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)驗室)

鮞狀赤鐵礦占我國赤鐵礦儲量的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］。

助磨劑是磨礦過程中添加的化學(xué)藥劑，可通過改變磨礦環(huán)境或被磨物料表面的物理化學(xué)性質(zhì)來提高磨礦效率、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鄂西某鮞狀赤鐵礦石磨礦效果的影響。

1 試驗原料

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

表1 試驗試樣篩析結(jié)果

2 試驗設(shè)備與試驗方法

試驗設(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;JSM－5510型掃描電子顯微鏡等。

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

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 油酸鈉對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%，磨礦時間分別為 5、10、15、20 min條件下進(jìn)行磨礦試驗，試驗結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 油酸鈉添加量對－74 μm粒級產(chǎn)率的影響

圖2 油酸鈉添加量對－38 μm粒級產(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，隨著油酸鈉添加量的增加，磨礦產(chǎn)品中－74、－38 μm粒級產(chǎn)率呈上升趨勢;當(dāng)油酸鈉添加量超過0.4%以后，隨著油酸鈉添加量的增加，磨礦產(chǎn)品中－74、－38 μm粒級產(chǎn)率呈下降趨勢;在磨礦的前15 min，油酸鈉的助磨作用先增強(qiáng)后變差，磨礦時間超過15 min以后，助磨作用又呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢。由此可見，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)粒級的含量;油酸鈉添加過量助磨作用將減弱。當(dāng)油酸鈉用量與試樣質(zhì)量之比為0.4%，磨礦時間為20 min時，可使磨礦產(chǎn)品－74 μm粒級含量提高3.36個百分點(diǎn)，相對增幅為11.71%;可使磨礦產(chǎn)品－38 μm粒級含量提高2.30個百分點(diǎn)，相對增幅為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%所對應(yīng)的磨礦時間分別為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%所對應(yīng)的磨礦時間分別為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%所對應(yīng)的磨礦時間可減少41.51%;磨礦產(chǎn)品細(xì)度均為－38 μm占 18%所對應(yīng)的磨礦時間可減少34.96%。因此，油酸鈉對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粒級的SEM照片見圖3。

圖3 2種磨礦狀態(tài)下磨礦產(chǎn)品中－38 μm粒級的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)，此時溶液中的OH－與油酸根在鮞狀赤鐵礦石表面發(fā)生競爭吸附，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程中，油酸鈉的助磨作用呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后變差的趨勢，轉(zhuǎn)折點(diǎn)在油酸鈉添加量為0.4%時。

磨礦過程中伴隨著2種起主導(dǎo)作用的過程:①隨著磨礦時間增加，細(xì)顆粒含量和礦漿黏度增加，礦漿的流動性變差，因而延長磨礦時間磨礦效率將下降;②隨著磨礦時間增加，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間的延長呈現(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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