油酸鈉對高磷赤鐵礦磨礦過程的影響研究

黃業豪，劉 紅，楊永修，江 闖，張 偉，錢功明

(武漢科技大學 冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

油酸鈉對高磷赤鐵礦磨礦過程的影響研究

黃業豪，劉 紅，楊永修，江 闖，張 偉，錢功明

(武漢科技大學 冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

為了研究磨礦助劑對磨礦過程中礦漿性質及磨礦能耗的影響，以高磷赤鐵礦為研究對象，以油酸鈉作助磨劑，進行了磨礦試驗，考察了油酸鈉在不同磨礦時間下對礦漿pH、礦漿黏度及磨礦效果的影響。結果表明，在磨礦過程中加入的油酸鈉對礦漿pH和黏度有明顯影響；油酸鈉用量為0.5%wt時，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

磨礦作業過程能耗較高，尤其是對礦物進行細磨或超細磨時，能耗就會更高。據統計，全球磨礦消耗的總電能約占當年的總發電量的5%；在投資建設方面，磨礦工段投資約占整個選礦廠總投資的60%；在耗電量方面，磨礦作業的耗電量可占全廠投資的50%左右[1]；在現有技術上，能耗高，效率低是磨礦作業存在的主要問題。因此，降低磨礦能耗，尤其是降低細磨和超細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境或被磨物料表面的物理化學性質，從而實現提高磨礦效率、降低磨礦能耗和生產成本[2-6]。本試驗就油酸鈉對鄂西髙磷鮞狀赤鐵礦的助磨效果進行研究。

1 試驗原料

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

2 試驗設備及試驗方法

2.1 試驗設備

試驗所用的儀器設備有：XMB-70型三輥四筒棒磨機(磨礦用球為Al2O3)；PHS-3C型pH計；DV-79型數字式黏度計；不同規格標準篩；CS101-2A型電熱鼓風干燥箱；電子天平。

2.2 試驗方法

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間的情況下，考察礦漿的黏度及pH值的變化，并對磨礦產品用38μm篩孔尺寸的篩子進行篩析實驗，計算產率。

表1 原礦粒度組成

3 試驗結果分析

3.1 油酸鈉對礦漿pH的影響

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

圖1 磨礦時間對礦漿pH的影響

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

根據油酸鈉與赤鐵礦表面作用機理[9]，在赤鐵礦磨礦體系中，有式(1)～(3)幾種反應發生。

微量Fe2O3與水的反應見式(1)。

Fe2O3+ 3H2O = 2Fe(OH)3

(1)

Fe(OH)3的電離反應見式(2)。

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

(2)

Fe3+的水解反應見式(3)。

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

(3)

其中，式(2)和式(3)是一對化學平衡，直接影響溶液pH的變化：水解反應產生H+使pH下降，而電離反應則產生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；最后細度達到某一值后，水解反應與電離反應均趨于穩定，不再隨細度變化，使pH趨于穩定；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，pH較不加及少加藥劑都有明顯的增加，但總體趨勢仍保持一致。

由此可知：在赤鐵礦磨礦體系中，磨礦粒度對[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。

3.2 油酸鈉對礦漿黏度的影響

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

圖2 磨礦時間對礦漿黏度的影響

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。當油酸鈉用量小于0.2% wt時，隨磨礦時間的增加，礦漿黏度先降低再增加，在10min時礦漿黏度達到最小；當油酸鈉用量大于0.3%wt時，礦漿黏度隨磨礦時間的增加而緩慢增加；當油酸鈉用量超過0.5wt%后，礦漿極易發生聚團凝聚，使黏度隨時間變化發生了無規律變化。

3.3 油酸鈉對產品細度的影響

在磨礦時間分別為0 min、5min、10min、15min、20min的條件下，考察了油酸鈉用量對磨礦產品中-38μm粒級的影響。結果如圖3所示。

圖3 油酸鈉用量對-38μm粒級含量的影響

如圖3所示，在磨礦時間為5min時，少量油酸鈉對磨礦產生抑制作用，但在其它磨礦時間下，少量油酸鈉并未產生此現象；并且所有磨礦時間下，當油酸鈉用量較高時，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改變赤鐵礦表面物化性能所需的時間不同。根據油酸鈉的溶液化學性質和油酸鈉與礦物表面的反應熱力學[4]可知，油酸鈉對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生吸附作用，促進赤鐵礦的單體解離；另一方面，油酸鈉使礦漿黏度變大(圖2)，導致磨礦介質對礦石的沖擊力相對減弱，使球磨機效率下降，對磨礦產生抑制作用。當油酸鈉用量較少時，在較短時間內未能使發生明顯吸附，僅使礦漿pH升高。而根據上述反應式(1)、式(2)可知，pH較高時，Fe(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。隨著磨礦時間延長，吸附增強，赤鐵礦表面強度降低，助磨作用明顯。隨著油酸鈉用量增加，赤鐵礦表面性能發生明顯改變的時間變短，但礦漿發生聚團的可能性增加，助磨作用下降。

3.4 油酸鈉對磨機生產能力的影響

本研究礦樣用量為500g，球磨罐的有效容積為0.0011m3，根據特定粒級利用系數，即以單位時間內經過磨礦過程所獲得的粒度小于38μm的顆粒含量從而來計算磨機的生產能力，其計算公式見式(4)。

(4)

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

添加油酸鈉后磨機的生產能力如表2所示，其中，相對增量是指在相同的磨礦時間下，添加油酸鈉與未加油酸鈉相比，添加油酸鈉后磨機生產能力的增加值與未加油酸鈉時磨機生產能力的比值。

由表2可知：油酸鈉能提高磨機的生產能力，且隨著油酸鈉用量的增加，助磨效果有增加趨勢。通過上表分析可知，在油酸鈉用量為0.5%wt時，從生產能力和相對增量方面來說，助磨效果達到最好，當油酸鈉用量達到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-38μm含量隨時間變化進行對比，如圖4所示。

表2 不同濃度油酸鈉對磨機生產能力的影響

圖4 磨礦時間對-38μm粒級含量的影響

助磨劑對赤鐵礦的磨礦產生了明顯的促進作用。磨礦5min時，不加助磨劑時-38μm粒級占13.82%，加0.5%wt助磨劑后-38μm粒級占14.96%，-38μm粒級含量增幅達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，礦石磨至相同細度的時間大大縮短，因此起到了節能降耗的作用。

以不加藥劑為基準，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，降低能耗為負值，說明加入0.1%wt的油酸鈉對磨礦產生了抑制，而在其他油酸鈉用量下則產生了理想的促進效果，其中，油酸鈉用量為0.5%wt時平均降耗幅度最大，達36.8%。

4 結 論

1)適宜用量的油酸鈉對赤鐵礦的磨礦產生了明顯的促進作用，但少量藥劑對磨礦有抑制作用。在磨礦時間為5min時，加0.5%wt的油酸鈉后-38μm粒級含量增幅達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。當油酸鈉濃度為0.5%wt時，磨機生產能力最大，達0.11891t/(m3·h)，平均降耗幅度最大，達36.8%。

表3 不同濃度油酸鈉對降低能耗的影響

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[2] 李茂林，汪彬，朱曄，等．助磨劑對鄂西高磷鮞狀赤鐵礦磨礦的影響[J]．武漢科技大學學報，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.

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[10] 張強.選礦概論[M].北京：冶金工業出版社，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

武漢科技大學大學生科技創新基金項目資助(編號：12ZRC153)

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

TD92

A

1004-4051(2015)05-0111-04