油酸钠对鄂西某鲕状赤铁矿石的助磨作用*

钱功明 路东明 苗 帅 郝宜丰 卢 娟 刘凤娇

(1.武汉科技大学资源与环境工程学院;2.冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室)

鲕状赤铁矿占我国赤铁矿储量的30%。由于鲕状赤铁矿石普遍嵌布粒度极细，且经常与菱铁矿、鲕绿泥石和含磷矿物共生或互相层层包裹，要实现单体解离，就必须细磨至20 μm以下，甚至几微米［1］，这就使得鲕状赤铁矿石的单位磨矿能耗很高、磨矿设备生产能力很低［2］。

助磨剂是磨矿过程中添加的化学药剂，可通过改变磨矿环境或被磨物料表面的物理化学性质来提高磨矿效率、降低磨矿能耗和生产成本［2-6］。为了提高鲕状赤铁矿石的磨矿效率、降低鲕状赤铁矿石的开发利用成本，本研究以油酸钠为助磨剂，探讨了油酸钠的添加对鄂西某鲕状赤铁矿石磨矿效果的影响。

1 试验原料

试验原料取自武钢矿业公司，属于典型的鄂西鲕状赤铁矿石。矿石经实验室破碎机碎至2～0 mm，筛析结果见表1。

表1 试验试样筛析结果

2 试验设备与试验方法

试验设备有XMB－70型三辊四筒磨机，球磨罐体积为1 L;铜质标准套筛;PHS－3C型pH计;JSM－5510型扫描电子显微镜等。

试验在磨矿浓度为50%，油酸钠添加量和磨矿时间不同的情况下进行，磨矿产品用筛孔孔径为74和38 μm的筛子筛析，计算各产品－74、－38 μm粒级产率。

3 试验结果与讨论

3.1 油酸钠对试样磨矿效果的影响

在油酸钠添加量与试样质量之比分别为0、0.2%、0.4%、0.6%，磨矿时间分别为 5、10、15、20 min条件下进行磨矿试验，试验结果见图1、图2。

图1 油酸钠添加量对－74 μm粒级产率的影响

图2 油酸钠添加量对－38 μm粒级产率的影响

从图1、图2可以看出，当油酸钠添加量与试样质量之比不高于0.4%时，随着油酸钠添加量的增加，磨矿产品中－74、－38 μm粒级产率呈上升趋势;当油酸钠添加量超过0.4%以后，随着油酸钠添加量的增加，磨矿产品中－74、－38 μm粒级产率呈下降趋势;在磨矿的前15 min，油酸钠的助磨作用先增强后变差，磨矿时间超过15 min以后，助磨作用又呈现增强趋势。由此可见，添加适量的油酸钠有利于提高试样的磨矿效率，增加微细粒级的含量;油酸钠添加过量助磨作用将减弱。当油酸钠用量与试样质量之比为0.4%，磨矿时间为20 min时，可使磨矿产品－74 μm粒级含量提高3.36个百分点，相对增幅为11.71%;可使磨矿产品－38 μm粒级含量提高2.30个百分点，相对增幅为11.18%。

从图1、图2还可以看出，添加油酸钠可以用较短的磨矿时间实现相同的磨矿细度。当油酸钠添加量为0.4%，磨矿产品细度为－74 μm占25%和－38 μm占18%所对应的磨矿时间分别为6.2、8.0 min;不添加油酸钠，磨矿产品细度为 －74 μm占25%和－38 μm占18%所对应的磨矿时间分别为10.6、12.3 min。即添加0.4%的油酸钠与不添加油酸钠比较，磨矿产品细度均为－74 μm占25%所对应的磨矿时间可减少41.51%;磨矿产品细度均为－38 μm占 18%所对应的磨矿时间可减少34.96%。因此，油酸钠对鄂西鲕状赤铁矿石有明显的助磨作用。

3.2 磨矿产品的SEM分析

试样不添加油酸钠和添加试样质量0.4%油酸钠的情况下磨矿15 min，磨矿产品中－38 μm粒级的SEM照片见图3。

图3 2种磨矿状态下磨矿产品中－38 μm粒级的SEM照片

由图3可以看出，添加油酸钠后磨矿产品中－38 μm粒级粒度更加均匀，平均粒度更小，单体解离更充分，而且表面覆盖的絮状胶磷矿物明显减少。

4 助磨机理分析

根据油酸钠的溶液化学性质和油酸钠与矿物表面的反应热力学［7-8］可知，随着油酸钠用量的增加，溶液中H+浓度逐渐降低，磨矿体系pH升高，而这有利于油酸钠在赤铁矿石表面发生化学吸附，降低鲕状赤铁矿石的显微硬度，改善其表面的力学性能，促进赤铁矿颗粒的解离。另一方面，加入的油酸钠使鲕状赤铁矿颗粒发生强烈疏水凝聚［9］，促进了鲕状赤铁矿石与介质的碰撞作用。当油酸钠用量达到试样质量的0.4%后，继续增加油酸钠用量，矿浆的pH基本不变(pH=7.5左右)，此时溶液中的OH－与油酸根在鲕状赤铁矿石表面发生竞争吸附，使油酸钠与鲕状赤铁矿石间的化学吸附作用减弱，因而助磨作用减弱。因此，在鲕状赤铁矿石磨矿过程中，油酸钠的助磨作用呈现出先增强后变差的趋势，转折点在油酸钠添加量为0.4%时。

磨矿过程中伴随着2种起主导作用的过程:①随着磨矿时间增加，细颗粒含量和矿浆黏度增加，矿浆的流动性变差，因而延长磨矿时间磨矿效率将下降;②随着磨矿时间增加，油酸钠逐渐渗入细小矿粒微裂缝内部，使鲕状赤铁矿石的显微硬度降低，因而有利于磨矿效率的提高。由于2种作用的交互影响，因而油酸钠的助磨作用随磨矿时间的延长呈现增强—变差—增强的规律。

SEM分析表明，油酸钠的加入一方面降低了鲕状赤铁矿石的显微硬度，提高了磨矿效率;另一方面促进了赤铁矿物的凝聚，使赤铁矿与胶磷矿分离。

5 结论

(1)在磨矿过程中添加油酸钠能有效提高鄂西某鲕状赤铁矿石的磨矿效率，添加量为该鲕状赤铁矿石质量的0.4%时助磨效果最佳。添加油酸钠后，达到相同磨矿细度所需的时间和能耗明显降低。

(2)油酸钠的助磨作用主要是降低赤铁矿石的显微硬度，此外油酸钠的加入使赤铁矿石颗粒发生疏水团聚，也有利于赤铁矿和胶磷矿的分离。

［1］ 张裕书，丁亚卓，龚文琪.宁乡式鲕状赤铁矿选矿研究进展［J］.金属矿山，2010(8):92-96.

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［3］ Choi H，Lee W，Kim S.Effect of grinding aids on the kinetics of fine grinding energy consumed of calcite powders by a stirred ball mill［J］.Advanced Powder Technology，2009，20(4):350-354.

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［5］ 韩跃新，田秭兰，王泽红，等.助磨剂的作用及作用机理研究［J］.有色矿冶，2004，20(1):11-13.

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