磨礦細度對湖南某方解石礦加工技術性能的影響研究

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任公司,湖南 長沙 410012; 2.中南大學資源加工與生物工程學院,湖南 長沙 410083)

方解石是一種結晶的碳酸鹽類礦物，其主要化學成分碳酸鈣占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、化學純度高等優點。重質碳酸鈣是方解石礦最主要的深加工產品之一，也是目前市場需求量較大的非金屬礦深加工產品之一，廣泛應用于造紙、涂料、塑料和橡膠等領域[1-2]，湖南的非金屬礦產資源豐富，素有“非金屬之鄉”的美譽。方解石礦是湖南省優勢的非金屬礦產，也是當前開發利用的重點和熱點。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研究的基礎上，開展了方解石礦研磨技術性能實驗研究和應用效果評價，研究目的為獲得磨礦細度與方解石礦研磨技術性能的指標關系，為該方解石礦工業用途選擇及其產品設計和加工提供依據。

1 工藝礦物學研究

原礦肉眼下為白色，局部顯肉紅色。經鏡下鑒定、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；雜質礦物含量甚微，包括鐵質污染物、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。原礦化學多元素分析結果見表1，原礦主要礦物含量見表2。

表1 原礦的化學多元素分析結果/%Table 1 Results of semi-quantitative analysis of raw ore by X-ray fluorescence spectrum

表2 原礦中主要礦物的含量Table 2 Content of major minerals in raw ore

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

2 實驗結果與討論

方解石的磨礦可采用高壓輥磨機、顎式破碎機、干式球磨機、雷蒙磨、立磨機、濕式球磨機和濕式棒磨機等設備[3-5]，立式螺旋攪拌磨礦機細磨能力強，可將物料粉磨至10 μm或者更細，是一種高效超細磨礦設備，廣泛應用于鐵礦、金礦、鉬礦、銅礦、鉛鋅礦和非金屬礦等選廠的細磨或再磨作業中[6]。立式螺旋攪拌磨礦機在非金屬礦細磨領域中更有著廣泛應用，例如應用于重質碳酸鈣、石墨礦、螢石礦、高嶺土礦等的超細磨礦[7-8]，特別是有很多專用型大型超細攪拌磨機研磨重質碳酸鈣生產線的應用實踐，年產量達到2萬t至10萬t。因此方解石礦石研磨細磨實驗設備選擇立式螺旋攪拌磨機。

2.1 磨礦時間對方解石礦磨礦細度的影響

采用長沙礦冶研究院研制的LJM-10L型超細立式螺旋攪拌磨機進行磨礦時間對磨礦細度的影響條件實驗。磨礦濃度是磨礦工藝的關鍵參數之一，磨礦濃度太低，立磨機處理能力小，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，立磨機磨礦濃度采用60%，研磨介質采用10 kg直徑為6 mm的鋯球，攪拌轉速設置為30 r/min，立磨機入料粒度為-0.075 mm 75% ～80%，每批實驗樣品為1.2 kg，實驗結果見圖1。鋯球研磨介質成分為二氧化鋯，它具有硬度大、強度高、無金屬污染、使用壽命長、耐腐蝕、研磨效率高等突出優點，與鐵球介質相比不會帶來鐵質污染。氧化鋯球廣泛應用于食品、醫藥、結構陶瓷、電子陶瓷、電池材料、冶金、礦產、涂料等研磨領域[9]。

圖1 磨礦時間對方解石礦磨礦細度的影響Fig.1 Effect of grinding time on grinding fineness of calcite ore

由圖1可知，隨著磨礦時間的增加，立式螺旋攪拌磨機磨礦產品粒度越來越細，且粒度變細趨勢逐漸放緩。根據磨礦時間對方解石礦磨礦細度的影響曲線，可以得到磨礦細度與需要的磨礦時間對應關系，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 磨礦細度對方解石粒度分布和白度的影響

為考察磨礦細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磨至75 μm、38 μm，24 μm、18 μm、15 μm和12 μm，測定方解石各細度產品粒度分布指標和白度指標。實驗中磨礦細度為變量，固定立磨機磨礦濃度為60%，研磨介質采用10 kg 直徑為6 mm鋯球，攪拌轉速為30 r/min，每批實驗樣品為1.2 kg。采用LS-609激光粒度分析儀分別對各細度產品進行粒度測定，采用WSD-3C全自動白度計對各細度產品進行藍光白度測定，磨礦細度對方解石產品藍光白度的影響見表3，磨礦細度對方解石產品的粒度分布影響曲線見圖2。

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

表3 磨礦細度對方解石產品藍光白度的影響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細度指標前提下，各個產品的白度情況為：38 μm產品白度達到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm產品白度達到93度。

2.3 不同磨礦細度產品的質量檢驗與應用效果評價

在完成磨礦細度對方解石礦粒度分布和藍光白度的影響研究基礎上，分別對各細度產品進行了鹽酸不溶物測定及比表面積測定等質量指標分析檢驗。最終產品質量分析匯總結果見表4。

表4 方解石各細度產品質量分析結果Table 4 Product quality analysis results of calcite fineness

對照中華人民共和國化工行業標準HG/T 3249.1-2008、HG/T 3249.2-2008、HG/T 3249.3-2008和HG/T 3249.4-2008的要求，對通過立磨機研磨獲得的方解石各細度產品指標的應用效果評價見表5 ～7。

表5 方解石各細度產品滿足塑料工業用重質碳酸鈣標準要求評價Table 5 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard Calcite products for the plastics industry

表6 方解石研磨細度產品滿足造紙工業用重質碳酸鈣標準要求評價Table 6 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the papermaking industry

表7 方解石研磨細度產品滿足涂料工業用重質碳酸鈣標準要求評價Table 7 Calcite grinding fineness products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the paint industry

由表5 ～ 7應用效果評價結果可知，方解石研磨細度產品達到了造紙工業用重質碳酸鈣IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的標準要求，達到了涂料工業用重質碳酸鈣V型18 μm合格品的標準要求，達到了塑料工業用重質碳酸鈣VI型18 μm合格品的標準要求。

3 結 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98.52%，雜質礦物含量甚微，為該方解石礦的開發利用奠定堅實的基礎。

（2）方解石礦研磨實驗研究表明，在滿足38 μm、24 μm、18 μm、15 μm和12 μm磨礦細度指標前提下，38 μm方解石產品白度達到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm產品白度達到93度。

（3）方解石研磨產品應用效果評價結果可知，方解石礦加工產品分別達到了造紙工業用重質碳酸鈣IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的標準要求；達到了涂料工業用重質碳酸鈣V型18 μm合格品的標準要求；達到了塑料工業用重質碳酸鈣Ⅵ型18 μm合格品的標準要求。

（4）湖南某方解石礦推薦工業中生產細度為38 μm、24 μm、18 μm的方解石產品，該研究結果為確定湖南某方解石礦生產工藝和產品工業用途提供依據，實踐中可根據產品市場需求及價格并結合能耗，靈活選擇工業用途的方解石研磨產品，以達到最大的經濟效益和社會效益。