水淬渣在鼓风干燥箱中于80 ℃下干燥5 h，冷却后装入自封袋备用。

1.2 试验过程

0.4 L球磨罐中放入适量水淬渣及相应大球(直径24 mm，玛瑙材质)和小球(直径10 mm，玛瑙材质)，然后安装在球磨机上，盖上罩盖，接通电源，在控制器上设定运行方式后，启动球磨；球磨至设定时间后关闭电源，将球磨罐中水淬渣倒入180目筛中进行筛分，取筛下物称重，计算过筛率。

2 试验结果与讨论

2.1 水淬渣质量对水淬渣球磨效果的影响

试验条件：大小球数量比1∶6，球磨时间50 min，球磨转速230 r/min，料球质量比1∶8。水淬渣质量对水淬渣球磨效果的影响试验结果如图1所示。可以看出：水淬渣球磨过筛率随水淬渣质量增加先升高后降低，当水淬渣质量为10 g时，水淬渣球磨过筛率达最大；进一步增加水淬渣质量，球磨过筛率反而降低。这是因为随水淬渣质量增加，罐内球料运行空间减小，导致水淬渣球磨不充分，球磨效果变差。综合考虑，确定最佳水淬渣质量为10 g。

图1 水淬渣质量对水淬渣球磨效果的的影响

2.2 大小球数量比对水淬渣球磨效果的影响

试验条件：球磨时间50 min，球磨转速230 r/min，料球质量比1∶8，水淬渣质量10 g。大小球数量比对水淬渣球磨效果的影响试验结果如图2所示。

图2 大小球数量比对水淬渣球磨效果的影响

由图2看出：水淬渣过筛率会随大小球数量比减小先升高后降低；当大小球数量比为1∶6时，过筛率达最大。这是由于大球和小球对渣的作用力不同，大球能量高，对大颗粒物料作用强，小球填充于大球空隙间，对细物料作用强，大小球数量比适宜时，球磨效果达到最佳。综合考虑，确定适宜的大小球数量比为1∶6。

2.3 球磨转速对水淬渣球磨效果的影响

试验条件：球磨时间50 min，料球质量比1∶8，水淬渣质量10 g，大小球数量比1∶6。球磨转速对水淬渣球磨效果的影响试验结果如图3所示。可以看出：水淬渣球磨过筛率随球磨转速提高而升高；转速大于230 r/min后，球磨过筛率变化不大。这是由于球磨转速太高时会有厚厚的一层物料粉末附着在球磨罐内壁，使研磨效果变差；同时球磨转速过高，能耗相应增大，生产成本增加。综合考虑，确定适宜的球磨转速为230 r/min。

图3 球磨转速对水淬渣球磨效果的影响

2.4 料球质量比对水淬渣球磨效果的影响

试验条件：球磨时间50 min，水淬渣质量10 g，大小球数量比1∶6，球磨转速230 r/min。料球质量比对水淬渣球磨效果的影响试验结果如图4所示。

图4 料球质量比对水淬渣球磨效果的影响

由图4看出：随料球质量比减小，水淬渣球磨过筛率先提高后降低；料球质量比为1∶8时，过筛率达最大。这可能是水淬渣和大小球相互作用频率不同导致的：磨球过少时，球与物料的接触频率少，研磨效果较差；磨球过多时，虽然作用频率增大，但研磨空间减小，磨球没有足够的空间获得动能，对物料的作用力变小。综合考虑，确定适宜料球质量比为1∶8。

2.5 球磨时间对水淬渣球磨效果的影响

试验条件：水淬渣质量10 g，大小球数量比1∶6，球磨转速230 r/min，料球质量比1∶8。球磨时间对水淬渣球磨效果的影响试验结果如图5所示。可以看出：随球磨时间延长，水淬渣球磨过筛率升高；球磨至50 min时，水淬渣过筛率最大；继续球磨，水淬渣球磨过筛率提高幅度减小。这主要是球磨至一定程度后，颗粒粒度继续减小所需能量会增加[9-10]；同时，随球磨时间延长，能耗增大，生产成本增加。综合考虑，确定适宜的球磨时间为50 min。

图5 球磨时间对球磨效果的影响

2.6 综合试验

在上述试验所得适宜球磨条件(水淬渣质量10 g，大小球数量比1∶6，球磨转速230 r/min，料球质量比1∶8，球磨时间50 min)下，进行3组平行试验，以验证试验的可重复性。结果3次试验的水淬渣过筛率分别为45.6%、45.8%和45.4%，球磨效果差距很小，可推断试验的可重复性较好。

2.7 水淬渣XRD分析

水淬渣球磨前后的XRD图谱如图6、7所示。XRD分析样品的球磨条件见表1。

图6 球磨前水淬渣样品的XRD图谱

图7 不同球磨条件下水淬渣样品的XRD图谱

由图6看出：球磨前水淬渣为一种玻璃状非晶态物质，其中只有痕量硅酸铁和钙铝水合物结晶相，但其衍射强度较弱。由图7看出：球磨后水淬渣中出现较多浮氏体和铁酸镁结晶相，而且衍射强度明显增强；同时不同条件下球磨所得水淬渣的衍射图谱基本相同。由此可见，试验的可重复性较好，适用于大规模的工业化生产。

表1 XRD分析样品的球磨条件

3 结论

采用球磨方法机械活化铅冶炼水淬渣是可行的。球磨适宜条件为：水淬渣质量10 g，大小球数量比1∶6，球磨转速230 r/min，料球质量比1∶8，球磨时间50 min。适宜条件下，水淬渣过筛率约为46%。球磨后水淬渣晶体结构发生较大变化，由非晶态转化为晶态，活性大大提高。机械活化后的铅冶炼水淬渣可以用来脱除锌烟尘酸浸液中的砷锑杂质。