（矿物加工工程专业论文）强化硫化铅精矿烧结焙烧技术及机理研究.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 硫化铅精矿烧结焙烧是火法炼铅工艺的主要工序之一，铅烧结 块质量的好坏将直接影响鼓风炉还原熔炼过程和铅的回收率。 针对目前硫化铅精矿带式烧结机鼓风烧结工艺中所存在的烧结 料层透气性差，烧结结块率低、强度差，脱硫效果差等问题，本文 以株洲冶炼厂铅精矿为对象，系统研究了硫化铅精矿烧结焙烧的强 化技术。 研究表明：通过采用添加剂、强化混合料制粒、热风烧结等技 术，以及对烧结机鼓风烧结工艺参数进行优化等措施，可显著改善 烧结料层的透气性，强化混合料的烧结焙烧和脱硫，提高烧结结块 率和铅烧结块的强度。 当烧结原料配比为返矿6 5 、圆盘铅1 0 、浸出渣7 、黄铁矿 烧渣4 、石灰石3 8 、宝山铅1 4 ，原料含硫6 o 左右、含铅4 5 7 左右，并添加o 5 f 粘结剂的条件下，进行鼓风烧结焙烧。具体烧 结焙烧工艺条件：返矿润湿水分4 o ，混合料水分6 8 ，混合时间 2 m i n ，制粒时间2 m i n ，烧结料层高度3 6 5 m m ，烧结鼓风风压4 0 0 0 p a 。 在此条件下，可使烧结焙烧脱硫率由6 0 8 6 提高到7 3 7 3 7 6 1 6 ， 成品烧结块含硫量由2 1 5 下降到1 5 l 1 6 4 ，i s o 转鼓强度由 4 9 9 3 提高到5 4 7 9 5 5 4 4 ，烧结利用系数由】6 7 0 以d m 2 ) 提高 到18 0 0 “( d m 2 ) 2 0 0 0 t ( d m 2 ) 的优良结果。 机理研究表明：理想的制粒效果是形成以返矿为核心，以细粒精 矿的粘附料的制粒小球结构模型。粘结剂可改善矿粒表面亲水性并 在矿粒表面吸附，促进了制粒小球结构模型的形成。提高料层透气 性可提高氧气的内扩散速率，而白云石添加剂可提高液相形成温度， 延长脱硫时间，提高脱硫反应温度。 物相组成和显微结构分析表明：采取强化措施后，铅烧结块中 各物相之间的粘结明显加强，孔隙率减小，结构变得致密，显微强 度获得明显改善。烧结块中钙镁檄榄石、镁铁橄榄石等含镁化合物 的生成数量增多，游离c a o 和s i 0 2 的数量减少，烧结块自然粉化率 降低，质量获得明显改善。 关键词：铅，硫化铝精矿，烧结焙烧，脱硫 一堡主兰堕笙苎塑至 a b s t r a c t t h e s i n t e r i n g o fl e a d s u l p h i d e c o n c e n t r a t ei so n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp r o c e d u r e sm l e a de x 仃a c t i o n b yp y r o m e t a l l u r g y t h eq u a l i t i e s o fl e a ds i n t e rp r e s e n ti m p o r t a n te 氐c t so n 也er e d u c t i o ns m e h i n ga n dt h e r e c o v e uo f l e a d i nt h e p a p e r ，f o c u s i n g o nm ep r o b l 唧s e x i s t i n g 吐1 eu p 出a l l 曲t s i n t e r i n g o fl e a d c o n c e n 僦e ，s u c h a s1 0 wb e d p e r n l ea _ b i l i t y 。l o w p r o d u c t i v i t y a i l dl o w q u a l i t i e so fp r o d u c tl e a d s i n t e ra i l d d e s u l p h u r i z a t i o n ，t h ee n f o r c i n gs i n t e r i n gt e c h n i q u e sw e r es y s t e m a t i c a l l y i n v e s t i g a t e db yu s i n gl e a dc o n c e n 仃a t e 行o mz h u z h o um e t a n u r g yp l a n t i tw a sf o u l l d 也a tt h ei m p r o v e m e n to fp e h n e a b i l i t yo fm eb e d ， q u a l h i e so fl e a ds i m e ra n dd e s u l p h u r i z a t i o nc o u l db ea c h i e e db yu s i n g a d d i t i v e ，s t r e n g t h e n i n gg r a n u l a t i n g ，h o tb l a s tf i r i n g a n da d j u s t i n gm e p a r 锄e t e r sf o rs i n t e r i n g f o ram i x e df e e do f6 5 r e t u m 1o m i x e di e a dc o n c e n 仃a t e ，7 1 e a c h i n gr e s i d u e ，4 p y r i t er e s i d u e ，3 8 l i m e s t o n ea i l d1 4 b a o s h a n 1 e a dc o n c e n 廿a t ea n d0 5 f a d d i t i v e ， t h e i m p r o v 锄e n t o f d e s u l 曲u r i z a t i o n 丘o m6 0 8 6 t o7 3 3 7 7 6 1 6 ，t h e r e d u c t i o no f s u l p h u rc o n t e n ti np r o d u c tl e a ds i m e r 仔o m2 15 t o1 51 1 6 4 ，t h e i n c r e a s eo fi s ot 哪b 1 盯i n d e x 舶m4 9 9 3 t o5 4 7 9 5 5 4 4 a 工l d p r o d u c t i o nc o e f f i c i e n t 如m1 6 7 0 以d m 2 ) t o1 8 0 0 “( d m 2 ) 2 0 0 0 “( d m 2 ) w e r eo b t a i n e du n d e rc o n d i t i o n so f4 o m o i s n l r eo fr e n l m ，6 8 m o i s t u r eo fb l e n d ，2 m i nb l e n dt i m e ，2 m i n 铲a n u l a t i n gt i m e ，3 6 5 m m h e i 曲to f s i n t e r b e da i l d4 0 0 0 p a u p d r a u g h tp r e s s u r e e a | e c t i v eg r a n u l a t i o ni st h ef o m a t i o no f 星孵n u l a rs t r u c t u r ew i m r e t l l ma sc o r ea n dc o n c e n 仃a t ef i n e sa sa d h e d n gl a y e r b i n d e r sc o n 订i b u t e t oi m p r o v e m e n to fs u r f a c ew a t e r a b i l i 巧o fr e t u m sa n df i n e s ，a i l d t o l 础a g eo ff i n e sb ya d s o r b i n go ns u m c eo ff m e sa n dr e t 啪s h i g h p e n n e a b i l i t ) ，h e l p st oi n c r e a s eo x y g e n d i m 工s i o nm t e t h r o u g hi r u i e rp o r e s ， a n dd o l o m i t ea c t sa sa d d i t i v ee l e v a t i n gf l u i df o 珊a t i o nt e m p e r a t u r e ， w h i c hr e s u l t si nl o n g e rt i m eo fd e s u l 如r i z a t i o np r o c e s s t h e r e f b r e ， d e s u l 陆i z a t i o n i se n h a l l c e d b y e f f e c t i v e 鲫r l u l a rs m j c t u r e ，h i 曲 p e m e d b i l t ) r ，a n dd o l o m i t e a sa d d i t i v e m i n e r a l o g yc o m p o s i t i o na n dm i c r o s t r u c t u r eo fp r o d u c ti e a d s i n t e r ” 硕士学位论文 摘要 w e r es t u d i e d i tw a ss h o w nt h a t 也es t r e n g m e n i n gt e c h n i q u e sr e s u l ti n i n c r e a s ei nc o h e s i o na m o n gc o m p o n e m si nl e a ds i n t e ra n dd e c r e a s ei n p o r o s i t ya sw e l la si m p r o v e m e m o fm i c r o s n c t u r es 打e n 础f u r t h e m o r e ， m o r ec o m p o u n d sc o n t a i n m gm 岛s u c ha sc a f e o l i v i n ea n dm g f e 0 1 i v i n ea r ef o m e da i l d 抒e ec a oa i l ds i o ，a r ed e c r e a s e d t h e r e f o r e 、t h e d e g r a d a t i o ni n d e xo fl e a d s i m e ri sd e c r e a s e da i l dm eq u a l i t i e sa r e i n c r e a s e dr e m 砌( a b l yb y 廿1 es 打e n g t l l e n i n gt e c h n i q u e s k e yw o r d s 1 e a d ，l e a ds u l p h i d ec o n c e n 仃a t e ，s i n t e r i n g ， d e s u l 如r i z ：a t i o n 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谓 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包括为获得中南大学或其它单位的学位或证书而使用过的材 料。与我共同1 作的同志对本研究工作所做的贡献均己在论文中作 了明确的说明。 关于学位论文使用授权说明 本人了解 卜，南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学 位论文：学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名 导师签名：墟日明：皂堕年芝月j l 日 至! 圭兰焦笙苎 蔓二至壅堕堡鲨 。_ - - - _ _ _ _ - _ - _ - 。_ 。_ _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。- 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，_ _ - _ _ _ _ 一 1 1 铅的冶炼 第一章文献综述 1 1 ，1 铅的性质和用途 铅是一种蓝灰色金属，具有密度大( 2 0 为1 1 t 3 4 妇3 ) 、硬度小( 莫氏1 5 ) ， 熔点低( 3 2 7 5 ) 、沸点高( 1 5 2 5 ) ，延性差、展性好，导热和导电性能差等特 点【l 5 l 。高温条件下铅易挥发，因此，在冶炼时易造成金属损失和环境污染【】。 铅在常温下不与干燥空气或不含空气的水中作用，但在潮湿和含c 0 2 的空气 中发生化学反应，生成p b 0 2 和3 p b c 0 3 p b ( o h ) 2 保护膜，使其失去光泽或变 成暗灰色。在空气中加热时，铅能顺次氧化成p b 0 、p b o 、p b 2 0 3 ( 3 3 0 4 5 0 ) 、p b 3 0 4 ( 4 5 0 4 7 0 ) 。高温下p b 2 0 3 或p b 3 0 4 都会分解成p b o i “”。 铅易溶于h n 0 3 、h b f 4 、h 2 s i f 6 、c h 3 c 0 0 h 和a g n 0 3 等，p b 与h c l 和 h 2 s 0 4 的作用只发生在常温条件下，并且仅限于其表面，生成的p b c i 2 和p b s 0 4 也是两种几乎不溶解的表面膜【l t 5 1 。 由于铅具有高度的化学稳定性，抗酸碱腐蚀的能力都很高，因此常用作化 工和冶金设备的防腐衬里和防护材料，也可作为电缆的保护包皮【l 捌。与其它金 属( 如锡、锑、铋) 组成合金后，其具有更加广泛的用途。铅的某些化合物( 如铅 白等) 常用于油漆、玻璃、陶瓷、橡胶等工业部门【m 嘲。当铅以四乙基铅 ( p b ( c 2 h 5 ) 4 ) 加入汽油时，可提高汽油的辛烷值，防止燃烧时发生爆炸【1 3 】。 另外，由于铅可吸收放射线，具有抵抗放射性物质透过的能力，因此，金 属铅还是x 光和原子能装置的防护材料【l j ，4 】。 1 1 2 铅的提取方法 炼铅的主要原料是铅矿石，其次是废铅。铅矿石分为硫化矿和氧化矿两大 类，硫化矿方铅矿( p b s ) 分布最广，它属原生矿，且多与辉银矿( a 9 2 s ) 、闪锌 矿( z n s ) 共生，除此以外，还常与黄铁矿( f e s ) 、黄铜矿( c l l f e s 2 ) 、硫砷铁矿 ( f e a s s ) 和辉铋矿( b i 2 s 3 ) 等共生【2 t 】7 】。 氧化铅矿属次生矿。主要包括自铅矿( p b c 0 3 ) 和铅矾( p b s 0 4 ) ，其常与硫化 矿共存。 二次铅物料主要有8 埘】：回收的废蓄电池残片及填料t 蓄电池厂及炼铅厂 所产的铅浮渣，二次金属回收厂和有色金属生产厂所产的含铅炉渣- 二次金属 硕士学位论文 第一章文献综述 回收和贵金属冶炼厂所产含铅烟尘，湿法冶金所产的浸出铅渣，铅熔炼所产的 含铅锍，以及铅消费部门产生的各种铅废料等。 在工业发达的国家，再生铅的生产已占铅总产量的4 0 4 4 o 2 1 1 。 与许多有色金属一样，从铅矿石中提取铅的方法主要有两种：火法炼铅和 湿法炼铅。但湿法炼铅目前仍处于研究阶段，或只用于小规模生产和再生铅的 回收。当代大工业生产铅的方法几乎全部采用火法炼铅i “5 7 2 1 。 下面分别介绍下从铅矿石中提取铅的主要方法。 1 1 2 1 湿法炼铅 湿法炼铅是用适当的溶剂使铅精矿中的铅浸出，与脉石等分离，然后从浸 出液中提取铅的方法。湿法炼铅已进行了长期的试验工作1 j o m 5 1 。早期的研究 对象主要为难选矿物，及不宜用火法处理的成分复杂的低品位铅矿和含铅物料， 如浮选中矿、含铅灰渣、烟尘以及氧化铅锌矿等。近年来，对硫化铅矿也进行 了大量的湿法冶炼试验，归纳起来，主要有以下几类： ( 1 ) 氯化物浸出法阱，2 2 ，2 3 ，2 6 】 该法是利用难溶的铅盐和p b c l 2 、p b s 0 4 在过量的氯离子中形成可溶p b c l 4 厶 络合阳离子的原理，将铅精矿或含铅物料中的p b s 转变为p b c l 4 2 + 络合离子。其 反应为： p b c l 2 + 2 n a c i = n a 2 p b c l 4( 1 1 ) p b s 0 4 + 4 n a c l _ n a 2 p b c k + n a 2 s 0 4( 1 - 2 ) 为了消除n a 2 s 0 4 引起的逆反应，同时加入c a c l 2 以生成c a s 0 4 沉淀。从反 应式( 1 ) 、( 2 ) 得知，采用n a c l 和c a c l 2 混合溶液浸出时，先要将精矿中的p b s 转变成p b c l 2 和p b s 0 4 。 该法经改进后还可回收银。如采用3 m l h c l 与5 9 c u c l 的饱和n a c l 溶液2 l 浸出1 8 p b 、5 5 0 9 ，渔g 物料3 0 0 9 ，室温下浸出2 h ，浸出渣再经一次浸出，p b 和a g 的浸出率分别达9 0 、9 5 。 氯化浸出所得的浸出液中除含p b ( 4 0 m m 、2 5 i i l n l 4 0 m m 、 1 6 m m 2 5 m m 、1 0 m m 1 6 m m 、5 m m 1 0 m m 、 4 0 m m 百分含量即为烧结块率。 ( 2 ) 烧成率y 烧成料的总重占装料量( 干基) 的百分数。 ( 3 1 垂直烧结速度v - 指高温带垂直向上移动的速度。算法如下： _ = 孚 式中：v 一垂直烧结速度，简称烧结速度，舢耐m i n h 一料层高度，m m t 一烧结焙烧时间，指从点火后开始送风至烧结终点时所经历的时 间，不包括冷却时间m i n ( 4 利用系数p 硕士学位论文 第二章原料与方法 指单位烧结面积1 昼夜所生产的成品烧结块的吨数。试验中按下式计算： p ：生竺 f t 式中：p 一烧结利用系数，t ( d m 2 1 w 一成品烧结块质量，k g t 一烧结时间，m i n f 一烧结面积，m 2 f 5 ) 转鼓强度t i 由于目前尚未制定规范化的有色矿烧结块强度考核标准，本文引入了铁矿 烧结中使用的1 ，2 i s o 转鼓强度。其测定方法是将7 5 k g 成品烧结块放入巾 l 0 0 0 m m 2 5 0 m m 的转鼓中转动2 0 0 转共8 m i n ，取出后用6 3 m m 孔径摇筛筛 分i 5 m i n 共3 0 次，筛上部分质量占入鼓总量的百分数即为转鼓强度。 ( 6 ) 脱硫率e 表示原料中的硫在烧结焙烧过程中被脱除的百分数，计算方法如下： e ；竺= ! ：! l o o 式中：e 一脱硫率， u 一烧结混合料含硫量， e 一烧结块中的残硫量， y 一烧成率， ( 7 ) 脱硫强度n 表示单位面积烧结机1 昼夜脱除的硫量，试验中计算方法如下： ：! ：竺亟堕= ! ：翌。 f t 式中：n 一脱硫强度，“( d m 2 ) w o 一干基装料质量，k g 另外。为了便于清楚地了解混合料在烧结过程中的行为，烧结焙烧过程中 对风压、风量和烟气温度进行在线检测。 2 2 2 原料的制粒及评价方法 制粒性能试验在巾8 0 0 m m 的圆盘造球机中进行，试验流程如图2 4 。将原 料按设定配比进行配料、混合、加水润湿，然后倒入圆盘造球机中制粒5 分钟， 出料后用缩分器分出各个检测样。每次试配料总量为8 k g 。 本文通过测定制粒后混合料的透气性指数、粒度组成与平均粒度、粘附率、 硕士学位论文第二章原料与方法 制粒小球的湿强度和干强度等指标来综合评价制粒效果，其中以透气性指数、 平均粒度和粘附率为主要考察指标。 i配料 由 图2 4 原料制粒性能研究试验流程 ( 1 ) 透气性指数 透气性指数( j p u ) 是表示在一定风压下，一定高度料层单位面积所通过的 风量的参数，它是考查细颗粒物料透气性的一个常用参数。计算公式如下： 卯u = 詈亡) 0 6 式中：j p u 一料层的透气性指数； q 一通过料层的风量，m 3 ，m i n ： f 一鼓风面积，m 2 ； h 一料层高度，m ； 量 硕士学位论文第二章原料与方法 p 一风压，p a 。 透气性指数的测定装置如图2 5 。 图2 5 透气性指数测定装置 1 压差计2 盛料杯3 缓冲瓶4 转子流量计 5 ，调节阀6 鼓风机 ( 2 ) 粒度组成与平均粒度 将剑粒后的混合料用筛孔直径分别为1 0 m m ，8 i n m ，5 m m ，3 m m ，2 唧， 1 n u n 的标准筛进行筛分，算出各个粒级的质量百分含量。平均粒度是用这7 个粒级的含量按加权平均法算出，计算公式如下： 孑：墨丝：翌旦 琏l o u 式中：d 一平均粒度，n u n n 。一第i 个粒级的质量百分含量， d ；一第i 个粒级下、上限粒径的算术平均值，其中大于1 0 的确定为 l o ，小于l 的确定为o 。8 ，m m ( 3 ) 粘附率 粘附率是表征粘附粒子在制粒过程中形成粘附状态程度的一个参数用制 粒前后1 m m 粒级质量百分含量的变化率来表示，计算公式如下： 6 ；堡q = 堡l l o o 啊。 式中：5 一粘附率， n l o 一制粒前1 m m 粒级百分数， n l l 一制粒后1 m m 粒级百分数， ( 4 ) 制粒小球强度 制粒小球强度分湿强度和干强度。湿强度的测定是将1 k g 左右的湿制粒料 从1 o m 高度落下5 次干强度的测定则是将干燥后的制粒科从2 0 m 高落下l 里堕苎堡燮一 苎三里堕型兰立鎏 次。将落下后的制粒料进行筛分，以1 n m 粒级含量的增加，即落下后1 m m 粒级的脱落率和平均粒度的变化来评价制粒小球的强度。1 l 砌粒级脱落率的 计算公式为： 野= 刍 鱼l o o m o 一，2 1 1 式中：n 一1 m m 粒级的脱落率， n 1 2 落下盾1 m m 粒级百分数， 2 2 3 原料亲水性及成球性研究方法 为了考查原料的亲水性及成球性，对各种原料的最大分子水、毛细水及成 球性指数进行了测定，其测定方法分别为： ( 1 ) 最大分子水 最大分子水是颗粒物料表面在分 子力作用下吸附达到饱和时的水分， 实际上包括吸附水和薄膜水两部分。 其牢固吸附在固体表面，类似于固体 状态，失去了自由水的一切特性，用 较大的离心力和压力皆难使这种水 与矿粒分离。 通常颗粒比表面积愈大，亲水性 愈好，最大分子水含量就愈高。因此， 最大分子水可用作衡量颗粒物料亲水性的 个参数。 试验中用压滤法测定最大分子水含 量，测定装置如图2 6 。测定时将试样预 先充分浸润2 3 小时，而后称取少量( 5 9 8 9 ) 试样放入垫有2 0 层滤纸的下压塞上并推 平料面，料层厚度一般为2 m m - 3 m m ，再 同样放上2 0 层滤纸，加上压塞然后以6 5 5 1 0 6 n m 2 的压力加压5 分钟，压出的水 分被试样上下的滤纸迅速吸收，剩下保存 在颗粒表面的水即为最大分子水。压滤后 取出试样，称重，置于烘箱内烘干至恒重， 干燥温度为1 0 5 5 。 图2 6 最大分子水测定装置 】。套简2 上压塞3 下压塞 4 2 0 层滤纸5 试样 图2 7 最大毛细水测定装置 1 支架2 烧杯3 贮水器 4 筛板5 盛水杯6 滴管 7 标尺8 橡皮塞9 试样 硕士学位论文 第二章原料与方法 ( 2 ) 最大毛细水和吸水速度 在堆积的散状物料颗粒间毛细孔所充填的水称为毛细水，它是基于水在孔 隙内因毛细力作用而上升原理而形成的。最大毛细水含量与物料粒度、粒度组 成、孔隙率和亲水性有关。 最大毛细水和吸水速度的测定装置如图2 7 。测定前在盛料杯内表面和 筛板涂上一层薄石腊，再在筛板上铺二层滤纸，然后将己称重的烘干试样轻轻 放入盛料杯内，刮平料面后测出料层高度，再从滴管滴水进入贮水器，开始时 保证贮水器内盛水量处于筛板底平面，处于a 平衡状态。 当在毛细力作用下，盛水器内水沿料层上升而颈管水位下降时，开始记 时，并不断从滴管补入水使它始终处于a 平衡状态。当试样再不吸入水分，a 保持平衡，记录吸收终了时间和滴入水量。由此计算最大毛细水含量和毛细水 在料层内上升速度即吸水速度。 ( 3 ) 静态成球性评价 最大分子水含量和最大毛细水含量既可表明物料性质又表明物料与水相 互作用的性质。因此，用这两个参数来评价物料的静态成球性，能最清楚地表 明物料的浸润性和湿聚集作用。常用下式表明物料的成球性指数： 足：l w 2 一彬 式中：k 一成球性指数，以小数表示 。一最大分子水含量， 一最大毛细水含量， 对各种物料的成球性能按以下数值划分： 丘 = 0 8 0优等成球性 2 2 4 原料软熔性能研究方法 原料的软熔性能h r 3 型灰熔点测定仪进行测定。测定时将细磨的待测物 料做成三角锥形状，放入管炉中升温，根据三角锥尖的形状变化来确定软化开 始温度和软化终了温度。当锥尖开始变形时所记录的温度为软化开始温度t 锥 尖蹋陷时所记录的温度为软化终了温度。 硕士学位论文 第二章原料与方法 2 3 本章小结 1 ) 各种铅精矿和烧渣粒度都比较细，o 0 7 5 m m 含量达到9 0 以上。浸出 渣测得的粒度较粗是因为其易于聚结成团，所测得的粒度为聚团粒子的粒度， 浸出渣的这一特性对制粒不利。 2 1 烧结所用原料的吸水速度都较慢，这对混合料制粒过程中水分的迁移 产生不利影响。 3 ) 原料软熔性能研究表明，各含铅原料的软熔温度均低于1 0 0 0 。 4 ) 物相分析结果表明，原料中的s 有硫化物和硫酸盐两种形态，其中圆 盘铅精矿中的s 主要为( 9 5 4 3 ) 硫化物形态，而返矿中的s 主要为( 8 7 0 4 ) 硫酸盐形态，浸出渣和烧渣中的s 则分别有6 0 3 5 和5 9 4 9 存在于硫酸盐 之中。 硕士学位论文 第三章原料制粒性能及其强化技术 第三章原料制粒性能及其强化技术 烧结料层透气性是影响烧结生产的一个至关重要的因素，它不仅影响烧结 速度和生产能力，还直接影响着烧结焙烧的脱硫效果。 通常，烧结料层透气性包括原始料层透气性和烧结过程透气性。烧结过程 透气性则由烧结带熔体厚度、熔体数量和熔体粘度决定。原始料层透气性是指 料层未烧结前的透气性，由料层内孔隙率决定，而料层孔隙率又与烧结混合料 的粒度组成直接相关，因此，为了保证烧结料层具有一定的透气性，不希望料 层内有过多的粉状物料存在。精矿烧结为了有效减少混合料中的粉状物料，一 般进行预先制粒。 3 1 原料制粒行为特性研究 3 1 1 单矿制粒性能 为了考察各种单矿的制粒性能，分别采用3 0 单矿配加7 0 返矿进行制 粒试验，研究结果见表3 1 。图3 1 一图3 6 分别为高铅、3 群铅、8 撑铅、真空灰、 汽车灰的s e m 分析结果。 由表3 1 可见，圆盘铅、高铅、8 f 铅、3 # 铅、宝山铅以及真空灰都表现出 了较好的制粒性能，而且相互之间相差不大。在各自适宜的水分下j p u 几乎 均在o 3 5 以上，制粒料中除8 撑铅1 m m 粒级百分含量为o 7 6 、粘附率9 7 5 左右以外，其它矿样的1 m m 粒级百分含量都在0 2 以下，粘附率都接近 】o o 。 图3 1宝山铅的s e m 分析结果 硕士学位论文第三章原料制粒性能及其强化技术 图3 2 高铅的s e m 分析结果 图3 33 # 铅的s e m 分析结果 图3 48 # 铅的s e m 分析结果 图3 5 真空灰的s e m 分析结果 硕十学位论文第三章原料制粒性能及其强化授术 图3 6 汽车灰的s e m 分析结果 s e m 分析结果表明，上述五种含铅原料的粒度均比较细，与表2 2 中的 分析结果完全一致。s e m 结果还表明，高铅、3 # 铅的结晶不完整，表面较粗 糙，有少量微细颗粒粘附。真空灰呈不规则状，颗粒细小。8 # 铅的真实颗粒细 小，颗粒之间有聚结现象。 适当提高水分有利于提高制粒效果，以圆盘铅为例，当水分从4 3 提高 至54 时，j p u 从0 3 6 提高到了o 4 9 ，粘附率从9 8 2 3 提高到1 0 0 ，即使 10 m 高度落下5 次后也只有o 2 6 的脱落率。在试验过程中还发现，当粘附 率达到1 0 0 即一1 m m 粒级百分含量降至0 时若继续提高水分，将产生过湿现 表3 1 单矿制粒试验结果 硕士学位论文第三章原料制粒性能及其强化技术 象，颗粒之涮发生兼并，造成制粒过程紊乱，因此，从制粒的角度看，当粘附 率刚好达到1 0 0 时，水分就不直再提高了。 在相似的制粒水分下，汽车灰的制粒效果明显低于上述几种物料，只有当水分 提高至7 以上时，才表现出较好的制粒效果，j p u 达到0 5 以上粘附率达 到9 94 。因此相对来说，要保持同样的制粒效果，汽午灰要求的制粒水分 较高。这主要是园为汽车灰粒度极细，呈棉花球状颗粒表面有大量微细颗粒粘 附( 如图3 6 所示) 。 烧渣是所有原料中制粒性能最差的一种。水分低于6 时，烧渣几乎没有 粘附：当水分提高到9 5 左右，j p u 仅o 1 8 ，粘附率小于9 0 ，制粒料中- l m m 粒级百分含量达到3 以上。水分提高到1 0 2 后，j p u 和粘附率才分别达到 o 3 4 、9 7 4 。1 m m 粒级百分含量也相应骅至o 8 以下。但获得的制粒小球 的湿强度仍然较低，i 0 m 落下5 次后脱落率高迭1 41 9 。 浸出渣的制粒性能与其它原料有所不同，在试验研究的两个水分条件下， 提出渣的制粒效果随水分的增加而下降。当制粒水分从61 增至6 9 左右 时，j p u 从o4 4 减小至o f 3 9 ，粘附率基本不变，制粒料的平均粒度也从4 4 2 m m 降到了4 0 0 m m 。与其它原料相比，制粒后混合料的平均粒度明显偏小。 本文2 1 4 节中提到，过高的成球性使得浸出渣易于发生自聚团作用，且 这种作用随水分的增加而有所加强，水分越大，成球率越高。制粒过程中，自 聚团成球因相互挤压t 磨剥而难以长大，导致混合料的平均粒度较细。水分越 大，浸出渣自成球越高，粘附到返矿粒子上就越少。平均粒度也就随之减小， 导致制粒料透气性的下降。 3 12 不同原料对混合料制粒的影响 本节主要研究烧结混合料中所涉及的各种原料在混合料制粒过程中的行 为特性。 试验时，以返矿为固定原料分别加入圆盘铅、浸出渣、烧渣、石灰石和 石英砂，并改变各种原料的用量以考查其对棍合料制粒效果的影响。试验中控 制返矿、圆盘铅、浸出渣和烧渣的总量为1 0 0 。 除非特别说明，将返矿配比固定为7 0 ，其它3 种的总量为3 0 。当改 变浸出渣或烧渣的用量时，实际上圆盘铅的用量也相应地跟着改变。因此，浸 出渣或烧渣对混台料制粒效果的影响也间接地反映了圆盘铅的影响。各种原料 的试验结果见表3 2 。 3 1 2 1 浸出渣的影响 本试验的配料方案为：返矿+ 圆盘铅+ 浸出渣改变浸出渣的配比以考查 里芏兰堕丝：l 一 箜三童 里型型垫堡! ! 墨兰翌些垫查 其对混合料制粒的影响。 从表3 2 可知，浸出渣对粘附率影响并不大，但对制粒料的平均粒度、透 气性指数及制粒小球脱落率有较为明显的影响。这一结果进一步说明了浸出渣 对混合料制粒效果的不利影响，主要是其自聚团作用阻碍了精矿粉在返矿核上 的粘附所致。需要指出的是浸出渣配比从5 增加到1 0 时，制粒料的j p u 值并没有下降，这是因为后者制粒水分较高。 表3 2 混台料中各种原料对制粒效果的影响 3 1 2 2 烧渣的影响 本试验的配料方案为：返矿+ 圆盘铅+ 烧渣。改变烧渣的配比以考查其对 混合料制粒效果的影响。由于烧渣要求的制粒水分较高，因此在提高烧渣配比 时也相应地增加了制粒水分。 表3 2 中的结果表明，烧渣对混合料的制粒效果影响较大。与浸出渣相比， 在同样的配比条件下( 5 ) ，当粘附率都达到1 0 0 时，配入烧渣时制粒后混合 料的j p u 和平均粒度较之配加浸出渣时的情况明显要差，j p u 从o 5 2 下降到 了0 4 2 ，平均粒度从6 8 3 m m 减小到了5 7 0 m m 相反脱落率却从o 2 9 增加 到了1 4 9 。 硕十学位论文 第三章原料制粒性能及其强化技术 3 1 ，2 3 石灰石的影响 本试验的原料配比为：返矿7 0 ，圆盘铅2 4 浸出渣4 ，烧渣2 ， 石灰石采用外配的方式加入。 由表3 2 中的结果表明，在试验研究范围内，石灰石用量对混台料的制粒 影响并不很明显。当石灰石配入量从0 增加到4 时，透气性指数仅下降了 o 0 1 ，粘附率也只下降了1 个百分点。但是，石灰石的配入使脱落率明显提高。 3 1 2 ，4 石英砂的影响 与石灰石一样，石英砂也是以外配的方式加入到混合料中。从表3 2 可知， 与石灰石类似，石英砂对混合料透气性指数和粘附率都没有太大的影响，但制 粒料的平均粒度较加石灰石时有所降低，这与石灰石本身粒度较粗有关。同样， 石英砂的配入导致了脱落率的提高。 3 1 3 返矿在混合料制粒中的作用 前已述及，返矿在有色矿烧结中起着至关重要的作用，其中最主要的一点 就是它在制粒过程中的成核作用。本节将从返矿配比和粒度组成等主要方面来 研究返矿对混合料制粒过程的影响。 3131 返矿配比对混合料帝j 粒效果的影响 本试验的基准配比为：返矿7 0 ，圊盘铅2 4 ，浸出渣4 烧渣2 r 石灰石和石英砂的外配量分别为3 ，5 和15 ，返矿的粒度为2 m m 一6 m m 。 试验过程中改变返矿配比时。改变圆盘铅、漫出渣和烧渣的配比。由于返 矿配比变化时，混合料要求的制粒水分也会发生变化，因此返矿配比改变时混 合料的水分需作相应调整。 表3 3 不同返矿配比对混台料制粒效果的影响 丽酊删誊觜吾等最 旦垡兰笙燮一墨三至星整型塾丝墼墨茎堡些垫查 返矿配比， 图3 7返矿配比对混合料j p u 和脱附率的影响 蓬 船 莲 担 试验结果( 见表3 3 和图3 7 ) 表明，随着返矿配比的提高，各项制粒指标 都呈现出上升的趋势。当返矿配比为6 0 时，水分接近6 ，粘附率接近9 4 ，制粒料透气性指数仅o 2 9 。当返矿配比达到7 5 时，粘附率提高到9 9 ， 制粒料透气性指数达到o 4 2 。但是，继续增大返矿配比时，各项指标反过来又 有所下降。当返矿配比从7 5 提高至8 0 时，制粒料的透气性指数从0 4 2 下 降到o _ 3 8 。 此外，制粒小球的强度也随返矿配比增大而提高。当返矿配比为6 0 时， 脱落率为2 4 5 ，而返矿配比为8 0 时，脱落率则下降到了o 2 9 。 3 1 3 2 返矿粒度特性对混合料制粒效果的影响 返矿之所以能够成为制粒核心，是因为其粒度较粗。据此可以推断，返矿 的粒度组成对其成核作用的效果有着较大的影响。 一般说来，混合料中粗粒部分表现出良好的成核作用，而细粒部分则难以 成核。由于制粒的目的是尽可能降低混合料中细粉的含量，因此返矿中的细粒 部分对混合料制粒效果的影响是一个不容忽视问题。 本文将1 m m 粒级划分为细粉部分，研究返矿粒度特性对混合料制粒的影 响，一是粗粒部分粒度范围对成核作用的影响，二是细粉部分的粘附特性。 f 1 1 不同粒级返矿的成核作用 为了查明各粒级返矿对混合料制粒的影响，将返矿粒级范围逐步放大，试 验时，返矿配比都是7 0 ，试验结果列于表3 - 4 。 由表3 4 可知，随着返矿粒度的增大，制粒效果和制粒小球的强度都有明 显的提高，也就是说粗粒返矿的成核作用要强于细粒返矿。虽然返矿粒度降低 比表面积会增大，但是制粒时的粘附率却大幅度下降。当返矿粒度为 1 m m 2 m m 时，粘附率只有5 6 7 3 ，脱落率达6 5 ，返矿粒度为2 m n 卜6 衄 时粘附率迅速提高到9 7 7 5 。脱落率降至2 3 8 。当返矿粒度上升至 6 m m 9 m m 时粘附率达到9 9 2 8 ，透气性指数在上述三种条件下分别为o 1 2 、 o 3 8 、0 4 6 。 混合料制粒效果在很大程度取决于毛细力的作用，但这只是一种静态作用 力。在动态制粒过程中，颗粒间聚合成球需要运动过程中混合料颗粒之间的相 互作用力来推动。 一般情况下，细粒返矿因质量小，在制粒过程中所产生的滚动动量小，因 此，与粉料之间的相互作用力较之租粒返矿小。正因为如此，虽然细粒返矿有 较大的比表面积，但由于其对细粉的粘附能力小，使粘附率比粗粒返矿明显偏 低，这是细粒返矿制粒效果差的主要原因之一。 另外，制粒小球的粒度是由返矿核的粒度和粘附层的厚度决定的，细粒返 矿本身粒度小，加上成球速度慢使得粘附层厚度小，因此导致制粒小球的粒度 偏小，制粒料粒度的减小也是导致透气性交差的另一原因。制粒小球强度随返 矿粒度下降而下降的原因是：由于小粒度返矿核成球作用力小，粘附层致密度 小所致。 还注意到在表3 4 中，将返矿粒级范围从2 m m 6 m m 变化为1 n l r 6 m m 时， 制粒料的各项指标均明显下降。究其原因，可能是试验所用的返矿中细粒级含 量大的缘故。 表2 3 中的粒度分析结果表明：o 9 m m 返矿中i i n m 粒级占3 6 8 ， 1 m m 3 m m 粒级占2 1 9 ，其中l m m 2 咖粒级高达1 8 。显然，在1 m m “m m 粒级中小于2 m m 将近有4 0 。因此，当返矿粒级下限从2 m m 减小到1 咖 时，混合料的制粒效果急骤下降。 硕士学位论文 第三章原料制粒性能及其强化技术 此外，返矿粒级从l m m 6 m m 变到1 m m 9 m m 时，粉料的粘附率和制粒 料平均粒度有一定程度的提高，但透气性指数并没有明显的提高。其原因主要 为：一方面返矿中6 m m 9 m m 粒级含量不高；另方面也是因为细粒级含量 太大，影响透气性。 ( 2 ) 细粒返矿的粘附性能 本试验采用3 0 0 ，1 i n m 返矿与7 0 成核返矿进行制粒，试验结果列于表 3 5 。由表可知，用返矿细粉作为粘附料时与表3 4 中相同成核返矿粒级下 各项制粒指标相比大幅下降，透气性指数分别从o 3 8 和o 2 4 下降到了0 | 2 2 和 o 1 7 ，粘附率分别从9 7 7 5 和8 5 4 6 下降到了6 4 9 0 和2 1 9 7 。制粒料平 均粒度分别从4 3 7 m m 和4 2 8 m m 下降到了3 7 6 m m 和3 2 7 m m ，而脱落率则分 别从2 3 8 和6 8 0 增加到了1 6 2 0 和1 7 7 1 。这一结果充分显示了返矿中 的细粉对混合料制粒的不利影响。 分析返矿中的细粉对混合料制粒产生不利影响的原因主要有两个：一是返 矿细粉多数呈颗粒状，并没有粉化。在制粒中一般认为o 2 m m 0 8 m m 粒级为 中间粒子，这部分粒子既难成核也难粘附：另一方面，返矿粉是经历过烧结的， 表面蔬水，即使完全粉化，其粘附性能也不好。 以上试验表明，对混合料制粒来说，其粗粒部分所起的成核作用使得制粒 过程得以实现。因此，返矿是不可或缺的。但是，返矿中的细粒部分对制粒又 有着极大的危害。尽量降低返矿中细粒部分的含量，或对细粒部分加以适当的 处理是有色矿烧结行业需要考虑的问题。 表3 5 返矿细粉的粘附性能试验结果 甓篆怒骂嚣，阳虢焉警粒级，m m分， 卑胍 m 1 m m 百分含量，平均粒度肺m 制粒料湿脱落率制粒料湿落后湿落减量 3 2 混合料制粒的强化技术 3 2 1 返矿润湿强化混合料的制粒 增加返矿对细粒级原料的粘附作用，使硫化铅精矿尽可能地粘附在返矿表 面，促进制粒小球理想结构模型的形成，达到强化混合料的烧结焙烧和脱硫的 目的。但返矿预先润湿对混合料的制粒也会产生相应的影响，本节则主要研究 返矿预先润湿对混合料制粒效果的影响。 里堕兰塑型翌l 一 兰三兰 堕垫型些丝璧墨基塑些垫查 返矿润湿水分， 莲 斟 蓝 絮 图3 。8 返矿润湿水分对混合料j p u 和脱附率的影响 试验时，返矿的润湿水分按外配水分计量，混合料水分为7 0 。试验结 果见图3 8 。 返矿预先润湿对混合料的制粒有着不利的影响。图3 1 0 所示的结果表明， 采用返矿预先润湿以后，混合料的j p u 和粘附率均有所下降，而且随着返矿 润湿水分的增加，混合料的制粒效果变差。 究其原因，是因为保持混合料总水分不变时，返矿润湿水分提高。则精矿 中的水分相应减小的缘故。但由于返矿润湿有利于硫化铅的氧