助磨劑對(duì)石英磨礦效果及浮選行為的影響

王澤紅 周鵬飛 高 偉 羅 偉 毛 勇

（東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819）

選礦的前提是有用礦物與脈石礦物充分單體解離，主要通過碎礦及磨礦來完成。粉磨過程是一種能耗很高的作業(yè)，特別是當(dāng)需要對(duì)物料進(jìn)行細(xì)磨和超細(xì)磨時(shí)，能耗更高。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，全世界粉磨消耗的電能大約占當(dāng)年總發(fā)電量的5%；在投資上，粉磨作業(yè)投資占整個(gè)選礦廠投資的60%左右；粉磨作業(yè)的耗電量大約占選廠總耗電量的30%～70%，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)大約占選廠總費(fèi)用的40%～50%；在技術(shù)上，粉磨作業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量直接影響著選別指標(biāo)的好壞，磨礦生產(chǎn)能力直接決定著整個(gè)選礦廠的生產(chǎn)能力。因此，磨礦作業(yè)在礦物加工工程領(lǐng)域及國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位［1，2］。

粉磨過程中加入少量的化學(xué)添加劑（氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的化學(xué)物質(zhì)）能夠顯著提高粉磨效率或降低粉磨過程的能耗和鋼耗，這種化學(xué)添加劑通常稱為助磨劑［3，4］。研究表明：通過添加助磨劑可改善物料的可磨性，減輕顆粒之間的黏聚結(jié)團(tuán)作用，提高磨機(jī)內(nèi)物料的流動(dòng)性；或者通過添加助磨劑可以降低礦物的表面硬度，加快礦石顆粒的粉碎速度，從而達(dá)到提高磨礦效率、降低能耗等目的；有的助磨劑還可以對(duì)磨礦介質(zhì)和磨機(jī)襯板起到緩蝕作用，從而降低鋼耗［5，6］。本研究以高純石英礦為原料，選擇合適的助磨劑進(jìn)行試驗(yàn)，在適宜的磨礦條件和浮選條件下，研究石英粉磨過程中添加助磨劑對(duì)其磨礦效果及后續(xù)浮選指標(biāo)的影響，闡明助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響規(guī)律，為助磨劑在石英及其它物料磨礦中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)原料

以高純度石英砂作為試驗(yàn)物料，由市場(chǎng)購買。試驗(yàn)原料經(jīng)顎式破碎機(jī)與輥式破碎機(jī)組成的三段一閉路破碎流程制得，最終粒度為-2 mm。試樣XRD分析結(jié)果如圖1 所示，化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1 所示。

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由圖1 和表1 可知，試驗(yàn)所用礦樣礦物組成簡(jiǎn)單，SiO2的含量高達(dá)98.18%，其余元素含量很低，石英純度很高。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

磨礦試驗(yàn)采用φ180 mm×200 mm 實(shí)驗(yàn)室小型球磨機(jī)進(jìn)行，浮選試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室XFG 50 mL 掛槽式浮選機(jī)進(jìn)行；磨礦產(chǎn)品采用浙江上虞標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（φ200×50GB6003-97）在振篩機(jī)上進(jìn)行粒度分析。

1.3 試驗(yàn)藥劑

助磨劑：三乙醇胺、丙酮、油酸鈉、氯化銨、氯化鈉，均為分析純?cè)噭?/p>

浮選藥劑：十二胺、油酸鈉，工業(yè)品；CaCl2、HCl、NaOH等，分析純。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

筆者前期研究對(duì)磨礦過程及參數(shù)進(jìn)行了大量探索性優(yōu)化試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，確定了試驗(yàn)石英樣在不添加助磨劑條件下的最佳磨礦參數(shù)，即：磨礦方式為濕式磨礦，磨礦介質(zhì)采用鋼質(zhì)球形介質(zhì)，介質(zhì)充填率為40%，不同介質(zhì)尺寸及質(zhì)量配比為m（φ30 mm）∶m（φ20 mm）∶m（φ15 mm）＝30∶25∶45，料球比為0.75，磨礦濃度為70%。本研究主要對(duì)不同助磨劑及其用量對(duì)石英磨礦效果及浮選行為的影響進(jìn)行分析。

2.1 助磨劑及其用量對(duì)石英磨礦效率的影響

在探索性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考前人的研究結(jié)論和成果，選擇三乙醇胺、丙酮、油酸鈉、氯化銨、氯化鈉5 種藥劑作為助磨劑，在確定的最佳磨礦條件下，研究不同助磨劑及其用量（以助磨劑質(zhì)量占石英質(zhì)量的百分比表示）對(duì)石英粉磨效果的影響。采用磨礦效率評(píng)價(jià)石英的粉磨效果。所謂磨礦效率是磨機(jī)單位能耗的生產(chǎn)率，也就是磨機(jī)每消耗1 kWh能量所處理的物料的質(zhì)量。在生產(chǎn)實(shí)踐中，磨礦效率既可以表示為每消耗1 kWh能量所處理的新給料的質(zhì)量，也可以表示為每消耗1kWh 能量新產(chǎn)生的-0.074 mm粒級(jí)量［7］。本研究中，當(dāng)磨礦條件相同時(shí)，磨機(jī)的磨礦效率與磨礦產(chǎn)品中新生成的-0.074 mm 粒級(jí)含量成正比，即磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm 的含量越高，磨礦效率越高。在磨礦時(shí)間10 min 的條件下，不同助磨劑及其用量與磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm 粒級(jí)含量關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖2可知：不同助磨劑在不同用量時(shí)對(duì)石英的助磨作用不同；在所選用的5種助磨劑中，三乙醇胺、丙酮、氯化銨和氯化鈉在適宜的用量下均對(duì)石英粉磨具有一定的助磨作用，且每一種助磨劑都存在一個(gè)最佳用量，分別為1.0%、0.1%、0.3%、0.1%，在該用量下，石英粉磨產(chǎn)品中-0.074 mm 粒級(jí)含量分別為85.13%、85.63%、84.19%、83.11%，較不使用助磨劑時(shí)的82.97%分別提高了2.16、2.66、1.22、0.14 個(gè)百分點(diǎn)；相反，當(dāng)使用油酸鈉作為助磨劑時(shí)，在試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，石英粉磨產(chǎn)品中的-0.074 mm 含量均降低，這說明油酸鈉對(duì)石英粉磨效果起阻磨作用，而非助磨作用。

在助磨劑各自最佳用量條件下，考察了磨礦時(shí)間對(duì)石英粉磨產(chǎn)品粒度的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出：在試驗(yàn)范圍內(nèi)，添加助磨劑三乙醇胺、丙酮、氯化銨和氯化鈉的粉磨產(chǎn)品中-0.074 mm含量均比未添加助磨劑時(shí)的-0.074 mm 含量高，而添加油酸鈉時(shí)粉磨產(chǎn)品中-0.074 mm 含量則比未添加任何藥劑時(shí)的-0.074 mm 含量低，進(jìn)一步說明三乙醇胺、丙酮、氯化銨和氯化鈉對(duì)石英粉磨具有助磨作用，油酸鈉具有阻磨作用；同時(shí)還可以看出，隨著磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，粉磨產(chǎn)品中-0.074 mm 的含量逐漸增大，但增大的幅度逐漸降低。

2.2 助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響

浮選條件試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室XFG 50 mL 掛槽式浮選機(jī)中進(jìn)行，主軸轉(zhuǎn)速為1 992 r/min。每次稱取5.0 g粉磨后石英產(chǎn)品（為避免顆粒粒度對(duì)浮選指標(biāo)影響，在進(jìn)行后續(xù)浮選試驗(yàn)時(shí)，采用磨礦曲線保證入浮物料中-0.074 mm含量相同）放入50 mL浮選槽中，加入一次蒸餾水，然后調(diào)漿2 min，調(diào)節(jié)礦漿pH值，穩(wěn)定攪拌2 min 后，測(cè)定礦漿pH 值；之后加入一定量的捕收劑溶液，攪拌3 min，浮選刮泡4 min。浮選泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別過濾、烘干、稱重，并計(jì)算浮選回收率，以研究不同種類助磨劑（對(duì)石英具有助磨作用的助磨劑，即三乙醇胺、丙酮、氯化銨、氯化鈉）在最佳用量條件下對(duì)石英浮選行為的影響。試驗(yàn)采用正浮選，浮選礦漿pH 值調(diào)整劑為HCl 或NaOH 溶液，捕收劑分別采用十二胺和油酸鈉。由于十二胺在水溶液中的溶解度很小，所以試驗(yàn)過程中將其溶入鹽酸，配成十二胺鹽酸鹽溶液供浮選試驗(yàn)使用［8，9］。

2.2.1 十二胺體系下石英浮選行為的研究

試驗(yàn)首先采用不加助磨劑的粉磨產(chǎn)品研究了礦漿pH 值和捕收劑十二胺用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4 可以看出：十二胺體系中，石英的可浮性受礦漿pH 值的影響十分明顯，石英浮選回收率隨礦漿pH值的增加而先提高后降低，當(dāng)?shù)V漿pH為6.8時(shí)，石英浮選回收率達(dá)到最大值，為91.97%，因此，確定十二胺體系下石英浮選的最佳pH值為6.8；隨十二胺用量的增加，石英浮選回收率表現(xiàn)出同樣的變化趨勢(shì)，即先增加后降低，當(dāng)十二胺用量為50 mg/L 時(shí)，石英浮選回收率達(dá)到最大值，為91.97%，因此，確定十二胺的最佳用量為50 mg/L。

在礦漿pH 值為6.8、十二胺用量為50 mg/L 的最佳浮選條件下，固定其它浮選操作參數(shù)，對(duì)不添加助磨劑及添加4 種不同助磨劑在最佳用量下的磨礦產(chǎn)品（根據(jù)磨礦曲線，保證-0.074 mm 含量相同）分別進(jìn)行浮選試驗(yàn)，探討十二胺體系中助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5 可以看出：在十二胺體系中，所選擇的4種助磨劑對(duì)石英浮選回收率的影響不同：當(dāng)使用三乙醇胺作為助磨劑時(shí)，浮選指標(biāo)較不使用助磨劑提高了5.83 個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)使用氯化鈉作為助磨劑時(shí)，浮選指標(biāo)基本不變；當(dāng)使用丙酮和氯化銨作為助磨劑時(shí)，浮選指標(biāo)則有不同程度的降低，分別降低了2.89、12.8 個(gè)百分點(diǎn)。這說明不同種類助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響不同，有的可以提高石英的可浮性，有的則使石英的可浮性惡化。只有三乙醇胺既是石英的助磨劑，同時(shí)在十二胺浮選體系下還能提高石英的浮選回收率。

2.2.2 油酸鈉體系下石英浮選行為的研究

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石英在油酸鈉體系中可浮性較差，因此，在油酸鈉體系中使用了活化劑氯化鈣［10］。首先采用不加助磨劑的粉磨產(chǎn)品研究了礦漿pH 值、捕收劑油酸鈉用量及活化劑氯化鈣用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6 可知：在活化劑存在條件下，石英浮選回收率隨礦漿pH 值、油酸鈉用量的增大先逐漸增大，之后均有不同程度的降低；當(dāng)pH=11.5、油酸鈉用量為160 mg/L、氯化鈣用量為100 mg/L 時(shí)，石英浮選回收率達(dá)到最大值92.51%。因此浮選石英最佳pH 值、油酸鈉最佳用量、氯化鈣最佳用量分別確定為11.5、160 mg/L、100 mg/L，后續(xù)試驗(yàn)均在此條件下進(jìn)行。

調(diào)節(jié)礦漿pH 值為11.5，油酸鈉用量為160 mg/L，氯化鈣用量為100 mg/L，固定其它浮選操作參數(shù)，對(duì)不添加助磨劑及添加4 種不同助磨劑在最佳用量下的磨礦產(chǎn)品（-0.074 mm 含量相同）分別進(jìn)行浮選試驗(yàn)，探討油酸鈉體系中助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7 可以看出，油酸鈉體系中，所選擇的4 種助磨劑對(duì)石英浮選回收率的影響也得到了與十二胺浮選體系基本相同的結(jié)論，即：當(dāng)使用三乙醇胺作為助磨劑時(shí)，浮選指標(biāo)較不使用助磨劑時(shí)提高，回收率提高了4.94 個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)使用丙酮、氯化銨和氯化鈉作為助磨劑時(shí)，浮選指標(biāo)則有不同程度的降低，回收率分別降低了6.76、2.95、和1.79 個(gè)百分點(diǎn)。不同種類助磨劑對(duì)石英浮選行為的影響不同，有的可以提高石英的可浮性，有的則使石英的可浮性惡化。只有三乙醇胺既是石英的助磨劑，同時(shí)在油酸鈉浮選體系下也能提高石英的浮選回收率。

3 結(jié) 論

（1）采用5種助磨劑（三乙醇胺、丙酮、油酸鈉、氯化銨、氯化鈉）研究了助磨劑種類及其用量對(duì)石英磨礦效率的影響。結(jié)果表明，不同助磨劑在不同用量時(shí)，對(duì)石英磨礦效率的影響不同，每一種助磨劑均有一個(gè)適宜的用量，在該用量下，對(duì)石英磨礦效率影響的次序?yàn)椋罕救掖及罚韭然@＞氯化鈉＞油酸鈉。其中，助磨劑三乙醇胺、丙酮、氯化銨和氯化鈉對(duì)石英均具有助磨作用，而油酸鈉則具有阻磨作用；丙酮在最優(yōu)條件下，可使磨礦產(chǎn)品中-0.074 mm 粒級(jí)含量提高2.66個(gè)百分點(diǎn)。

（2）4 種助磨劑（三乙醇胺、丙酮、氯化銨、氯化鈉）對(duì)石英浮選回收率影響的研究結(jié)果表明，助磨劑三乙醇胺既對(duì)石英礦有助磨作用，同時(shí)在十二胺體系和油酸鈉體系中均可提高石英浮選回收率，石英浮選回收率分別提高了5.83 個(gè)百分點(diǎn)和4.94 個(gè)百分點(diǎn)。其他3 種助磨劑則對(duì)石英浮選回收率具有不利影響。

（3）后續(xù)將篩選更多石英助磨劑或采用復(fù)合助磨劑進(jìn)行試驗(yàn)，總結(jié)能夠改善石英浮選指標(biāo)的助磨劑特點(diǎn)，找出規(guī)律，并研究助磨劑對(duì)石英浮選指標(biāo)影響的作用機(jī)理。