張建文，馬崇振，梁漢，廖乾，黃禮龍，顏娜

(1.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙 410012; 2.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南 長沙 410083)

方解石是一種結(jié)晶的碳酸鹽類礦物，其主要化學(xué)成分碳酸鈣占98%以上，有時含極少量的氧化鎂、氧化鐵和氧化鋁等成分，在自然界中分布極廣。方解石礦具有無毒無味、硬度低、易粉碎加工、化學(xué)純度高等優(yōu)點(diǎn)。重質(zhì)碳酸鈣是方解石礦最主要的深加工產(chǎn)品之一，也是目前市場需求量較大的非金屬礦深加工產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于造紙、涂料、塑料和橡膠等領(lǐng)域[1-2]，湖南的非金屬礦產(chǎn)資源豐富，素有“非金屬之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。方解石礦是湖南省優(yōu)勢的非金屬礦產(chǎn)，也是當(dāng)前開發(fā)利用的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。湖南某方解石礦資源豐富，礦種單一，礦石成分簡單，本文在對湖南某方解石礦工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，開展了方解石礦研磨技術(shù)性能實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用效果評價，研究目的為獲得磨礦細(xì)度與方解石礦研磨技術(shù)性能的指標(biāo)關(guān)系，為該方解石礦工業(yè)用途選擇及其產(chǎn)品設(shè)計和加工提供依據(jù)。

1 工藝礦物學(xué)研究

原礦肉眼下為白色，局部顯肉紅色。經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析和掃描電鏡分析綜合研究表明，原礦礦物組成較為簡單，其中主要礦物為方解石；雜質(zhì)礦物含量甚微，包括鐵質(zhì)污染物、高嶺石、褐鐵礦和黃鐵礦等；此外，還有黃銅礦、閃鋅礦等微量礦物。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，原礦主要礦物含量見表2。

由表1、2可知，原礦中主要化學(xué)成分CaCO3含量98.52%，雜質(zhì)成分含量較低，主要包括MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，原礦中方解石礦物含量高達(dá)99.85%。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

方解石的磨礦可采用高壓輥磨機(jī)、顎式破碎機(jī)、干式球磨機(jī)、雷蒙磨、立磨機(jī)、濕式球磨機(jī)和濕式棒磨機(jī)等設(shè)備[3-5]，立式螺旋攪拌磨礦機(jī)細(xì)磨能力強(qiáng)，可將物料粉磨至10 μm或者更細(xì)，是一種高效超細(xì)磨礦設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鐵礦、金礦、鉬礦、銅礦、鉛鋅礦和非金屬礦等選廠的細(xì)磨或再磨作業(yè)中[6]。立式螺旋攪拌磨礦機(jī)在非金屬礦細(xì)磨領(lǐng)域中更有著廣泛應(yīng)用，例如應(yīng)用于重質(zhì)碳酸鈣、石墨礦、螢石礦、高嶺土礦等的超細(xì)磨礦[7-8]，特別是有很多專用型大型超細(xì)攪拌磨機(jī)研磨重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線的應(yīng)用實(shí)踐，年產(chǎn)量達(dá)到2萬t至10萬t。因此方解石礦石研磨細(xì)磨實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇立式螺旋攪拌磨機(jī)。

2.1 磨礦時間對方解石礦磨礦細(xì)度的影響

采用長沙礦冶研究院研制的LJM-10L型超細(xì)立式螺旋攪拌磨機(jī)進(jìn)行磨礦時間對磨礦細(xì)度的影響條件實(shí)驗(yàn)。磨礦濃度是磨礦工藝的關(guān)鍵參數(shù)之一，磨礦濃度太低，立磨機(jī)處理能力小，磨礦效率低；而磨礦濃度太高，礦漿流動性差，磨礦效率也會降低，綜合考慮，立磨機(jī)磨礦濃度采用60%，研磨介質(zhì)采用10 kg直徑為6 mm的鋯球，攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)置為30 r/min，立磨機(jī)入料粒度為-0.075 mm 75%～80%，每批實(shí)驗(yàn)樣品為1.2 kg，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。鋯球研磨介質(zhì)成分為二氧化鋯，它具有硬度大、強(qiáng)度高、無金屬污染、使用壽命長、耐腐蝕、研磨效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，與鐵球介質(zhì)相比不會帶來鐵質(zhì)污染。氧化鋯球廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷、電池材料、冶金、礦產(chǎn)、涂料等研磨領(lǐng)域[9]。

由圖1可知，隨著磨礦時間的增加，立式螺旋攪拌磨機(jī)磨礦產(chǎn)品粒度越來越細(xì)，且粒度變細(xì)趨勢逐漸放緩。根據(jù)磨礦時間對方解石礦磨礦細(xì)度的影響曲線，可以得到磨礦細(xì)度與需要的磨礦時間對應(yīng)關(guān)系，分別為75 μm (-0.075 mm 95%)需 磨 礦2.5 min，37 μm (-0.037 mm 95%)需 磨 礦4.0 min，24 μm (-0.024 mm 95%)需磨礦7.5 min，18 μm (-0.018 mm 95%)需磨礦9.0 min，15 μm (-0.015 mm 95%)需磨礦12.0 min和12 μm (-0.012 mm 95%)需磨礦15.0 min。

2.2 磨礦細(xì)度對方解石粒度分布和白度的影響

為考察磨礦細(xì)度對方解石礦粒度分布和白度的影響，將方解石礦石分別細(xì)磨至75 μm、38 μm，24 μm、18 μm、15 μm和12 μm，測定方解石各細(xì)度產(chǎn)品粒度分布指標(biāo)和白度指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中磨礦細(xì)度為變量，固定立磨機(jī)磨礦濃度為60%，研磨介質(zhì)采用10 kg 直徑為6 mm鋯球，攪拌轉(zhuǎn)速為30 r/min，每批實(shí)驗(yàn)樣品為1.2 kg。采用LS-609激光粒度分析儀分別對各細(xì)度產(chǎn)品進(jìn)行粒度測定，采用WSD-3C全自動白度計對各細(xì)度產(chǎn)品進(jìn)行藍(lán)光白度測定，磨礦細(xì)度對方解石產(chǎn)品藍(lán)光白度的影響見表3，磨礦細(xì)度對方解石產(chǎn)品的粒度分布影響曲線見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度對方解石產(chǎn)品的粒度分布影響Fig.2 Effect of grinding fineness on particle size distribution of calcite products

表3 磨礦細(xì)度對方解石產(chǎn)品藍(lán)光白度的影響Table 3 Effect of grinding fineness on blue light whiteness of calcite products

由圖2和表3可知，在滿足38 μm、24 μm、18 μm、15 μm和12 μm細(xì)度指標(biāo)前提下，各個產(chǎn)品的白度情況為：38 μm產(chǎn)品白度達(dá)到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm產(chǎn)品白度達(dá)到93度。

2.3 不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)與應(yīng)用效果評價

在完成磨礦細(xì)度對方解石礦粒度分布和藍(lán)光白度的影響研究基礎(chǔ)上，分別對各細(xì)度產(chǎn)品進(jìn)行了鹽酸不溶物測定及比表面積測定等質(zhì)量指標(biāo)分析檢驗(yàn)。最終產(chǎn)品質(zhì)量分析匯總結(jié)果見表4。

表4 方解石各細(xì)度產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果Table 4 Product quality analysis results of calcite fineness

對照中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3249.1-2008、HG/T 3249.2-2008、HG/T 3249.3-2008和HG/T 3249.4-2008的要求，對通過立磨機(jī)研磨獲得的方解石各細(xì)度產(chǎn)品指標(biāo)的應(yīng)用效果評價見表5 ～7。

表5 方解石各細(xì)度產(chǎn)品滿足塑料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)要求評價Table 5 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard Calcite products for the plastics industry

表6 方解石研磨細(xì)度產(chǎn)品滿足造紙工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)要求評價Table 6 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the papermaking industry

表7 方解石研磨細(xì)度產(chǎn)品滿足涂料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)要求評價Table 7 Calcite grinding fineness products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the paint industry

由表5～7應(yīng)用效果評價結(jié)果可知，方解石研磨細(xì)度產(chǎn)品達(dá)到了造紙工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了涂料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣V型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了塑料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣VI型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié) 語

（1）湖南某方解石礦資源豐富，礦種單一，礦石成分較為簡單，原礦中主要礦物為方解石，CaCO3含量高達(dá)98.52%，雜質(zhì)礦物含量甚微，為該方解石礦的開發(fā)利用奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）方解石礦研磨實(shí)驗(yàn)研究表明，在滿足38 μm、24 μm、18 μm、15 μm和12 μm磨礦細(xì)度指標(biāo)前提下，38 μm方解石產(chǎn)品白度達(dá)到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm產(chǎn)品白度達(dá)到93度。

（3）方解石研磨產(chǎn)品應(yīng)用效果評價結(jié)果可知，方解石礦加工產(chǎn)品分別達(dá)到了造紙工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求；達(dá)到了涂料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣V型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求；達(dá)到了塑料工業(yè)用重質(zhì)碳酸鈣Ⅵ型18 μm合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）湖南某方解石礦推薦工業(yè)中生產(chǎn)細(xì)度為38 μm、24 μm、18 μm的方解石產(chǎn)品，該研究結(jié)果為確定湖南某方解石礦生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品工業(yè)用途提供依據(jù)，實(shí)踐中可根據(jù)產(chǎn)品市場需求及價格并結(jié)合能耗，靈活選擇工業(yè)用途的方解石研磨產(chǎn)品，以達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。