三聚磷酸鈉對(duì)某鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響及其作用機(jī)理

梁曉林，程 旭

三聚磷酸鈉對(duì)某鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響及其作用機(jī)理

梁曉林，程 旭

本文研究了三聚磷酸鈉對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦磨礦效率的影響，并結(jié)合礦漿粘度、吸附特性等指標(biāo)的測(cè)定，研究了助磨劑的作用機(jī)理。結(jié)果表明：在最優(yōu)試驗(yàn)條件下，＜0.074mm粒級(jí)的磨礦產(chǎn)品含量可提高29.83%，效果明顯。三聚磷酸鈉降低了礦漿粘度，促使顆粒分散，在赤鐵礦表面產(chǎn)生了物理吸附和化學(xué)吸附，降低了赤鐵礦表面硬度。

三聚磷酸鈉；赤鐵礦；粉磨效率

1 前言

鮞狀赤鐵礦是以鮞狀集合體形式存在的赤鐵礦，而鮞狀集合體是某種物質(zhì)的膠體以其他物質(zhì)顆粒為核心逐層凝結(jié)，具有同心層狀構(gòu)造，即赤鐵礦逐層凝聚而形成呈魚子狀樣的一系列球體所組成的赤鐵礦物集合體。

表1 試驗(yàn)物料化學(xué)組成

表2 球介質(zhì)配比

表3 試驗(yàn)條件

鮞狀赤鐵礦占我國紅鐵礦儲(chǔ)量的30%。由于其伴生礦物復(fù)雜、嵌布粒度極細(xì)且相互層層包裹，很不利于鮞核的單體解離。要想實(shí)現(xiàn)分選，必須磨至20μm以下甚至幾個(gè)微米。在實(shí)際的磨礦過程中，通過延長磨礦時(shí)間來獲得較細(xì)粒度產(chǎn)品的方法并不可取，因?yàn)樗鼘?dǎo)致磨機(jī)單位能耗升高且單位時(shí)間生產(chǎn)能力降低。

助磨劑也稱粉碎助劑，是微粉碎和超微粉碎作業(yè)的一種化學(xué)添加劑。它添加量很小，但作用很大。采用助磨劑可提高粉碎產(chǎn)品細(xì)度；或者提高磨機(jī)單位生產(chǎn)能力，降低能耗；或者改善物料表面性能，如流動(dòng)性、分散性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性等；或者防止物料凝聚和粘壁等。

助磨劑在水泥行業(yè)的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，但在鐵礦的磨礦作業(yè)中并不多見，技術(shù)也不成熟。為此，本文針對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦，選擇三聚磷酸鈉作為助磨劑，通過改變藥劑用量研究其對(duì)磨礦效率的影響，并結(jié)合相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)，研究助磨劑的作用機(jī)理，以期為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)物料

本研究所用物料為鄂西高磷鮞狀赤鐵礦。其中主要礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、石英、鮞綠泥石、白云石等。根據(jù)試驗(yàn)所用磨礦設(shè)備的給料要求，物料經(jīng)顎式破碎機(jī)和對(duì)輥破碎機(jī)粉碎，粒度達(dá)到2.0mm以下，然后混勻分裝，供磨礦試驗(yàn)使用。對(duì)混勻后的物料取樣分析，其化學(xué)成分如表1所示。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)所用設(shè)備為?100mm×150mm的球磨機(jī)，有效容積1.18L。試驗(yàn)所用助磨劑為三聚磷酸鈉，分子式為Na5P3O10。

在前期大量探索試驗(yàn)并參考同類試驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，確定本次試驗(yàn)最佳磨礦條件。球介質(zhì)配比見表2，試驗(yàn)條件見表3。本研究在此條件下，通過分析不同藥量下＜0.074mm粒級(jí)的磨礦產(chǎn)品含量來評(píng)判磨礦效率。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在不加助磨劑的條件下，＜0.074mm粒級(jí)的磨礦產(chǎn)品含量為57.38%。改變藥劑用量，分批次磨礦，得到三聚磷酸鈉對(duì)該鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 三聚磷酸鈉用量對(duì)赤鐵礦磨礦效率的影響

由圖1可知，＜0.074mm粒級(jí)的產(chǎn)品含量隨三聚磷酸鈉用量的增加，先大幅度提高后小幅度降低。三聚磷酸鈉用量相當(dāng)于赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.8%時(shí)，＜0.074mm粒級(jí)的產(chǎn)品含量達(dá)到最大值，其值為87.21%。與不加助磨劑時(shí)相比，提高了29.83%，效果明顯。

3 機(jī)理分析

結(jié)合現(xiàn)有助磨劑機(jī)理方面的研究，從以下兩方面說明三聚磷酸鈉對(duì)赤鐵礦磨礦效率影響的機(jī)理。

3.1 降低礦漿粘度，促使顆粒分散

圖2為三聚磷酸鈉不同用量時(shí)礦漿粘度變化情況。由圖2可知：未加助磨劑時(shí)，礦漿粘度最大，為1 423.1Pa·s。加入助磨劑后，礦漿粘度迅速降低。當(dāng)三聚磷酸鈉用量為0.8%時(shí)，礦漿粘度最低，為204.8Pa·s。對(duì)應(yīng)圖1，此時(shí)磨礦效率最高，說明礦漿粘度的降低有利于提高磨礦效率；繼續(xù)加入三聚磷酸鈉，礦漿粘度小幅上升，磨礦效率降低。

上述結(jié)果的原因在于，赤鐵礦在細(xì)磨過程中，比表面積和表面能增大，顆粒間相互作用力增大，相互吸附、粘結(jié)的趨勢(shì)增大，不利于粉碎。三聚磷酸鈉作為一種無機(jī)表面活性劑，對(duì)礦漿中的Ca2+、Mg2+等金屬離子具有顯著的螯合作用，改變了顆粒的表面電性，顆粒間雙電層斥力顯著增大，減少了顆粒間的團(tuán)聚和顆粒在鋼球上的粘附，改善了礦漿的可流動(dòng)性，進(jìn)而提高磨礦效率。當(dāng)三聚磷酸鈉超過一定用量時(shí)，其大分子磷酸基團(tuán)會(huì)相互締結(jié)，礦漿流動(dòng)性相應(yīng)變差，磨礦效率降低。

圖2 礦漿粘度與三聚磷酸鈉用量關(guān)系

圖3 赤鐵礦與三聚磷酸鈉作用前后紅外光譜圖

圖4 大于0.042mm小于0.15mm粒級(jí)赤鐵礦磨礦產(chǎn)品SEM圖像

3.2 發(fā)生化學(xué)吸附，改變顆粒硬度

圖3為三聚磷酸鈉加入前后赤鐵礦磨礦產(chǎn)品紅外光譜。由紅外光譜結(jié)果可知：三聚磷酸鈉的加入，使顆粒表面羥基吸收峰發(fā)生偏移，3 431.80cm-1處峰偏移至3 406.91cm-1；2 975.59cm-1處峰偏移至2 971.43cm-1；2 921.66cm-1處吸收峰消失。說明三聚磷酸鈉在赤鐵礦表面形成氫鍵且發(fā)生化學(xué)吸附。

圖4為加入三聚磷酸鈉前后大于0.042mm小于0.15mm粒級(jí)赤鐵礦磨礦產(chǎn)品的SEM圖像。對(duì)比可知，三聚磷酸鈉的加入，使原本光滑的赤鐵礦顆粒表面變得凹凸不平，有空隙和裂縫存在，降低了顆粒表面硬度。

上述結(jié)果的原因在于，粉碎過程中，赤鐵礦顆粒表面不飽和鍵能不斷累積，導(dǎo)致助磨劑分子自發(fā)地在其表面發(fā)生化學(xué)吸附，降低表面自由能。根據(jù)格里菲斯定律，脆性斷裂所需的最小應(yīng)力與物料的比表面能成正比。顯然，三聚磷酸鈉可加速赤鐵礦顆粒裂紋的擴(kuò)展。另一方面，在裂紋擴(kuò)展的過程中，助磨劑分子起到“楔入粒子”的作用，防止新生裂紋的再閉合，加快粉碎過程，進(jìn)而提高磨礦效率。

4 結(jié)語

（1）試驗(yàn)所用鄂西高磷鮞狀赤鐵礦伴生礦物復(fù)雜，嵌布粒度極細(xì)，具有同心層狀構(gòu)造，很不利于單體解離。在磨礦過程中需添加助磨劑，以提高磨礦效率，降低磨礦能耗。

（2）在最優(yōu)試驗(yàn)條件下，添加相當(dāng)于赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%的三聚磷酸鈉與不添加時(shí)相比，＜0.074mm粒級(jí)磨礦產(chǎn)品含量提高了29.83%，效果明顯。

（3）三聚磷酸鈉降低了礦漿粘度，促進(jìn)了顆粒的分散；在赤鐵礦顆粒表面形成氫鍵，發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附，降低了赤鐵礦表面硬度。在上述因素的共同作用下，赤鐵礦磨礦效率得到了明顯提高。

（4）助磨劑三聚磷酸鈉的用量需嚴(yán)格控制：太少，效果不明顯；太多，則會(huì)使礦漿粘度上升，磨礦效果反而不好。

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“水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”通過驗(yàn)收

近日，由中國建材研究總院承擔(dān)的“水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”質(zhì)檢公益性行業(yè)科研項(xiàng)目通過國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技司驗(yàn)收。

該項(xiàng)目通過研究比較歐洲、美國、日本等國家水泥窯協(xié)同處置垃圾廢棄物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并結(jié)合我國水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物應(yīng)用現(xiàn)狀，從產(chǎn)品品質(zhì)要求、取樣方法、燃燒特性以及對(duì)水泥窯用耐火材料的影響等四個(gè)方面進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化研究，完成了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的立項(xiàng)及送審工作，建立健全了水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

驗(yàn)收專家組聽取了課題執(zhí)行情況匯報(bào)，審查了課題技術(shù)成果文件及財(cái)務(wù)文件，通過質(zhì)詢和認(rèn)真討論，認(rèn)為該項(xiàng)目在國內(nèi)首次建立了水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物的標(biāo)準(zhǔn)體系，成果綜合水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，一致同意通過驗(yàn)收。

我國垃圾來源復(fù)雜、組成波動(dòng)大、含水量高。該項(xiàng)目希望通過相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)控，引導(dǎo)行業(yè)重視生活垃圾預(yù)處理可燃物品質(zhì)的穩(wěn)定性，加快市場(chǎng)接受程度、提高公眾信任度、幫助預(yù)處理可燃物進(jìn)行有效交易，助推環(huán)境問題的解決。本項(xiàng)目完成的系列標(biāo)準(zhǔn)將有利于推廣我國水泥窯協(xié)同處置生活垃圾技術(shù)，對(duì)緩解我國城市“垃圾圍城”壓力、實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等具有重要的作用。

Effect of STPP on the Grinding Efficiency of Hematite and its Mechanism

LIANG Xiaolin,CHENG Xu
(Tianjin Cement Industry Design&Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400)

The effect of STPP on the grinding efficiency of hematite was studied and the mechanism was also analyzed in this paper by measuring the grinding pulp viscosity and the absorption characteristics.The results showed that the content of＜0.074mm ground product was increased by 29.83%under the appropriate conditions using STPP as grinding aid.STPP reduced the pulp viscosity and prompted the particle dispersion;STPP formed physical and chemical adsorption on the hematite surface,reduced the surface hardness of the hematite.

STPP;hematite;grinding efficient

TQ172.639

A

1001-6171（2017）02-0035-04

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2016-08-12；編輯：趙蓮