DA分散劑對鋁土礦粉磨效率的影響及其作用機理

王澤紅,鄧善芝,于福家,韓躍新,高 太,2

(1.東北大學資源與土木工程學院, 遼寧 沈陽 110819； 2.鞍鋼集團礦業公司齊大山選礦廠， 遼寧 沈陽 114043)

我國鋁土礦資源豐富，分布比較集中，山西、河南、廣西、貴州四個省的查明資源儲量，占全國總查明資源儲量的90%以上。其中，山西省鋁土礦保有資源儲量約10億t，位居全國第一，約占全國總資源儲量的三分之一[1]。礦石類型以一水硬鋁石鋁土礦為主。鋁土礦以中等品位(鋁硅比4～6)礦石為主，鋁硅比大于7的富礦較少[2-3]。因而，鋁硅分離，提高鋁硅比是我國鋁土礦選礦的重點。

破碎、篩分、磨礦、分級是選礦工藝流程中必要的工序，在鋁土礦選礦中更是具有重要的作用，特別是磨礦作業[4]。這是由于一水硬鋁石與主要含硅礦物之間的嵌布關系復雜，彼此緊密鑲嵌，解離較難[5]。在物料粉磨過程中，加入少量的化學添加劑(氣態、液態或固態的化學物質)，能夠顯著提高粉磨效率或降低粉磨過程的能耗和鋼耗，這種化學添加劑通常稱為助磨劑。應用助磨劑可在不增加任何設備、不改變現有生產流程的前提下，改善物料的可磨性，減輕顆粒之間的粘聚結團作用，提高磨機內物料的流動性；或者通過降低礦物表面的硬度，加快礦石顆粒的破碎速度，從而達到提高磨礦效率，降低能耗等目的；有的藥劑還可以對介質和襯板起緩蝕作用。使用助磨劑，是企業降低生產成本、提高經濟效益的有效措施之一[6-7]。

本文針對山西低鋁硅比鋁土礦，選擇DA分散劑作為助磨劑，研究鋁土礦磨礦過程中加入助磨劑前后磨礦效率的變化，并結合吸附特性、磨礦礦漿黏度、鋁土礦表面電位以及磨礦產品顆粒形貌等指標的測定，研究助磨劑的作用機理。

1 試驗物料及試驗方法

1.1 試驗物料

1.1.1 來源及制備

1.1.2 性質

對混勻后的試驗原礦取樣分析，其化學成分分析結果見表1。可知：試驗所用礦樣的鋁硅比為4.77，屬低品位鋁土礦；TFe含量為18.32%，偏高；其次為TiO2和MnO2。XRD分析表明，試驗原料中，主要含鋁礦物為一水硬鋁石，其他礦物主要有高嶺石、綠泥石、鈦磁鐵礦等。

表1 試驗物料化學分析結果

1.2 試驗方法

試驗所用的磨機為實驗室型Φ100mm×150mm球磨機，有效容積1.18L；試驗所用的助磨劑為DA分散劑，用去離子水稀釋至10%使用。

在前期大量探索性試驗和優化試驗的基礎上，確定了助磨劑試驗的最佳磨礦條件，即：介質充填率為40%，介質配比為Φ30mm∶Φ20mm∶Φ15mm=31%∶23%∶46%，料球比為0.75，磨礦濃度為85%，磨礦時間為35min。本研究將在此最佳條件下，研究助磨劑DA分散劑加入前后磨礦效率的變化情況。

每次試驗用物料230g。試驗時，首先加入所需水量的1/3，然后加入物料，再加入所需的助磨劑溶液，最后加入剩余水量。

1.3 產品檢測

磨礦產品用0.074mm的篩子濕篩，篩上產品烘干后稱重，計算-0.074mm產率；磨礦產品的礦漿黏度采用NDJ-8S數字顯示黏度計測量；礦漿pH值采用酸度計測量；礦物表面電位采用Zeta-plus電位分析儀測量；顆粒的表面形貌采用日立S-3500n掃描電鏡檢測；助磨劑的吸附特性采用型號為Perkin Elmer Spectrum One FT-IR Spectrometer 的紅外光譜儀檢測。

2 DA分散劑對磨礦效率的影響

磨礦效率是指磨機單位能耗生產率，也就是磨機每消耗1kW·h能量所處理的物料量。在生產實踐中，磨礦效率既可以表示為每消耗1kW·h能量所處理的新給料的噸數，也可以表示為每消耗1kW·h能量所產生的-0.074mm粒級的噸數。在本研究中，當磨礦條件相同時，磨機的磨礦效率與磨礦產品中-0.074mm的含量成正比，即磨礦產品中-0.074mm的含量越大，磨礦效率越高。

在前文所述的最佳磨礦條件下，研究了DA分散劑用量對磨礦產品中-0.074mm含量的影響，結果如圖1所示。

2012年7月，漢中市西鄉縣突降暴雨，堰口鎮元壩村利用村級預警廣播緊急呼叫，同時利用手搖報警器、銅鑼等發出緊急警報，居住在河邊和低洼地帶的500多人安全轉移無一傷亡；白勉峽鎮馬家灣村主任鄧興華利用手機向預警廣播發出預警信號，將在睡夢中的群眾叫醒轉移后不久，4戶房屋即被山洪沖毀，多間房屋進水受損，避免了人員傷亡。類似的事例還有鎮巴縣三元鎮、城固縣橘園鎮等。據不完全統計，2012年汛期全省共緊急撤離轉移人員9.3萬余人，山洪災害造成的人員傷亡為近年來最少。

圖1 磨礦產品中-0.074mm粒級含量與DA分散劑用量關系

由圖1可知，磨礦產品中-0.074mm粒級含量隨DA分散劑用量的增加先增大后減小：當不加DA分散劑時，磨礦產品中-0.074mm的含量為47.80%；當DA分散劑用量為0.5%時，磨礦產品中-0.074mm的含量達到最大值51.44%，與不加藥劑相比，-0.074mm粒級含量提高了3.64個百分點；之后，隨著DA分散劑用量的增大，-0.074mm的含量反而下降，但幅度較小。綜上所述，當DA分散劑用量為0.5%時，磨礦效率最高。

3 機理分析

3.1 DA分散劑在鋁土礦表面的吸附特性

未添加DA分散劑和加入DA分散劑后磨礦產品的紅外光譜圖，如圖2所示。

由紅外光譜分析結果可知，加入助磨劑后，礦物顆粒表面羥基吸收峰發生偏移，Al-O振動峰與Si-O鍵伸縮振動吸收峰也發生了較大的偏移。上述結果說明，助磨劑DA分散劑在礦物顆粒表面形成氫鍵且有化學吸附存在。

3.2 DA分散劑對礦漿黏度的影響

DA分散劑用量不同時，磨礦礦漿黏度的變化如圖3所示。由圖可知：當沒有加入DA分散劑時，礦漿黏度最大，為1080Pa·s；加入DA分散劑后，礦漿黏度隨其用量的增加迅速降低，當藥劑用量為0.5%時，礦漿黏度最低。這說明DA分散劑的使用降低了磨礦礦漿黏度。對應圖1可知，當礦漿黏度低時，磨礦產品中-0.074mm的含量也高，即磨礦效率最大。說明降低礦漿黏度有利于提高磨礦效率。

3.3 DA分散劑對礦漿電位的影響

加入DA分散劑前后鋁土礦表面電位隨溶液pH值的變化，如圖4所示。

鋁土礦自然狀態時pH值為7.1，由圖4可知，此時的電位為-28mV，而加入DA分散劑后，鋁土礦電位變為-34mV。這表明，DA分散劑的使用，使得鋁土礦顆粒表面電荷絕對值增加。顆粒表面電荷絕對值增加時，顆粒間雙電層間的排斥能顯著增大，使礦漿更加容易分散，從而降低了磨礦產品的礦漿黏度，有利于提高磨礦效率。

3.4 DA分散劑對顆粒形貌的影響

圖5中A、B分別為磨礦過程中未添加DA分散劑和添加DA分散劑條件下，鋁土礦磨礦產品中-0.15+0.042mm粒級的SEM圖像。

圖2 鋁土礦與聚丙烯酸鈉作用前后的紅外光譜圖

圖3 礦漿黏度與DA分散劑用量的關系

圖4 加入助磨劑前后礦物顆粒的表面電位

圖5 鋁土礦磨礦產品-0.15mm+0.042mm粒級SEM圖

對比圖5A和圖5B可知，磨礦過程中添加DA分散劑后，改變了磨礦產品的顆粒形貌，使顆粒趨向于圓形化，這樣有利于減少礦漿流動的阻力，從而改善礦漿的流動性。

對放大1000倍的鋁土礦磨礦產品的SEM圖像(限于篇幅，未放置該圖像)分析可知，加入DA分散劑前后的顆粒表面并沒有顯著的差別，可見DA分散劑并沒有造成顆粒表面裂隙或者表面缺陷。同時我們發現，不加藥劑的磨礦產品中，礦粒表面吸附著這大量的微細粒；而加入藥劑后的磨礦產品中，礦粒表面吸附微細粒很少。這說明，DA分散劑的加入，強化了礦漿的分散性，降低了礦漿的黏度。因此，DA分散劑對鋁土礦的作用，主要是由于對礦漿分散作用的加強，而對礦物顆粒表面硬度的影響較小。

4 結論

1)一水硬鋁石與主要含硅礦物之間嵌布關系復雜，彼此緊密鑲嵌，解離較難，采用助磨劑是提高磨礦效率、降低磨礦能耗的有效措施之一。

2)在鋁土礦磨礦過程中，使用DA分散劑可提高磨礦效率。在其他磨礦參數相同的條件下，可使磨礦產品中-0.074mm的含量提高3.64個百分點。

3)DA分散劑在鋁土礦表面形成氫鍵，產生物理吸附和化學吸附，降低了磨礦礦漿的黏度，改變了鋁土礦表面的電位，改善了顆粒形貌。上述諸因素共同作用，提高了鋁土礦的磨礦效率。

4)DA分散劑作為鋁土礦的助磨劑，主要是對礦漿分散作用加強，降低礦漿的黏度，對鋁土礦表面硬度的影響很小。

[1] 孫志偉，鹿愛莉，蓋 靜，等. 山西鋁土礦資源開發利用的現狀、問題與對策[J].中國礦業，2010，19(11)：49-51.

[2] 范振林，馬茁卉. 我國鋁土礦資源可持續開發的對策建議[J].國土資源，2009(11)：53-55.

[3] 田祎蘭，韓躍新，楊小生，等. 用助磨劑強化鋁土礦選擇性磨礦研究[J].金屬礦山，2006(3)：42-45.

[4] 徐福明. 鋁土礦選礦研究現狀與孝義地區的建廠可行性[J].礦業研究與開發，2004(2)：41-42.

[5] 馮其明，劉廣義，盧毅屏. 九十年代鋁土礦選礦除雜研究[J].礦產保護與利用，1998(2)：27-31.

[6] 陳炳辰. 磨礦原理[M].北京：冶金工業出版社，1989.

[7] 孫春寶,盧壽,慈唐海. 大冶鐵礦銅鐵礦石助磨劑的研[J].金屬礦山，2000(5):27-29.