DA分散剂对铝土矿粉磨效率的影响及其作用机理

王泽红,邓善芝,于福家,韩跃新,高 太,2

(1.东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819； 2.鞍钢集团矿业公司齐大山选矿厂， 辽宁 沈阳 114043)

我国铝土矿资源丰富，分布比较集中，山西、河南、广西、贵州四个省的查明资源储量，占全国总查明资源储量的90%以上。其中，山西省铝土矿保有资源储量约10亿t，位居全国第一，约占全国总资源储量的三分之一[1]。矿石类型以一水硬铝石铝土矿为主。铝土矿以中等品位(铝硅比4～6)矿石为主，铝硅比大于7的富矿较少[2-3]。因而，铝硅分离，提高铝硅比是我国铝土矿选矿的重点。

破碎、筛分、磨矿、分级是选矿工艺流程中必要的工序，在铝土矿选矿中更是具有重要的作用，特别是磨矿作业[4]。这是由于一水硬铝石与主要含硅矿物之间的嵌布关系复杂，彼此紧密镶嵌，解离较难[5]。在物料粉磨过程中，加入少量的化学添加剂(气态、液态或固态的化学物质)，能够显著提高粉磨效率或降低粉磨过程的能耗和钢耗，这种化学添加剂通常称为助磨剂。应用助磨剂可在不增加任何设备、不改变现有生产流程的前提下，改善物料的可磨性，减轻颗粒之间的粘聚结团作用，提高磨机内物料的流动性；或者通过降低矿物表面的硬度，加快矿石颗粒的破碎速度，从而达到提高磨矿效率，降低能耗等目的；有的药剂还可以对介质和衬板起缓蚀作用。使用助磨剂，是企业降低生产成本、提高经济效益的有效措施之一[6-7]。

本文针对山西低铝硅比铝土矿，选择DA分散剂作为助磨剂，研究铝土矿磨矿过程中加入助磨剂前后磨矿效率的变化，并结合吸附特性、磨矿矿浆黏度、铝土矿表面电位以及磨矿产品颗粒形貌等指标的测定，研究助磨剂的作用机理。

1 试验物料及试验方法

1.1 试验物料

1.1.1 来源及制备

1.1.2 性质

对混匀后的试验原矿取样分析，其化学成分分析结果见表1。可知：试验所用矿样的铝硅比为4.77，属低品位铝土矿；TFe含量为18.32%，偏高；其次为TiO2和MnO2。XRD分析表明，试验原料中，主要含铝矿物为一水硬铝石，其他矿物主要有高岭石、绿泥石、钛磁铁矿等。

表1 试验物料化学分析结果

1.2 试验方法

试验所用的磨机为实验室型Φ100mm×150mm球磨机，有效容积1.18L；试验所用的助磨剂为DA分散剂，用去离子水稀释至10%使用。

在前期大量探索性试验和优化试验的基础上，确定了助磨剂试验的最佳磨矿条件，即：介质充填率为40%，介质配比为Φ30mm∶Φ20mm∶Φ15mm=31%∶23%∶46%，料球比为0.75，磨矿浓度为85%，磨矿时间为35min。本研究将在此最佳条件下，研究助磨剂DA分散剂加入前后磨矿效率的变化情况。

每次试验用物料230g。试验时，首先加入所需水量的1/3，然后加入物料，再加入所需的助磨剂溶液，最后加入剩余水量。

1.3 产品检测

磨矿产品用0.074mm的筛子湿筛，筛上产品烘干后称重，计算-0.074mm产率；磨矿产品的矿浆黏度采用NDJ-8S数字显示黏度计测量；矿浆pH值采用酸度计测量；矿物表面电位采用Zeta-plus电位分析仪测量；颗粒的表面形貌采用日立S-3500n扫描电镜检测；助磨剂的吸附特性采用型号为Perkin Elmer Spectrum One FT-IR Spectrometer 的红外光谱仪检测。

2 DA分散剂对磨矿效率的影响

磨矿效率是指磨机单位能耗生产率，也就是磨机每消耗1kW·h能量所处理的物料量。在生产实践中，磨矿效率既可以表示为每消耗1kW·h能量所处理的新给料的吨数，也可以表示为每消耗1kW·h能量所产生的-0.074mm粒级的吨数。在本研究中，当磨矿条件相同时，磨机的磨矿效率与磨矿产品中-0.074mm的含量成正比，即磨矿产品中-0.074mm的含量越大，磨矿效率越高。

在前文所述的最佳磨矿条件下，研究了DA分散剂用量对磨矿产品中-0.074mm含量的影响，结果如图1所示。

2012年7月，汉中市西乡县突降暴雨，堰口镇元坝村利用村级预警广播紧急呼叫，同时利用手摇报警器、铜锣等发出紧急警报，居住在河边和低洼地带的500多人安全转移无一伤亡；白勉峡镇马家湾村主任邓兴华利用手机向预警广播发出预警信号，将在睡梦中的群众叫醒转移后不久，4户房屋即被山洪冲毁，多间房屋进水受损，避免了人员伤亡。类似的事例还有镇巴县三元镇、城固县橘园镇等。据不完全统计，2012年汛期全省共紧急撤离转移人员9.3万余人，山洪灾害造成的人员伤亡为近年来最少。

图1 磨矿产品中-0.074mm粒级含量与DA分散剂用量关系

由图1可知，磨矿产品中-0.074mm粒级含量随DA分散剂用量的增加先增大后减小：当不加DA分散剂时，磨矿产品中-0.074mm的含量为47.80%；当DA分散剂用量为0.5%时，磨矿产品中-0.074mm的含量达到最大值51.44%，与不加药剂相比，-0.074mm粒级含量提高了3.64个百分点；之后，随着DA分散剂用量的增大，-0.074mm的含量反而下降，但幅度较小。综上所述，当DA分散剂用量为0.5%时，磨矿效率最高。

3 机理分析

3.1 DA分散剂在铝土矿表面的吸附特性

未添加DA分散剂和加入DA分散剂后磨矿产品的红外光谱图，如图2所示。

由红外光谱分析结果可知，加入助磨剂后，矿物颗粒表面羟基吸收峰发生偏移，Al-O振动峰与Si-O键伸缩振动吸收峰也发生了较大的偏移。上述结果说明，助磨剂DA分散剂在矿物颗粒表面形成氢键且有化学吸附存在。

3.2 DA分散剂对矿浆黏度的影响

DA分散剂用量不同时，磨矿矿浆黏度的变化如图3所示。由图可知：当没有加入DA分散剂时，矿浆黏度最大，为1080Pa·s；加入DA分散剂后，矿浆黏度随其用量的增加迅速降低，当药剂用量为0.5%时，矿浆黏度最低。这说明DA分散剂的使用降低了磨矿矿浆黏度。对应图1可知，当矿浆黏度低时，磨矿产品中-0.074mm的含量也高，即磨矿效率最大。说明降低矿浆黏度有利于提高磨矿效率。

3.3 DA分散剂对矿浆电位的影响

加入DA分散剂前后铝土矿表面电位随溶液pH值的变化，如图4所示。

铝土矿自然状态时pH值为7.1，由图4可知，此时的电位为-28mV，而加入DA分散剂后，铝土矿电位变为-34mV。这表明，DA分散剂的使用，使得铝土矿颗粒表面电荷绝对值增加。颗粒表面电荷绝对值增加时，颗粒间双电层间的排斥能显著增大，使矿浆更加容易分散，从而降低了磨矿产品的矿浆黏度，有利于提高磨矿效率。

3.4 DA分散剂对颗粒形貌的影响

图5中A、B分别为磨矿过程中未添加DA分散剂和添加DA分散剂条件下，铝土矿磨矿产品中-0.15+0.042mm粒级的SEM图像。

图2 铝土矿与聚丙烯酸钠作用前后的红外光谱图

图3 矿浆黏度与DA分散剂用量的关系

图4 加入助磨剂前后矿物颗粒的表面电位

图5 铝土矿磨矿产品-0.15mm+0.042mm粒级SEM图

对比图5A和图5B可知，磨矿过程中添加DA分散剂后，改变了磨矿产品的颗粒形貌，使颗粒趋向于圆形化，这样有利于减少矿浆流动的阻力，从而改善矿浆的流动性。

对放大1000倍的铝土矿磨矿产品的SEM图像(限于篇幅，未放置该图像)分析可知，加入DA分散剂前后的颗粒表面并没有显著的差别，可见DA分散剂并没有造成颗粒表面裂隙或者表面缺陷。同时我们发现，不加药剂的磨矿产品中，矿粒表面吸附着这大量的微细粒；而加入药剂后的磨矿产品中，矿粒表面吸附微细粒很少。这说明，DA分散剂的加入，强化了矿浆的分散性，降低了矿浆的黏度。因此，DA分散剂对铝土矿的作用，主要是由于对矿浆分散作用的加强，而对矿物颗粒表面硬度的影响较小。

4 结论

1)一水硬铝石与主要含硅矿物之间嵌布关系复杂，彼此紧密镶嵌，解离较难，采用助磨剂是提高磨矿效率、降低磨矿能耗的有效措施之一。

2)在铝土矿磨矿过程中，使用DA分散剂可提高磨矿效率。在其他磨矿参数相同的条件下，可使磨矿产品中-0.074mm的含量提高3.64个百分点。

3)DA分散剂在铝土矿表面形成氢键，产生物理吸附和化学吸附，降低了磨矿矿浆的黏度，改变了铝土矿表面的电位，改善了颗粒形貌。上述诸因素共同作用，提高了铝土矿的磨矿效率。

4)DA分散剂作为铝土矿的助磨剂，主要是对矿浆分散作用加强，降低矿浆的黏度，对铝土矿表面硬度的影响很小。

[1] 孙志伟，鹿爱莉，盖 静，等. 山西铝土矿资源开发利用的现状、问题与对策[J].中国矿业，2010，19(11)：49-51.

[2] 范振林，马茁卉. 我国铝土矿资源可持续开发的对策建议[J].国土资源，2009(11)：53-55.

[3] 田祎兰，韩跃新，杨小生，等. 用助磨剂强化铝土矿选择性磨矿研究[J].金属矿山，2006(3)：42-45.

[4] 徐福明. 铝土矿选矿研究现状与孝义地区的建厂可行性[J].矿业研究与开发，2004(2)：41-42.

[5] 冯其明，刘广义，卢毅屏. 九十年代铝土矿选矿除杂研究[J].矿产保护与利用，1998(2)：27-31.

[6] 陈炳辰. 磨矿原理[M].北京：冶金工业出版社，1989.

[7] 孙春宝,卢寿,慈唐海. 大冶铁矿铜铁矿石助磨剂的研[J].金属矿山，2000(5):27-29.