助磨劑對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其磨礦效果及后續(xù)浮選指標(biāo)的影響，闡明助磨劑對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，均為分析純試劑。

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%。本研究主要對不同助磨劑及其用量對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）對石英粉磨效果的影響。采用磨礦效率評價(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，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，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，并研究助磨劑對石英浮選指標(biāo)影響的作用機(jī)理。