助磨剂对石英磨矿效果及浮选行为的影响_王泽红.pdf

收稿日期2020-02-25 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51874073） 。 作者简介王泽红 （1969） ， 男， 副教授， 博士， 硕士研究生导师。 总第 525 期 2020 年第 3 期 金属矿山 METAL MINE 助磨剂对石英磨矿效果及浮选行为的影响 王泽红周鹏飞高伟罗伟毛勇 1 （东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819） 摘要磨矿作业在矿物加工过程中具有重要地位， 添加助磨剂可改善物料的可磨性。为了研究助磨剂对石 英粉磨效果及浮选行为的影响， 在最佳磨矿条件下以高纯石英作为试验物料， 选择三乙醇胺、 丙酮、 油酸钠、 氯化铵 和氯化钠作为助磨剂研究了不同助磨剂及其用量对石英磨矿效率的影响， 结果表明 三乙醇胺、 丙酮、 氯化铵和氯 化钠4种助磨剂在最佳用量条件下， 磨矿产品中-0.074 mm含量分别提高了2.16、 2.66、 1.22、 0.14个百分点， 而油酸 钠则对石英粉磨起阻磨作用； 在此基础上， 选择对石英具有助磨作用的三乙醇胺、 丙酮、 氯化铵和氯化钠研究了助 磨剂对石英浮选行为的影响， 结果表明， 助磨剂三乙醇胺在十二胺体系和油酸钠体系中均可提高石英浮选回收率， 分别提高了5.83个百分点和4.94个百分点， 其他3种助磨剂则对石英浮选回收率具有不利影响。试验结果可以为 助磨剂在石英及其它物料磨矿中的应用奠定基础。 关键词石英助磨剂磨矿效果浮选行为 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -03-138-05 DOI10.19614/ki.jsks.202003021 Effect of Grinding Aids on Quartz Grinding Efficiency and Flotation Behavior Wang ZehongZhou PengfeiGao WeiLuo WeiMao Yong2 （School of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China） AbstractGrinding plays an important role in mineral processing. Adding grinding aids in the grinding process can im- prove the grindability of materials. In order to study the effect of grinding aids on quartz grinding effect and flotation behav- ior，the effects of different grinding aids and their amounts on the grinding efficiency of quartz were studied by using high pure quartz as test material under the optimal grinding conditions，and choosing triethanolamine，acetone，sodium oleate， ammonium chloride and sodium chloride as grinding aids. The results showed that the content of -0.074 mm increased by 2.16，2.66，1.22 and 0.14 percentage points respectively under the optimal dosage conditions for triethanolamine，acetone， ammonium chloride and sodium chloride. While sodium oleate had resistance effect on quartz grinding. On the basis of above studies，the effects of triethanolamine，acetone，ammonium chloride and sodium chloride on the flotation behavior of quartz were studied. The results showed that triethanolamine could increase the recovery of quartz flotation by 5.83 percentage points and 4.94 percentage points respectively in dodecylamine flotation system and sodium oleate flotation system. But，the other grinding aids had adverse effects on the recovery of quartz flotation. The experimental results laid a foundation for the application of grinding aid in quartz and other materials grinding. KeywordsQuartz， Grinding aids， Grinding effect， Flotation behavior Series No. 525 March 2020 选矿的前提是有用矿物与脉石矿物充分单体解 离， 主要通过碎矿及磨矿来完成。粉磨过程是一种 能耗很高的作业， 特别是当需要对物料进行细磨和 超细磨时， 能耗更高。统计结果表明， 全世界粉磨消 耗的电能大约占当年总发电量的5； 在投资上， 粉 磨作业投资占整个选矿厂投资的60左右； 粉磨作 业的耗电量大约占选厂总耗电量的30～70， 生产 经营费大约占选厂总费用的40～50； 在技术上， 粉 磨作业产品质量直接影响着选别指标的好坏， 磨矿 生产能力直接决定着整个选矿厂的生产能力。因 此， 磨矿作业在矿物加工工程领域及国民经济中占 有极其重要的地位 ［1， 2］。 138 ChaoXing 粉磨过程中加入少量的化学添加剂 （气态、 液态 或固态的化学物质） 能够显著提高粉磨效率或降低 粉磨过程的能耗和钢耗， 这种化学添加剂通常称为 助磨剂 ［3， 4］。研究表明 通过添加助磨剂可改善物料 的可磨性， 减轻颗粒之间的黏聚结团作用， 提高磨机 内物料的流动性； 或者通过添加助磨剂可以降低矿 物的表面硬度， 加快矿石颗粒的粉碎速度， 从而达到 提高磨矿效率、 降低能耗等目的； 有的助磨剂还可以 对磨矿介质和磨机衬板起到缓蚀作用， 从而降低钢 耗 ［5， 6］。本研究以高纯石英矿为原料， 选择合适的助 磨剂进行试验， 在适宜的磨矿条件和浮选条件下， 研 究石英粉磨过程中添加助磨剂对其磨矿效果及后续 浮选指标的影响， 阐明助磨剂对石英浮选行为的影 响规律， 为助磨剂在石英及其它物料磨矿中的应用 奠定基础。 1试验原料及设备 1. 1试验原料 以高纯度石英砂作为试验物料， 由市场购买。 试验原料经颚式破碎机与辊式破碎机组成的三段一 闭路破碎流程制得， 最终粒度为-2 mm。试样 XRD 分析结果如图1所示， 化学多元素分析结果如表1所 示。 由图 1 和表 1 可知， 试验所用矿样矿物组成简 单， SiO2的含量高达98.18， 其余元素含量很低， 石英 纯度很高。 1. 2试验设备 磨矿试验采用φ180 mm200 mm 实验室小型 球磨机进行， 浮选试验采用实验室 XFG 50 mL 挂 槽式浮选机进行； 磨矿产品采用浙江上虞标准检 验筛 （φ20050GB6003-97） 在振筛机上进行粒度 分析。 1. 3试验药剂 助磨剂 三乙醇胺、 丙酮、 油酸钠、 氯化铵、 氯化 钠， 均为分析纯试剂。 浮选药剂 十二胺、 油酸钠， 工业品； CaCl2、 HCl、 NaOH等， 分析纯。 2试验结果与讨论 笔者前期研究对磨矿过程及参数进行了大量探 索性优化试验， 在此基础上， 确定了试验石英样在不 添加助磨剂条件下的最佳磨矿参数， 即 磨矿方式为 湿式磨矿， 磨矿介质采用钢质球形介质， 介质充填率 为40， 不同介质尺寸及质量配比为m （φ30 mm） ∶ m （φ20 mm） ∶m （φ15 mm） ＝30 ∶25 ∶45， 料球比为 0.75， 磨矿浓度为70。本研究主要对不同助磨剂及其用 量对石英磨矿效果及浮选行为的影响进行分析。 2. 1助磨剂及其用量对石英磨矿效率的影响 在探索性试验的基础上， 参考前人的研究结论 和成果， 选择三乙醇胺、 丙酮、 油酸钠、 氯化铵、 氯化 钠5种药剂作为助磨剂， 在确定的最佳磨矿条件下， 研究不同助磨剂及其用量 （以助磨剂质量占石英质 量的百分比表示） 对石英粉磨效果的影响。采用磨 矿效率评价石英的粉磨效果。所谓磨矿效率是磨机 单位能耗的生产率， 也就是磨机每消耗1 kWh能量所 处理的物料的质量。在生产实践中， 磨矿效率既可 以表示为每消耗1 kWh能量所处理的新给料的质量， 也可以表示为每消耗1kWh能量新产生的-0.074 mm 粒级量 ［7］。本研究中， 当磨矿条件相同时， 磨机的磨 矿效率与磨矿产品中新生成的-0.074 mm粒级含量 成正比， 即磨矿产品中-0.074 mm的含量越高， 磨矿 效率越高。在磨矿时间10 min的条件下， 不同助磨 剂及其用量与磨矿产品中-0.074 mm粒级含量关系 曲线如图2所示。 由图2可知 不同助磨剂在不同用量时对石英的 助磨作用不同； 在所选用的5种助磨剂中， 三乙醇胺、 2020年第3期王泽红等 助磨剂对石英磨矿效果及浮选行为的影响 139 ChaoXing 丙酮、 氯化铵和氯化钠在适宜的用量下均对石英粉 磨具有一定的助磨作用， 且每一种助磨剂都存在一 个最佳用量， 分别为1.0、 0.1、 0.3、 0.1， 在该用 量下， 石英粉磨产品中-0.074 mm 粒级含量分别为 85.13、 85.63、 84.19、 83.11， 较不使用助磨剂时 的 82.97 分别提高了 2.16、 2.66、 1.22、 0.14 个百分 点； 相反， 当使用油酸钠作为助磨剂时， 在试验用量 范围内， 石英粉磨产品中的-0.074 mm含量均降低， 这说明油酸钠对石英粉磨效果起阻磨作用， 而非助 磨作用。 在助磨剂各自最佳用量条件下， 考察了磨矿时 间对石英粉磨产品粒度的影响， 结果如图3所示。 从图3可以看出 在试验范围内， 添加助磨剂三乙 醇胺、 丙酮、 氯化铵和氯化钠的粉磨产品中-0.074 mm 含量均比未添加助磨剂时的-0.074 mm含量高， 而添 加油酸钠时粉磨产品中-0.074 mm含量则比未添加 任何药剂时的-0.074 mm含量低， 进一步说明三乙醇 胺、 丙酮、 氯化铵和氯化钠对石英粉磨具有助磨作 用， 油酸钠具有阻磨作用； 同时还可以看出， 随着磨 矿时间的延长， 粉磨产品中-0.074 mm的含量逐渐增 大， 但增大的幅度逐渐降低。 2. 2助磨剂对石英浮选行为的影响 浮选条件试验在实验室XFG 50 mL挂槽式浮选 机中进行， 主轴转速为1 992 r/min。每次称取5.0 g粉 磨后石英产品 （为避免颗粒粒度对浮选指标影响， 在 进行后续浮选试验时， 采用磨矿曲线保证入浮物料 中-0.074 mm含量相同） 放入50 mL浮选槽中， 加入一 次蒸馏水， 然后调浆2 min， 调节矿浆pH值， 稳定搅拌 2 min后， 测定矿浆pH值； 之后加入一定量的捕收剂 溶液， 搅拌3 min， 浮选刮泡4 min。浮选泡沫产品和 槽内产品分别过滤、 烘干、 称重， 并计算浮选回收率， 以研究不同种类助磨剂 （对石英具有助磨作用的助 磨剂， 即三乙醇胺、 丙酮、 氯化铵、 氯化钠） 在最佳用 量条件下对石英浮选行为的影响。试验采用正浮 选， 浮选矿浆pH值调整剂为HCl或NaOH溶液， 捕收 剂分别采用十二胺和油酸钠。由于十二胺在水溶液 中的溶解度很小， 所以试验过程中将其溶入盐酸， 配 成十二胺盐酸盐溶液供浮选试验使用 ［8， 9］。 2. 2. 1十二胺体系下石英浮选行为的研究 试验首先采用不加助磨剂的粉磨产品研究了矿 浆pH值和捕收剂十二胺用量对浮选指标的影响规 律。试验结果如图4所示。 由图4可以看出 十二胺体系中， 石英的可浮性 受矿浆pH值的影响十分明显， 石英浮选回收率随矿 浆pH值的增加而先提高后降低， 当矿浆pH为6.8时， 石英浮选回收率达到最大值， 为91.97， 因此， 确定 十二胺体系下石英浮选的最佳pH值为6.8； 随十二胺 用量的增加， 石英浮选回收率表现出同样的变化趋 势， 即先增加后降低， 当十二胺用量为50 mg/L时， 石 英浮选回收率达到最大值， 为91.97， 因此， 确定十 二胺的最佳用量为50 mg/L。 在矿浆pH值为6.8、 十二胺用量为50 mg/L的最 佳浮选条件下， 固定其它浮选操作参数， 对不添加助 磨剂及添加4种不同助磨剂在最佳用量下的磨矿产 品 （根据磨矿曲线， 保证-0.074 mm含量相同） 分别进 行浮选试验， 探讨十二胺体系中助磨剂对石英浮选 行为的影响。试验结果如图5所示。 金属矿山2020年第3期总第525期 140 ChaoXing 由图 5可以看出 在十二胺体系中， 所选择的 4 种助磨剂对石英浮选回收率的影响不同 当使用三 乙醇胺作为助磨剂时， 浮选指标较不使用助磨剂提 高了5.83个百分点； 当使用氯化钠作为助磨剂时， 浮 选指标基本不变； 当使用丙酮和氯化铵作为助磨剂 时， 浮选指标则有不同程度的降低， 分别降低了2.89、 12.8个百分点。这说明不同种类助磨剂对石英浮选 行为的影响不同， 有的可以提高石英的可浮性， 有的 则使石英的可浮性恶化。只有三乙醇胺既是石英的 助磨剂， 同时在十二胺浮选体系下还能提高石英的 浮选回收率。 2. 2. 2油酸钠体系下石英浮选行为的研究 试验发现， 石英在油酸钠体系中可浮性较差， 因 此， 在油酸钠体系中使用了活化剂氯化钙 ［10］。首先 采用不加助磨剂的粉磨产品研究了矿浆pH值、 捕收 剂油酸钠用量及活化剂氯化钙用量对浮选指标的影 响。试验结果如图6所示。 由图6可知 在活化剂存在条件下， 石英浮选回 收率随矿浆pH值、 油酸钠用量的增大先逐渐增大， 之后均有不同程度的降低； 当pH11.5、 油酸钠用量 为160 mg/L、 氯化钙用量为100 mg/L时， 石英浮选回 收率达到最大值92.51。因此浮选石英最佳pH值、 油酸钠最佳用量、 氯化钙最佳用量分别确定为11.5、 160 mg/L、 100 mg/L， 后续试验均在此条件下进行。 调节矿浆pH值为11.5， 油酸钠用量为160 mg/L， 氯化钙用量为100 mg/L， 固定其它浮选操作参数， 对 不添加助磨剂及添加4种不同助磨剂在最佳用量下 的磨矿产品 （-0.074 mm含量相同） 分别进行浮选试 验， 探讨油酸钠体系中助磨剂对石英浮选行为的影 响， 结果如图7所示。 由图7可以看出， 油酸钠体系中， 所选择的4种 助磨剂对石英浮选回收率的影响也得到了与十二胺 浮选体系基本相同的结论， 即 当使用三乙醇胺作为 助磨剂时， 浮选指标较不使用助磨剂时提高， 回收率 提高了4.94个百分点； 当使用丙酮、 氯化铵和氯化钠 作为助磨剂时， 浮选指标则有不同程度的降低， 回收 率分别降低了 6.76、 2.95、 和 1.79个百分点。不同种 类助磨剂对石英浮选行为的影响不同， 有的可以提 高石英的可浮性， 有的则使石英的可浮性恶化。只 有三乙醇胺既是石英的助磨剂， 同时在油酸钠浮选 体系下也能提高石英的浮选回收率。 3结论 （1） 采用5种助磨剂 （三乙醇胺、 丙酮、 油酸钠、 氯 化铵、 氯化钠） 研究了助磨剂种类及其用量对石英磨 矿效率的影响。结果表明， 不同助磨剂在不同用量 时， 对石英磨矿效率的影响不同， 每一种助磨剂均有 一个适宜的用量， 在该用量下， 对石英磨矿效率影响 2020年第3期王泽红等 助磨剂对石英磨矿效果及浮选行为的影响 141 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 的次序为 丙酮＞三乙醇胺＞氯化铵＞氯化钠＞油酸钠。 其中， 助磨剂三乙醇胺、 丙酮、 氯化铵和氯化钠对石 英均具有助磨作用， 而油酸钠则具有阻磨作用； 丙酮 在最优条件下， 可使磨矿产品中-0.074 mm粒级含量 提高2.66个百分点。 （2） 4 种助磨剂 （三乙醇胺、 丙酮、 氯化铵、 氯化 钠） 对石英浮选回收率影响的研究结果表明， 助磨剂 三乙醇胺既对石英矿有助磨作用， 同时在十二胺体 系和油酸钠体系中均可提高石英浮选回收率， 石英 浮选回收率分别提高了5.83个百分点和4.94个百分 点。其他3种助磨剂则对石英浮选回收率具有不利 影响。 （3） 后续将筛选更多石英助磨剂或采用复合助 磨剂进行试验， 总结能够改善石英浮选指标的助磨 剂特点， 找出规律， 并研究助磨剂对石英浮选指标影 响的作用机理。 参 考 文 献 Okay Altun， Hakan Benzer， Alper Toprak，et al. 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