超細(xì)冶金廢棄物硅灰的物理分級研究

第36卷第5期 2014年1川冶金 6 02014 文章編號：10015108(2014)05細(xì)冶金廢棄物硅灰的物理分級研究 宋柯成 (攀鋼冶金材料有限責(zé)任公司，四川攀枝花617000) 摘要：研究發(fā)現(xiàn)，在沒有經(jīng)過壓密處理硅灰的物理分散手段中，使用超聲震蕩的效果明顯優(yōu)于機(jī) 械攪拌。使用六偏磷酸鈉的效果略優(yōu)于三聚磷酸鈉，使用離心的方法可以做到粒度分級。最終， 我們得到的最佳工藝為：首先在沒有經(jīng)過壓密的硅灰中加入質(zhì)量比1：15的水，然后按照硅灰質(zhì) 量的4 加入六偏磷酸鈉，經(jīng)過機(jī)械攪拌使之均勻，然后，進(jìn)行后以800 轉(zhuǎn)到的懸浮液中200400化硅顆粒占9O 。 關(guān)鍵詞：納米二氧化硅；硅灰；分散；分級 中圖分類號：獻(xiàn)標(biāo)識碼：A o，17000，is he of of of no a- be at n ix ix O to in be by to of we we a of we ix of of be 0 be at 00 rO we 0 is 00 nm 0 is 00 者簡介：宋柯成，主要從事耐火材料方面的研究。 四川冶金 第36卷 1 引言 鐵合金生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的粉塵其量非常 大，但是用途并不是很多，因此，被視為廢棄物。 如果能夠探索出減小其粒徑或者從其中分離出 小粒徑顆粒的方法1，便可以成為具有多種應(yīng) 用前景的稀缺原料，它的價值將會得到極大的 提升，有效的變廢為寶。而現(xiàn)如今，分散與分級 的理論并不少3，并沒有研究者將這些理論應(yīng) 用到硅灰的處理上。因此，從物理分散，分散劑 的選擇，離心方法進(jìn)行分級操作的可行性方面 探索分散與分級理論在硅灰處理上的應(yīng)用4， 并取得一定的成果。 煙氣中大量存在的硅粉是在還原電爐內(nèi) 生產(chǎn)硅鐵和工業(yè)硅時，產(chǎn)生的大量的揮發(fā)性 很強(qiáng)的二氧化硅和硅氣體與空氣氧化并冷凝 而生成的。硅粉主要為非晶物相顆粒，絕大 部分是無定形二氧化硅，由球形顆?；蝾w粒 球團(tuán)組成，此外硅粉還具有微細(xì)、密度小，在 空氣中停留時間長，不易沉降，比電阻大等特 點(diǎn)5 。其中含有的二氧化硅對人身健康 有嚴(yán)重的危害。二氧化硅的粉塵極細(xì)，比表 面積達(dá)到以懸浮在空氣中， 如果人長期吸人含有二氧化硅的粉塵，就會 患矽肺。 同時，其中含有的二氧化硅超細(xì)顆粒又 是有多種應(yīng)用前景的稀缺原料。納米二氧化 硅俗稱“超微細(xì)白炭黑” ，廣泛用于各行業(yè) 作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑， 消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠 劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級 日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各 種領(lǐng)域1 。它是極其重要的高科技超微細(xì) 無機(jī)新材料之一，其粒徑很小，比表面積大， 表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散 性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能， 尤其是它優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸 變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不 可取代的作用 叫引。如果能從鐵合金生產(chǎn) 過程中所產(chǎn)生的粉塵中分離出納米二氧化 硅，將具有很高的環(huán)保及經(jīng)濟(jì)意義。 2材料和方法 21試驗(yàn)儀器 超聲波清洗儀、電磁攪拌器、機(jī)械攪拌 器、離心機(jī)、激光粒度分析儀000、電子天平、掃描電鏡、燒杯、研缽和研 棒、量筒、膠頭滴管。 22試驗(yàn)原料 不壓密硅灰引，三聚磷酸鈉，六偏磷酸 鈉，去離子水，硅灰的成分見表1。 表1硅灰化學(xué)成分表( ) 9203 0 91 1 08 07 0 1 1 1 4 0 R 23試驗(yàn)方案 231超聲時間對分散效果的影響 將不壓密的硅灰30，機(jī)械攪拌1散之后進(jìn)行粒度檢測。根據(jù)超聲時間的不 同分組見表2物理分散的效果實(shí)驗(yàn)分組。 表2物理分散實(shí)驗(yàn)方案 組別 Al 一3 一5 一7 超聲時間(組別 超聲時間(一9 U 一13 32 分散劑對分散效果的影響 采用不壓密硅灰作為原料進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)， 考察三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對分散效果的 影響，具體方案見表3。 第5期 79 233分散劑用量對分散效果的影響 選用六偏磷酸鈉做分散劑，在500中加人不壓密的硅灰30后加人 500體試驗(yàn)方案見表4分散 劑的用量探究實(shí)驗(yàn)方案。 表4分散劑的用量實(shí)驗(yàn)方案 組別 六偏磷酸鈉 234離心操作對粒度分級的影響 選擇六偏磷酸鈉，原料為不壓密硅灰，具 體試驗(yàn)方案見表5，考察不壓密硅灰的離心 操作對粒度分級操作的影響。 表5離心試驗(yàn)方案 不壓密硅灰散劑 水 超聲上清液靜置24h 取上清液800轉(zhuǎn)，上清液800轉(zhuǎn)，上清液1 600轉(zhuǎn)，30偏磷酸鈉040g 一部分做粒度檢測，其余靜置 取沉淀做粒度檢測 取沉淀做粒度檢測 取沉淀做粒度檢測 取沉淀做粒度檢測 3結(jié)果討論 31超聲時間對分散效果的影響 圖1顯示的是在不同的超聲時間 (114，未經(jīng)壓密硅灰的粒度分 布結(jié)果，以時間順序從14束。 四川冶金 第36卷 圖1不壓密硅灰114 2 4 6 8 10 12 l4 聲時間(2不壓密硅灰實(shí)驗(yàn)組粒度d(o5)一超聲時間曲線 從檢測結(jié)果(如圖2)可以看出：沒有經(jīng) 過壓密的硅灰，一開始粒度為10084_ 著超聲時間的變長，粒徑減小，當(dāng)超聲時間為 3粒度分布 圖上表現(xiàn)為單峰轉(zhuǎn)變?yōu)殡p峰，然后繼續(xù)增加 超聲時間，粒徑進(jìn)一步減小，但是變化速率在 第12分鐘開始有所減緩。 32 不同分散劑對分散效果的影響 從圖3可以看出：，上下兩層明顯分開，上層透明，下層黑色； 層為淺灰色，下層 為深灰色，分層界限明顯；似，上層淺灰色，但是比 層深灰色，分層界限并不是十分明顯。 顆粒越大，透光性越差，顏色越深，從這 個方面著手，則超聲粉碎比機(jī)械粉碎的分散 效果好；兩層之間界面不明顯，呈過渡形態(tài)， 說明沉淀速度慢，二氧化硅團(tuán)聚狀態(tài)呈空心 球，密度比分散大的二氧化硅要小，因此，沉 淀速度越慢，則分散效果越好1 。由此得出 六偏磷酸鈉的效果要好于三聚磷酸鈉。 33分散劑用量對分散效果的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 A B (： 盤一 一 盔 - _噬 冒 女 D E F 0 哮 一 五 一 霸 簟 圖3 沉降實(shí)驗(yàn)對比 O 8 6 4 2 0 一g 髓葵 第5期 5 6。 一55 45 4。 35 圖4 分散劑不同加入量對粒度的影響 1 2 3 4 5 6 7 分散劑質(zhì)量百人比() 圖5分散劑用量實(shí)驗(yàn)組粒度d(O5)一超聲時間曲線 由圖4、圖5可以明顯看出當(dāng)分散劑占原 料質(zhì)量百分比為4 左右時粒度是最小的， 因此，在此后的實(shí)驗(yàn)中暫定分散劑占原料質(zhì) 量百分比為4 。 34 離心操作對分級效果的影響 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，離心和靜置都可 以達(dá)到去除大顆粒峰，因此可以得出結(jié)論，離 心確實(shí)可以達(dá)到分級的目的。加水量的多少 直接影響到分級的效果，加水量多了，顆粒與 顆粒之間的間距變大，顆粒之間的相互影響 減弱15,16，這樣，就導(dǎo)致靜置和離心時顆粒的 移動更為容易，因此靜置相同的時間，加水量 多的沉淀的比加水量小的沉淀的速度快。 取沉淀的和離心出的固體，干燥之后使 用研缽研成粉末，然后制成樣品，做掃描電 鏡，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。 從圖中可以看出，硅灰主要是由小顆粒 構(gòu)成，但是顆粒中粒度不同，但是大顆粒全部 都是由小顆粒團(tuán)聚而成的。 表6離心實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4結(jié)論 粵用中，應(yīng) 擇沒有 過 灰 料；機(jī)械攪拌，電磁攪拌和超聲分散三種分散 (1)在從硅灰中分離超細(xì)硅微粉的實(shí)際 方法中，超聲分散的分散效果最佳。 82 四川冶金 第36卷 圖6微觀彤貌 (2)在所選分散劑中，綜合考慮分散效果 和經(jīng)濟(jì)效益，選用六偏磷酸鈉最佳。并且，六 偏磷酸鈉用量應(yīng)該為原料質(zhì)量的4 左右。 (3)經(jīng)過分散操作，最終得到的大顆粒峰 值在6 顆粒峰值在02p離心操作能夠很好地實(shí)現(xiàn)粒度分級，去掉大 顆粒峰，而且加入的水量對離心效果影響 明顯。 (4)綜合考慮分散效果、經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn) 率等因素，本論文實(shí)驗(yàn)確定的最佳的分離工 藝為：以不經(jīng)過壓密的硅灰為原料，使用六偏 磷酸鈉為分散劑，其加人量為4 ，先通過機(jī) 械攪拌使之均勻，再進(jìn)行然后以800轉(zhuǎn)終 得到的懸浮液中200占50 ，40090 。 參考文獻(xiàn)： 超細(xì)粉碎分級技術(shù)M北京：中 國輕工業(yè)出版社，2000 2李鳳生，等超細(xì)粉體技術(shù)M北京：國防工 業(yè)出版社，2000 31吳其勝，張少明，周勇敏，等無機(jī)材料機(jī)械力 化學(xué)研究進(jìn)展J材料科學(xué)與工程，2001，19 43 5 (1)：137142 劉大成粉體團(tuán)聚及其解決措施J中國陶 瓷，2000，36(6)：3335 裴重華表面處理劑對超細(xì)粉碎效果的影響 J南京理工大學(xué)學(xué)報，1997，21(1)：4548 6 陳俊紅等壓密處理對硅灰分散性的影響 國科技論文在線，781 9 1O 111 Et of on Je 2000，83(7)：16491657 MI I ，YQ of 004，31(6)：6466 XHIi，RJf by 2004(14)：1 YC 002 ZWI i，YF003(211)：315320 SMX1002 13Min by 989(27)：259261 of 141 MWTRIPJ f 第5期 83 JJ988(92)：14001402 FFE D16 992 YQTXof as in 005，25(1)：3438 17WMof in 003，23(4)：265 267 18ZJJof a J1994(98)： 1297312977XLi et 06(252)：78567861 786l of on of N Aa)Si b)信息 天津鋼管集團(tuán)250機(jī)組首次批量生產(chǎn)0日，天津鋼管集團(tuán)軋管一部250機(jī)組首次成功批量軋制寬了機(jī)組產(chǎn)品規(guī)格，為以后生產(chǎn) 高鋼級極限品種積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 本次軋制的,83于該鋼種極限品種，批量軋制尚屬首次。此鋼種變形抗力較大，在軋制過程 中穿孔、連軋主機(jī)負(fù)荷較高，且易出內(nèi)表面質(zhì)量缺陷。針對上述控制要點(diǎn)，250機(jī)組對穿孔、連軋主機(jī)設(shè)備采取特殊控制措施， 并對部分設(shè)備冷卻水進(jìn)行控制，提高毛管穿軋時的溫度，降低穿孔主機(jī)負(fù)荷；調(diào)整穿孔后臺到連軋前臺之間設(shè)備的運(yùn)行程序， 減少運(yùn)輸毛管到連軋前臺使用時間，保證毛管在較高溫度下進(jìn)行軋制，確保軋機(jī)負(fù)荷處于安全水平。為確保內(nèi)表面質(zhì)量，機(jī)組 制定了詳細(xì)的各溫控段加熱制度和軋制工藝預(yù)案，并進(jìn)行試生產(chǎn)。在試軋過程中，各作業(yè)區(qū)分別組織技術(shù)人員全程跟蹤產(chǎn)品 質(zhì)量，收集分析數(shù)據(jù)，及時解決導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動的各種問題。試制結(jié)束后，機(jī)組立即召開總結(jié)會，繼續(xù)完善生產(chǎn)預(yù)案。在精 細(xì)組織的基礎(chǔ)上，250機(jī)組順利批量軋制了此規(guī)格套管。 (來源：四川省金屬學(xué)會網(wǎng)) 高氮鋼全氧量和夾雜物控制試驗(yàn)研究 由于具有優(yōu)異的機(jī)械性能和抗腐蝕性能，高氮鋼在過去的幾十年中已經(jīng)被廣泛的研究。高氮鋼特殊的用途要求其具有較 高的潔凈度，包括夾雜物的尺寸、數(shù)量以及分布。作為脫氧能力較強(qiáng)的脫氧劑，鋁在煉鋼工業(yè)生產(chǎn)被廣泛的應(yīng)用。然而，酸溶 鋁以及簇狀鋁脫氧產(chǎn)物的殘留對鋼的機(jī)械性能是極其有害的。為了解決簇狀氧化鋁帶來的問題，脫氧能力更強(qiáng)的堿土金屬元 素，如鈣和鎂，常常用來對氧化鋁進(jìn)行改性。而根據(jù)已有的方法，如果想要降低酸溶鋁的殘余量則只能減少鋁的加入量。 中國科學(xué)院金屬研究