黃業(yè)豪，劉 紅，楊永修，江 闖，張 偉，錢功明

(武漢科技大學(xué) 冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

油酸鈉對(duì)高磷赤鐵礦磨礦過程的影響研究

黃業(yè)豪，劉 紅，楊永修，江 闖，張 偉，錢功明

(武漢科技大學(xué) 冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

為了研究磨礦助劑對(duì)磨礦過程中礦漿性質(zhì)及磨礦能耗的影響，以高磷赤鐵礦為研究對(duì)象，以油酸鈉作助磨劑，進(jìn)行了磨礦試驗(yàn)，考察了油酸鈉在不同磨礦時(shí)間下對(duì)礦漿pH、礦漿黏度及磨礦效果的影響。結(jié)果表明，在磨礦過程中加入的油酸鈉對(duì)礦漿pH和黏度有明顯影響；油酸鈉用量為0.5%wt時(shí)，具有明顯的助磨作用，可使能耗降低36.8%。

高磷赤鐵礦；助磨劑；油酸鈉；黏度

磨礦作業(yè)過程能耗較高，尤其是對(duì)礦物進(jìn)行細(xì)磨或超細(xì)磨時(shí)，能耗就會(huì)更高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球磨礦消耗的總電能約占當(dāng)年的總發(fā)電量的5%；在投資建設(shè)方面，磨礦工段投資約占整個(gè)選礦廠總投資的60%；在耗電量方面，磨礦作業(yè)的耗電量可占全廠投資的50%左右[1]；在現(xiàn)有技術(shù)上，能耗高，效率低是磨礦作業(yè)存在的主要問題。因此，降低磨礦能耗，尤其是降低細(xì)磨和超細(xì)磨礦能耗具有非常重要的意義。

在磨礦過程中，通過添加助磨劑可以改變磨礦環(huán)境或被磨物料表面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)提高磨礦效率、降低磨礦能耗和生產(chǎn)成本[2-6]。本試驗(yàn)就油酸鈉對(duì)鄂西髙磷鮞狀赤鐵礦的助磨效果進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料是鄂西高磷赤鐵礦，此礦石結(jié)構(gòu)以及嵌布關(guān)系都非常復(fù)雜，鮞粒含量較多，磷含量較高，而且品位低，是世界選礦界公認(rèn)的難選礦物[7]。由于該礦鐵礦物嵌布粒度非常細(xì)，所以必須將礦石磨至粒徑為30μm以下，甚至是幾個(gè)微米以下，才能使其單體解離[8]。原礦粒度組成見表1，試驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為分析純。

2 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備有：XMB-70型三輥四筒棒磨機(jī)(磨礦用球?yàn)锳l2O3)；PHS-3C型pH計(jì)；DV-79型數(shù)字式黏度計(jì)；不同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)篩；CS101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱；電子天平。

2.2 試驗(yàn)方法

用電子天平稱取礦樣，制成50%濃度的礦漿，在不同油酸鈉添加量和不同磨礦時(shí)間的情況下，考察礦漿的黏度及pH值的變化，并對(duì)磨礦產(chǎn)品用38μm篩孔尺寸的篩子進(jìn)行篩析實(shí)驗(yàn)，計(jì)算產(chǎn)率。

表1 原礦粒度組成

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 油酸鈉對(duì)礦漿pH的影響

在磨礦時(shí)間分別為0 min、5min、10min、15min、20min的條件下，考察了油酸鈉用量對(duì)pH的影響。結(jié)果如圖1所示。

圖1 磨礦時(shí)間對(duì)礦漿pH的影響

由圖1可以看出：不添加油酸鈉時(shí)，隨著磨礦時(shí)間延長(zhǎng)，pH先上升再下降，最后趨于平衡；添加助磨劑后，隨著磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，礦漿的pH呈先上升然后下降再略微上升的趨勢(shì)；同時(shí)，在磨礦時(shí)間相同的條件下，隨著助磨劑用量的增加，礦漿的pH值也隨之上升。

根據(jù)油酸鈉與赤鐵礦表面作用機(jī)理[9]，在赤鐵礦磨礦體系中，有式(1)～(3)幾種反應(yīng)發(fā)生。

微量Fe2O3與水的反應(yīng)見式(1)。

Fe2O3+ 3H2O = 2Fe(OH)3

(1)

Fe(OH)3的電離反應(yīng)見式(2)。

Fe(OH)3=Fe3++ 3OH-

(2)

Fe3+的水解反應(yīng)見式(3)。

Fe3++ 3H2O= Fe(OH)3+ 3H+

(3)

其中，式(2)和式(3)是一對(duì)化學(xué)平衡，直接影響溶液pH的變化：水解反應(yīng)產(chǎn)生H+使pH下降，而電離反應(yīng)則產(chǎn)生OH-使pH上升。在磨礦過程中，初期電離大于水解，因而pH上升；后期水解大于電離，pH下降；最后細(xì)度達(dá)到某一值后，水解反應(yīng)與電離反應(yīng)均趨于穩(wěn)定，不再隨細(xì)度變化，使pH趨于穩(wěn)定；在油酸鈉—赤鐵礦磨礦體系中，隨著油酸鈉用量的增加，溶液的堿性變強(qiáng)，pH較不加及少加藥劑都有明顯的增加，但總體趨勢(shì)仍保持一致。

由此可知：在赤鐵礦磨礦體系中，磨礦粒度對(duì)[Fe]離子的水解和[Fe]化合物的電離有明顯影響；添加油酸鈉，pH有明顯的上升，但不影響磨礦過程中pH的整體變化趨勢(shì)。

3.2 油酸鈉對(duì)礦漿黏度的影響

在磨礦時(shí)間分別為0 min、5min、10min、15min、20min的條件下，考察了油酸鈉用量對(duì)礦漿黏度的影響。結(jié)果如圖2所示。

圖2 磨礦時(shí)間對(duì)礦漿黏度的影響

由圖2可知，隨著油酸鈉用量的增加，礦漿的黏度大致呈上升趨勢(shì)。當(dāng)油酸鈉用量小于0.2% wt時(shí)，隨磨礦時(shí)間的增加，礦漿黏度先降低再增加，在10min時(shí)礦漿黏度達(dá)到最小；當(dāng)油酸鈉用量大于0.3%wt時(shí)，礦漿黏度隨磨礦時(shí)間的增加而緩慢增加；當(dāng)油酸鈉用量超過0.5wt%后，礦漿極易發(fā)生聚團(tuán)凝聚，使黏度隨時(shí)間變化發(fā)生了無規(guī)律變化。

3.3 油酸鈉對(duì)產(chǎn)品細(xì)度的影響

在磨礦時(shí)間分別為0 min、5min、10min、15min、20min的條件下，考察了油酸鈉用量對(duì)磨礦產(chǎn)品中-38μm粒級(jí)的影響。結(jié)果如圖3所示。

圖3 油酸鈉用量對(duì)-38μm粒級(jí)含量的影響

如圖3所示，在磨礦時(shí)間為5min時(shí)，少量油酸鈉對(duì)磨礦產(chǎn)生抑制作用，但在其它磨礦時(shí)間下，少量油酸鈉并未產(chǎn)生此現(xiàn)象；并且所有磨礦時(shí)間下，當(dāng)油酸鈉用量較高時(shí)，助磨作用均有一定程度的下降。其原因是不同用量的油酸鈉對(duì)改變赤鐵礦表面物化性能所需的時(shí)間不同。根據(jù)油酸鈉的溶液化學(xué)性質(zhì)和油酸鈉與礦物表面的反應(yīng)熱力學(xué)[4]可知，油酸鈉對(duì)赤鐵礦磨礦存在兩方面的影響，一方面，油酸根離子在赤鐵礦表面產(chǎn)生吸附作用，促進(jìn)赤鐵礦的單體解離；另一方面，油酸鈉使礦漿黏度變大(圖2)，導(dǎo)致磨礦介質(zhì)對(duì)礦石的沖擊力相對(duì)減弱，使球磨機(jī)效率下降，對(duì)磨礦產(chǎn)生抑制作用。當(dāng)油酸鈉用量較少時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)未能使發(fā)生明顯吸附，僅使礦漿pH升高。而根據(jù)上述反應(yīng)式(1)、式(2)可知，pH較高時(shí)，F(xiàn)e(OH)3更容易聚集在赤鐵礦表面，不利于解離，使磨礦效率降低。隨著磨礦時(shí)間延長(zhǎng)，吸附增強(qiáng)，赤鐵礦表面強(qiáng)度降低，助磨作用明顯。隨著油酸鈉用量增加，赤鐵礦表面性能發(fā)生明顯改變的時(shí)間變短，但礦漿發(fā)生聚團(tuán)的可能性增加，助磨作用下降。

3.4 油酸鈉對(duì)磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響

本研究礦樣用量為500g，球磨罐的有效容積為0.0011m3，根據(jù)特定粒級(jí)利用系數(shù)，即以單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過磨礦過程所獲得的粒度小于38μm的顆粒含量從而來計(jì)算磨機(jī)的生產(chǎn)能力，其計(jì)算公式見式(4)。

(4)

式中：q為按新生成的粒度小于38μm的顆粒含量來計(jì)算磨機(jī)的生產(chǎn)能力，t/(m3· h)；Q為磨機(jī)的單位處理量，T/h；β2為磨礦后粒度小于38μm的礦石含量，%；β1為沒經(jīng)磨過的礦石粒度小于38μm的含量，%；V為磨機(jī)的有效容積，m3[10]。

添加油酸鈉后磨機(jī)的生產(chǎn)能力如表2所示，其中，相對(duì)增量是指在相同的磨礦時(shí)間下，添加油酸鈉與未加油酸鈉相比，添加油酸鈉后磨機(jī)生產(chǎn)能力的增加值與未加油酸鈉時(shí)磨機(jī)生產(chǎn)能力的比值。

由表2可知：油酸鈉能提高磨機(jī)的生產(chǎn)能力，且隨著油酸鈉用量的增加，助磨效果有增加趨勢(shì)。通過上表分析可知，在油酸鈉用量為0.5%wt時(shí)，從生產(chǎn)能力和相對(duì)增量方面來說，助磨效果達(dá)到最好，當(dāng)油酸鈉用量達(dá)到0.6%wt后，助磨效果變差。因此將藥劑用量為0.5%wt與不加藥劑時(shí)-38μm含量隨時(shí)間變化進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。

表2 不同濃度油酸鈉對(duì)磨機(jī)生產(chǎn)能力的影響

圖4 磨礦時(shí)間對(duì)-38μm粒級(jí)含量的影響

助磨劑對(duì)赤鐵礦的磨礦產(chǎn)生了明顯的促進(jìn)作用。磨礦5min時(shí)，不加助磨劑時(shí)-38μm粒級(jí)占13.82%，加0.5%wt助磨劑后-38μm粒級(jí)占14.96%，-38μm粒級(jí)含量增幅達(dá)8.25%。

由圖4可以看出，加入適量的油酸鈉與不加油酸鈉相比，礦石磨至相同細(xì)度的時(shí)間大大縮短，因此起到了節(jié)能降耗的作用。

以不加藥劑為基準(zhǔn)，加不同濃度藥劑降低能耗的值如表3所示。在油酸鈉用量為0.1%wt時(shí)，降低能耗為負(fù)值，說明加入0.1%wt的油酸鈉對(duì)磨礦產(chǎn)生了抑制，而在其他油酸鈉用量下則產(chǎn)生了理想的促進(jìn)效果，其中，油酸鈉用量為0.5%wt時(shí)平均降耗幅度最大，達(dá)36.8%。

4 結(jié) 論

1)適宜用量的油酸鈉對(duì)赤鐵礦的磨礦產(chǎn)生了明顯的促進(jìn)作用，但少量藥劑對(duì)磨礦有抑制作用。在磨礦時(shí)間為5min時(shí)，加0.5%wt的油酸鈉后-38μm粒級(jí)含量增幅達(dá)8.25%。

2)隨著油酸鈉用量的升高，助磨作用大致呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)油酸鈉濃度為0.5%wt時(shí)，磨機(jī)生產(chǎn)能力最大，達(dá)0.11891t/(m3·h)，平均降耗幅度最大，達(dá)36.8%。

表3 不同濃度油酸鈉對(duì)降低能耗的影響

[1] 鄧善芝，王澤紅，程仁舉，等.助磨劑作用機(jī)理的研究及發(fā)展趨勢(shì)[J].有色礦冶，2010，26(4)：25-27.

[2] 李茂林，汪彬，朱曄，等．助磨劑對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦磨礦的影響[J]．武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34(2)：141-144．

[3] Choi H，Lee w，Kim S.Effect of grinding aids on the kinetics of fine grinding energy consumed of calcite powders by a stirred ball mill[J].Advanced Powder Technology，2009，20(4)：350-354.

[4] 孫偉，羅春華，胡岳華，等．不同助磨劑對(duì)鋁土礦磨礦中-16μm粒級(jí)含量的影響[J]．礦冶工程，2007，27(5)：22-26．

[5] 韓躍新，田秭蘭，王澤紅，等．助磨劑的作用及作用機(jī)理研究[J]．有色礦冶，2004，20(1)：11-13．

[6] Choi H，Lee W，Kim D U，eta1.Effect of grinding aids on the grinding energy consumed during of calcite in a stirred ball mill[J].Minerals Engineering，2010，23(1)：54-57.

[7] 張?jiān)?，丁亞卓，龔文?寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦選礦研究進(jìn)展[J].金屬礦山，2010(8)：92-96.

[8] 柳衡琪，張宏福.國(guó)外鮞狀鐵礦石選礦研究現(xiàn)狀[J].湖南冶金，1987(4)：47-54.

[9] 馮其明，趙巖森，張國(guó)范.油酸鈉在赤鐵礦及磷灰石表面的吸附機(jī)理[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2012，22(10)：2902-2907.

[10] 張強(qiáng).選礦概論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

Effect of sodiun oleate on the grinding process of high phosphorus hematite

HUANG Ye-hao，LIU Hong，YANG Yong-xiu，JIANG Chuang，ZHANG Wei，QIAN Gong-ming

(Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China)

To study the influence of grinding agent to the grinding energy consumption and the characterization of pulp，the effects of sodium oleate on the grinding efficiency，pH and the viscosity of pulp are investigated during the grinding process.In this investigation，high phosphorus hematite used as the object and the sodium oleate used as grinding agent.The results indicated that sodium oleate which used in the grinding process can clearly affect the pH and viscosity of pulp，and reduce the grinding energy consumption.The best reduce value of grinding efficiency is 36.8% when the dosage of sodium oleate is 0.5%wt.

hematite；grinding agent；sodium oleate；viscosity

2014-04-15

武漢科技大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：12ZRC153)

錢功明(1977-)，男，副教授，博士。主要從事與礦物加工相關(guān)的教學(xué)和科研工作。

TD92

A

1004-4051(2015)05-0111-04