DA分散劑對(duì)鋁土礦粉磨效率的影響及其作用機(jī)理

王澤紅,鄧善芝,于福家,韓躍新,高 太,2

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110819； 2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司齊大山選礦廠， 遼寧 沈陽(yáng) 114043)

我國(guó)鋁土礦資源豐富，分布比較集中，山西、河南、廣西、貴州四個(gè)省的查明資源儲(chǔ)量，占全國(guó)總查明資源儲(chǔ)量的90%以上。其中，山西省鋁土礦保有資源儲(chǔ)量約10億t，位居全國(guó)第一，約占全國(guó)總資源儲(chǔ)量的三分之一[1]。礦石類型以一水硬鋁石鋁土礦為主。鋁土礦以中等品位(鋁硅比4～6)礦石為主，鋁硅比大于7的富礦較少[2-3]。因而，鋁硅分離，提高鋁硅比是我國(guó)鋁土礦選礦的重點(diǎn)。

破碎、篩分、磨礦、分級(jí)是選礦工藝流程中必要的工序，在鋁土礦選礦中更是具有重要的作用，特別是磨礦作業(yè)[4]。這是由于一水硬鋁石與主要含硅礦物之間的嵌布關(guān)系復(fù)雜，彼此緊密鑲嵌，解離較難[5]。在物料粉磨過程中，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。應(yīng)用助磨劑可在不增加任何設(shè)備、不改變現(xiàn)有生產(chǎn)流程的前提下，改善物料的可磨性，減輕顆粒之間的粘聚結(jié)團(tuán)作用，提高磨機(jī)內(nèi)物料的流動(dòng)性；或者通過降低礦物表面的硬度，加快礦石顆粒的破碎速度，從而達(dá)到提高磨礦效率，降低能耗等目的；有的藥劑還可以對(duì)介質(zhì)和襯板起緩蝕作用。使用助磨劑，是企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施之一[6-7]。

本文針對(duì)山西低鋁硅比鋁土礦，選擇DA分散劑作為助磨劑，研究鋁土礦磨礦過程中加入助磨劑前后磨礦效率的變化，并結(jié)合吸附特性、磨礦礦漿黏度、鋁土礦表面電位以及磨礦產(chǎn)品顆粒形貌等指標(biāo)的測(cè)定，研究助磨劑的作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)物料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)物料

1.1.1 來源及制備

1.1.2 性質(zhì)

對(duì)混勻后的試驗(yàn)原礦取樣分析，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1?？芍涸囼?yàn)所用礦樣的鋁硅比為4.77，屬低品位鋁土礦；TFe含量為18.32%，偏高；其次為TiO2和MnO2。XRD分析表明，試驗(yàn)原料中，主要含鋁礦物為一水硬鋁石，其他礦物主要有高嶺石、綠泥石、鈦磁鐵礦等。

表1 試驗(yàn)物料化學(xué)分析結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用的磨機(jī)為實(shí)驗(yàn)室型Φ100mm×150mm球磨機(jī)，有效容積1.18L；試驗(yàn)所用的助磨劑為DA分散劑，用去離子水稀釋至10%使用。

在前期大量探索性試驗(yàn)和優(yōu)化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了助磨劑試驗(yàn)的最佳磨礦條件，即：介質(zhì)充填率為40%，介質(zhì)配比為Φ30mm∶Φ20mm∶Φ15mm=31%∶23%∶46%，料球比為0.75，磨礦濃度為85%，磨礦時(shí)間為35min。本研究將在此最佳條件下，研究助磨劑DA分散劑加入前后磨礦效率的變化情況。

每次試驗(yàn)用物料230g。試驗(yàn)時(shí)，首先加入所需水量的1/3，然后加入物料，再加入所需的助磨劑溶液，最后加入剩余水量。

1.3 產(chǎn)品檢測(cè)

磨礦產(chǎn)品用0.074mm的篩子濕篩，篩上產(chǎn)品烘干后稱重，計(jì)算-0.074mm產(chǎn)率；磨礦產(chǎn)品的礦漿黏度采用NDJ-8S數(shù)字顯示黏度計(jì)測(cè)量；礦漿pH值采用酸度計(jì)測(cè)量；礦物表面電位采用Zeta-plus電位分析儀測(cè)量；顆粒的表面形貌采用日立S-3500n掃描電鏡檢測(cè)；助磨劑的吸附特性采用型號(hào)為Perkin Elmer Spectrum One FT-IR Spectrometer 的紅外光譜儀檢測(cè)。

2 DA分散劑對(duì)磨礦效率的影響

磨礦效率是指磨機(jī)單位能耗生產(chǎn)率，也就是磨機(jī)每消耗1kW·h能量所處理的物料量。在生產(chǎn)實(shí)踐中，磨礦效率既可以表示為每消耗1kW·h能量所處理的新給料的噸數(shù)，也可以表示為每消耗1kW·h能量所產(chǎn)生的-0.074mm粒級(jí)的噸數(shù)。在本研究中，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-0.074mm的含量成正比，即磨礦產(chǎn)品中-0.074mm的含量越大，磨礦效率越高。

在前文所述的最佳磨礦條件下，研究了DA分散劑用量對(duì)磨礦產(chǎn)品中-0.074mm含量的影響，結(jié)果如圖1所示。

2012年7月，漢中市西鄉(xiāng)縣突降暴雨，堰口鎮(zhèn)元壩村利用村級(jí)預(yù)警廣播緊急呼叫，同時(shí)利用手搖報(bào)警器、銅鑼等發(fā)出緊急警報(bào)，居住在河邊和低洼地帶的500多人安全轉(zhuǎn)移無一傷亡；白勉峽鎮(zhèn)馬家灣村主任鄧興華利用手機(jī)向預(yù)警廣播發(fā)出預(yù)警信號(hào)，將在睡夢(mèng)中的群眾叫醒轉(zhuǎn)移后不久，4戶房屋即被山洪沖毀，多間房屋進(jìn)水受損，避免了人員傷亡。類似的事例還有鎮(zhèn)巴縣三元鎮(zhèn)、城固縣橘園鎮(zhèn)等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2012年汛期全省共緊急撤離轉(zhuǎn)移人員9.3萬余人，山洪災(zāi)害造成的人員傷亡為近年來最少。

圖1 磨礦產(chǎn)品中-0.074mm粒級(jí)含量與DA分散劑用量關(guān)系

由圖1可知，磨礦產(chǎn)品中-0.074mm粒級(jí)含量隨DA分散劑用量的增加先增大后減?。寒?dāng)不加DA分散劑時(shí)，磨礦產(chǎn)品中-0.074mm的含量為47.80%；當(dāng)DA分散劑用量為0.5%時(shí)，磨礦產(chǎn)品中-0.074mm的含量達(dá)到最大值51.44%，與不加藥劑相比，-0.074mm粒級(jí)含量提高了3.64個(gè)百分點(diǎn)；之后，隨著DA分散劑用量的增大，-0.074mm的含量反而下降，但幅度較小。綜上所述，當(dāng)DA分散劑用量為0.5%時(shí)，磨礦效率最高。

3 機(jī)理分析

3.1 DA分散劑在鋁土礦表面的吸附特性

未添加DA分散劑和加入DA分散劑后磨礦產(chǎn)品的紅外光譜圖，如圖2所示。

由紅外光譜分析結(jié)果可知，加入助磨劑后，礦物顆粒表面羥基吸收峰發(fā)生偏移，Al-O振動(dòng)峰與Si-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰也發(fā)生了較大的偏移。上述結(jié)果說明，助磨劑DA分散劑在礦物顆粒表面形成氫鍵且有化學(xué)吸附存在。

3.2 DA分散劑對(duì)礦漿黏度的影響

DA分散劑用量不同時(shí)，磨礦礦漿黏度的變化如圖3所示。由圖可知：當(dāng)沒有加入DA分散劑時(shí)，礦漿黏度最大，為1080Pa·s；加入DA分散劑后，礦漿黏度隨其用量的增加迅速降低，當(dāng)藥劑用量為0.5%時(shí)，礦漿黏度最低。這說明DA分散劑的使用降低了磨礦礦漿黏度。對(duì)應(yīng)圖1可知，當(dāng)?shù)V漿黏度低時(shí)，磨礦產(chǎn)品中-0.074mm的含量也高，即磨礦效率最大。說明降低礦漿黏度有利于提高磨礦效率。

3.3 DA分散劑對(duì)礦漿電位的影響

加入DA分散劑前后鋁土礦表面電位隨溶液pH值的變化，如圖4所示。

鋁土礦自然狀態(tài)時(shí)pH值為7.1，由圖4可知，此時(shí)的電位為-28mV，而加入DA分散劑后，鋁土礦電位變?yōu)?34mV。這表明，DA分散劑的使用，使得鋁土礦顆粒表面電荷絕對(duì)值增加。顆粒表面電荷絕對(duì)值增加時(shí)，顆粒間雙電層間的排斥能顯著增大，使礦漿更加容易分散，從而降低了磨礦產(chǎn)品的礦漿黏度，有利于提高磨礦效率。

3.4 DA分散劑對(duì)顆粒形貌的影響

圖5中A、B分別為磨礦過程中未添加DA分散劑和添加DA分散劑條件下，鋁土礦磨礦產(chǎn)品中-0.15+0.042mm粒級(jí)的SEM圖像。

圖2 鋁土礦與聚丙烯酸鈉作用前后的紅外光譜圖

圖3 礦漿黏度與DA分散劑用量的關(guān)系

圖4 加入助磨劑前后礦物顆粒的表面電位

圖5 鋁土礦磨礦產(chǎn)品-0.15mm+0.042mm粒級(jí)SEM圖

對(duì)比圖5A和圖5B可知，磨礦過程中添加DA分散劑后，改變了磨礦產(chǎn)品的顆粒形貌，使顆粒趨向于圓形化，這樣有利于減少礦漿流動(dòng)的阻力，從而改善礦漿的流動(dòng)性。

對(duì)放大1000倍的鋁土礦磨礦產(chǎn)品的SEM圖像(限于篇幅，未放置該圖像)分析可知，加入DA分散劑前后的顆粒表面并沒有顯著的差別，可見DA分散劑并沒有造成顆粒表面裂隙或者表面缺陷。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，不加藥劑的磨礦產(chǎn)品中，礦粒表面吸附著這大量的微細(xì)粒；而加入藥劑后的磨礦產(chǎn)品中，礦粒表面吸附微細(xì)粒很少。這說明，DA分散劑的加入，強(qiáng)化了礦漿的分散性，降低了礦漿的黏度。因此，DA分散劑對(duì)鋁土礦的作用，主要是由于對(duì)礦漿分散作用的加強(qiáng)，而對(duì)礦物顆粒表面硬度的影響較小。

4 結(jié)論

1)一水硬鋁石與主要含硅礦物之間嵌布關(guān)系復(fù)雜，彼此緊密鑲嵌，解離較難，采用助磨劑是提高磨礦效率、降低磨礦能耗的有效措施之一。

2)在鋁土礦磨礦過程中，使用DA分散劑可提高磨礦效率。在其他磨礦參數(shù)相同的條件下，可使磨礦產(chǎn)品中-0.074mm的含量提高3.64個(gè)百分點(diǎn)。

3)DA分散劑在鋁土礦表面形成氫鍵，產(chǎn)生物理吸附和化學(xué)吸附，降低了磨礦礦漿的黏度，改變了鋁土礦表面的電位，改善了顆粒形貌。上述諸因素共同作用，提高了鋁土礦的磨礦效率。

4)DA分散劑作為鋁土礦的助磨劑，主要是對(duì)礦漿分散作用加強(qiáng)，降低礦漿的黏度，對(duì)鋁土礦表面硬度的影響很小。

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