氣流磨制備磷渣超細(xì)粉的研究*

徐 迅，盧忠遠，李 軍

（西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川省非金屬復(fù)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(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)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(chǎn)品的比表面積至少要達到400 m2/kg以上，且細(xì)度越高使用效果越好。但是，目前傳統(tǒng)的球磨工藝很難將磷渣制備成超細(xì)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(xì)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(xì)粉碎，不改變物料的化學(xué)性質(zhì)，不污染產(chǎn)品和環(huán)境［2］。筆者探索利用氣流磨對磷渣進行超細(xì)加工，研究不同操作參數(shù)對磷渣超細(xì)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(xué)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(shè)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(yīng)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(diào)節(jié)，電流與料流速度的關(guān)系見表1。

表1 氣流磨給料機電流與料流速度的關(guān)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(diào)節(jié)另一個因素來研究其對磷渣產(chǎn)品細(xì)度的影響。

2 試驗結(jié)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(jié)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(jié)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(chǎn)品中某一粒徑x（μm）篩余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；x為特征粒徑，μm；n為均勻性系數(shù)。

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

表4 不同料流速度所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結(jié)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(jié)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(guān)系。對該磷渣試樣作激光粒度分析，結(jié)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(guān)系數(shù)r、特征粒徑x和均勻性系數(shù)n。

表7 不同入磨氣壓所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結(jié)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(jié)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(guān)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(jié)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(guān)系數(shù)r、特征粒徑x和均勻性系數(shù)n。

表10 不同粉碎氣壓所得磷渣RRB分布的線性回歸分析結(jié)果

2.4 最優(yōu)粉磨方案探討

將氣流磨料流速度調(diào)至最?。? g/s），將其工作壓力調(diào)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(shù)據(jù)：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(jié)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(guān)系數(shù)r=-0.9964，特征粒徑 x=5.91 μm；均勻性系數(shù)n=1.29。該組數(shù)據(jù)的特征粒徑達到了5.91 μm，說明其顆粒群粒度已經(jīng)達到相當(dāng)細(xì)的程度；均勻性系數(shù)為1.29，說明其分布比較集中。

3 結(jié)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(guān)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(xì)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(jì)曾.GB/T 18046—2000〈用于水泥與混凝土中的?；郀t礦渣粉〉介紹［J］.混凝土，2000（9）：30-32.

［2］李鳳生.超細(xì)粉體技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2001：83-84.