油酸鈉對(duì)鄂西某鮞狀赤鐵礦石的助磨作用*

錢功明 路東明 苗 帥 郝宜豐 盧 娟 劉鳳嬌

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院;2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

鮞狀赤鐵礦占我國(guó)赤鐵礦儲(chǔ)量的30%。由于鮞狀赤鐵礦石普遍嵌布粒度極細(xì)，且經(jīng)常與菱鐵礦、鮞綠泥石和含磷礦物共生或互相層層包裹，要實(shí)現(xiàn)單體解離，就必須細(xì)磨至20 μm以下，甚至幾微米［1］，這就使得鮞狀赤鐵礦石的單位磨礦能耗很高、磨礦設(shè)備生產(chǎn)能力很低［2］。

助磨劑是磨礦過(guò)程中添加的化學(xué)藥劑，可通過(guò)改變磨礦環(huán)境或被磨物料表面的物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)提高磨礦效率、降低磨礦能耗和生產(chǎn)成本［2-6］。為了提高鮞狀赤鐵礦石的磨礦效率、降低鮞狀赤鐵礦石的開(kāi)發(fā)利用成本，本研究以油酸鈉為助磨劑，探討了油酸鈉的添加對(duì)鄂西某鮞狀赤鐵礦石磨礦效果的影響。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料取自武鋼礦業(yè)公司，屬于典型的鄂西鮞狀赤鐵礦石。礦石經(jīng)實(shí)驗(yàn)室破碎機(jī)碎至2～0 mm，篩析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)試樣篩析結(jié)果

2 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)備有XMB－70型三輥四筒磨機(jī)，球磨罐體積為1 L;銅質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)套篩;PHS－3C型pH計(jì);JSM－5510型掃描電子顯微鏡等。

試驗(yàn)在磨礦濃度為50%，油酸鈉添加量和磨礦時(shí)間不同的情況下進(jìn)行，磨礦產(chǎn)品用篩孔孔徑為74和38 μm的篩子篩析，計(jì)算各產(chǎn)品－74、－38 μm粒級(jí)產(chǎn)率。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 油酸鈉對(duì)試樣磨礦效果的影響

在油酸鈉添加量與試樣質(zhì)量之比分別為0、0.2%、0.4%、0.6%，磨礦時(shí)間分別為 5、10、15、20 min條件下進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 油酸鈉添加量對(duì)－74 μm粒級(jí)產(chǎn)率的影響

圖2 油酸鈉添加量對(duì)－38 μm粒級(jí)產(chǎn)率的影響

從圖1、圖2可以看出，當(dāng)油酸鈉添加量與試樣質(zhì)量之比不高于0.4%時(shí)，隨著油酸鈉添加量的增加，磨礦產(chǎn)品中－74、－38 μm粒級(jí)產(chǎn)率呈上升趨勢(shì);當(dāng)油酸鈉添加量超過(guò)0.4%以后，隨著油酸鈉添加量的增加，磨礦產(chǎn)品中－74、－38 μm粒級(jí)產(chǎn)率呈下降趨勢(shì);在磨礦的前15 min，油酸鈉的助磨作用先增強(qiáng)后變差，磨礦時(shí)間超過(guò)15 min以后，助磨作用又呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，添加適量的油酸鈉有利于提高試樣的磨礦效率，增加微細(xì)粒級(jí)的含量;油酸鈉添加過(guò)量助磨作用將減弱。當(dāng)油酸鈉用量與試樣質(zhì)量之比為0.4%，磨礦時(shí)間為20 min時(shí)，可使磨礦產(chǎn)品－74 μm粒級(jí)含量提高3.36個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)增幅為11.71%;可使磨礦產(chǎn)品－38 μm粒級(jí)含量提高2.30個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)增幅為11.18%。

從圖1、圖2還可以看出，添加油酸鈉可以用較短的磨礦時(shí)間實(shí)現(xiàn)相同的磨礦細(xì)度。當(dāng)油酸鈉添加量為0.4%，磨礦產(chǎn)品細(xì)度為－74 μm占25%和－38 μm占18%所對(duì)應(yīng)的磨礦時(shí)間分別為6.2、8.0 min;不添加油酸鈉，磨礦產(chǎn)品細(xì)度為 －74 μm占25%和－38 μm占18%所對(duì)應(yīng)的磨礦時(shí)間分別為10.6、12.3 min。即添加0.4%的油酸鈉與不添加油酸鈉比較，磨礦產(chǎn)品細(xì)度均為－74 μm占25%所對(duì)應(yīng)的磨礦時(shí)間可減少41.51%;磨礦產(chǎn)品細(xì)度均為－38 μm占 18%所對(duì)應(yīng)的磨礦時(shí)間可減少34.96%。因此，油酸鈉對(duì)鄂西鮞狀赤鐵礦石有明顯的助磨作用。

3.2 磨礦產(chǎn)品的SEM分析

試樣不添加油酸鈉和添加試樣質(zhì)量0.4%油酸鈉的情況下磨礦15 min，磨礦產(chǎn)品中－38 μm粒級(jí)的SEM照片見(jiàn)圖3。

圖3 2種磨礦狀態(tài)下磨礦產(chǎn)品中－38 μm粒級(jí)的SEM照片

由圖3可以看出，添加油酸鈉后磨礦產(chǎn)品中－38 μm粒級(jí)粒度更加均勻，平均粒度更小，單體解離更充分，而且表面覆蓋的絮狀膠磷礦物明顯減少。

4 助磨機(jī)理分析

根據(jù)油酸鈉的溶液化學(xué)性質(zhì)和油酸鈉與礦物表面的反應(yīng)熱力學(xué)［7-8］可知，隨著油酸鈉用量的增加，溶液中H+濃度逐漸降低，磨礦體系pH升高，而這有利于油酸鈉在赤鐵礦石表面發(fā)生化學(xué)吸附，降低鮞狀赤鐵礦石的顯微硬度，改善其表面的力學(xué)性能，促進(jìn)赤鐵礦顆粒的解離。另一方面，加入的油酸鈉使鮞狀赤鐵礦顆粒發(fā)生強(qiáng)烈疏水凝聚［9］，促進(jìn)了鮞狀赤鐵礦石與介質(zhì)的碰撞作用。當(dāng)油酸鈉用量達(dá)到試樣質(zhì)量的0.4%后，繼續(xù)增加油酸鈉用量，礦漿的pH基本不變(pH=7.5左右)，此時(shí)溶液中的OH－與油酸根在鮞狀赤鐵礦石表面發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，使油酸鈉與鮞狀赤鐵礦石間的化學(xué)吸附作用減弱，因而助磨作用減弱。因此，在鮞狀赤鐵礦石磨礦過(guò)程中，油酸鈉的助磨作用呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后變差的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)在油酸鈉添加量為0.4%時(shí)。

磨礦過(guò)程中伴隨著2種起主導(dǎo)作用的過(guò)程:①隨著磨礦時(shí)間增加，細(xì)顆粒含量和礦漿黏度增加，礦漿的流動(dòng)性變差，因而延長(zhǎng)磨礦時(shí)間磨礦效率將下降;②隨著磨礦時(shí)間增加，油酸鈉逐漸滲入細(xì)小礦粒微裂縫內(nèi)部，使鮞狀赤鐵礦石的顯微硬度降低，因而有利于磨礦效率的提高。由于2種作用的交互影響，因而油酸鈉的助磨作用隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)增強(qiáng)—變差—增強(qiáng)的規(guī)律。

SEM分析表明，油酸鈉的加入一方面降低了鮞狀赤鐵礦石的顯微硬度，提高了磨礦效率;另一方面促進(jìn)了赤鐵礦物的凝聚，使赤鐵礦與膠磷礦分離。

5 結(jié)論

(1)在磨礦過(guò)程中添加油酸鈉能有效提高鄂西某鮞狀赤鐵礦石的磨礦效率，添加量為該鮞狀赤鐵礦石質(zhì)量的0.4%時(shí)助磨效果最佳。添加油酸鈉后，達(dá)到相同磨礦細(xì)度所需的時(shí)間和能耗明顯降低。

(2)油酸鈉的助磨作用主要是降低赤鐵礦石的顯微硬度，此外油酸鈉的加入使赤鐵礦石顆粒發(fā)生疏水團(tuán)聚，也有利于赤鐵礦和膠磷礦的分離。

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