三聚磷酸鈉對某鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響及其作用機理

梁曉林，程 旭

三聚磷酸鈉對某鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響及其作用機理

梁曉林，程 旭

本文研究了三聚磷酸鈉對鄂西高磷鮞狀赤鐵礦磨礦效率的影響，并結合礦漿粘度、吸附特性等指標的測定，研究了助磨劑的作用機理。結果表明：在最優試驗條件下，＜0.074mm粒級的磨礦產品含量可提高29.83%，效果明顯。三聚磷酸鈉降低了礦漿粘度，促使顆粒分散，在赤鐵礦表面產生了物理吸附和化學吸附，降低了赤鐵礦表面硬度。

三聚磷酸鈉；赤鐵礦；粉磨效率

1 前言

鮞狀赤鐵礦是以鮞狀集合體形式存在的赤鐵礦，而鮞狀集合體是某種物質的膠體以其他物質顆粒為核心逐層凝結，具有同心層狀構造，即赤鐵礦逐層凝聚而形成呈魚子狀樣的一系列球體所組成的赤鐵礦物集合體。

表1 試驗物料化學組成

表2 球介質配比

表3 試驗條件

鮞狀赤鐵礦占我國紅鐵礦儲量的30%。由于其伴生礦物復雜、嵌布粒度極細且相互層層包裹，很不利于鮞核的單體解離。要想實現分選，必須磨至20μm以下甚至幾個微米。在實際的磨礦過程中，通過延長磨礦時間來獲得較細粒度產品的方法并不可取，因為它將導致磨機單位能耗升高且單位時間生產能力降低。

助磨劑也稱粉碎助劑，是微粉碎和超微粉碎作業的一種化學添加劑。它添加量很小，但作用很大。采用助磨劑可提高粉碎產品細度；或者提高磨機單位生產能力，降低能耗；或者改善物料表面性能，如流動性、分散性、儲存穩定性等；或者防止物料凝聚和粘壁等。

助磨劑在水泥行業的應用已相當廣泛，但在鐵礦的磨礦作業中并不多見，技術也不成熟。為此，本文針對鄂西高磷鮞狀赤鐵礦，選擇三聚磷酸鈉作為助磨劑，通過改變藥劑用量研究其對磨礦效率的影響，并結合相應的檢測技術，研究助磨劑的作用機理，以期為工業應用提供參考。

2 試驗

2.1 試驗物料

本研究所用物料為鄂西高磷鮞狀赤鐵礦。其中主要礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、石英、鮞綠泥石、白云石等。根據試驗所用磨礦設備的給料要求，物料經顎式破碎機和對輥破碎機粉碎，粒度達到2.0mm以下，然后混勻分裝，供磨礦試驗使用。對混勻后的物料取樣分析，其化學成分如表1所示。

2.2 試驗設備及試驗條件

試驗所用設備為?100mm×150mm的球磨機，有效容積1.18L。試驗所用助磨劑為三聚磷酸鈉，分子式為Na5P3O10。

在前期大量探索試驗并參考同類試驗條件的基礎上，確定本次試驗最佳磨礦條件。球介質配比見表2，試驗條件見表3。本研究在此條件下，通過分析不同藥量下＜0.074mm粒級的磨礦產品含量來評判磨礦效率。

2.3 試驗結果與分析

在不加助磨劑的條件下，＜0.074mm粒級的磨礦產品含量為57.38%。改變藥劑用量，分批次磨礦，得到三聚磷酸鈉對該鮞狀赤鐵礦粉磨效率的影響。試驗結果如圖1所示。

圖1 三聚磷酸鈉用量對赤鐵礦磨礦效率的影響

由圖1可知，＜0.074mm粒級的產品含量隨三聚磷酸鈉用量的增加，先大幅度提高后小幅度降低。三聚磷酸鈉用量相當于赤鐵礦質量分數的0.8%時，＜0.074mm粒級的產品含量達到最大值，其值為87.21%。與不加助磨劑時相比，提高了29.83%，效果明顯。

3 機理分析

結合現有助磨劑機理方面的研究，從以下兩方面說明三聚磷酸鈉對赤鐵礦磨礦效率影響的機理。

3.1 降低礦漿粘度，促使顆粒分散

圖2為三聚磷酸鈉不同用量時礦漿粘度變化情況。由圖2可知：未加助磨劑時，礦漿粘度最大，為1 423.1Pa·s。加入助磨劑后，礦漿粘度迅速降低。當三聚磷酸鈉用量為0.8%時，礦漿粘度最低，為204.8Pa·s。對應圖1，此時磨礦效率最高，說明礦漿粘度的降低有利于提高磨礦效率；繼續加入三聚磷酸鈉，礦漿粘度小幅上升，磨礦效率降低。

上述結果的原因在于，赤鐵礦在細磨過程中，比表面積和表面能增大，顆粒間相互作用力增大，相互吸附、粘結的趨勢增大，不利于粉碎。三聚磷酸鈉作為一種無機表面活性劑，對礦漿中的Ca2+、Mg2+等金屬離子具有顯著的螯合作用，改變了顆粒的表面電性，顆粒間雙電層斥力顯著增大，減少了顆粒間的團聚和顆粒在鋼球上的粘附，改善了礦漿的可流動性，進而提高磨礦效率。當三聚磷酸鈉超過一定用量時，其大分子磷酸基團會相互締結，礦漿流動性相應變差，磨礦效率降低。

圖2 礦漿粘度與三聚磷酸鈉用量關系

圖3 赤鐵礦與三聚磷酸鈉作用前后紅外光譜圖

圖4 大于0.042mm小于0.15mm粒級赤鐵礦磨礦產品SEM圖像

3.2 發生化學吸附，改變顆粒硬度

圖3為三聚磷酸鈉加入前后赤鐵礦磨礦產品紅外光譜。由紅外光譜結果可知：三聚磷酸鈉的加入，使顆粒表面羥基吸收峰發生偏移，3 431.80cm-1處峰偏移至3 406.91cm-1；2 975.59cm-1處峰偏移至2 971.43cm-1；2 921.66cm-1處吸收峰消失。說明三聚磷酸鈉在赤鐵礦表面形成氫鍵且發生化學吸附。

圖4為加入三聚磷酸鈉前后大于0.042mm小于0.15mm粒級赤鐵礦磨礦產品的SEM圖像。對比可知，三聚磷酸鈉的加入，使原本光滑的赤鐵礦顆粒表面變得凹凸不平，有空隙和裂縫存在，降低了顆粒表面硬度。

上述結果的原因在于，粉碎過程中，赤鐵礦顆粒表面不飽和鍵能不斷累積，導致助磨劑分子自發地在其表面發生化學吸附，降低表面自由能。根據格里菲斯定律，脆性斷裂所需的最小應力與物料的比表面能成正比。顯然，三聚磷酸鈉可加速赤鐵礦顆粒裂紋的擴展。另一方面，在裂紋擴展的過程中，助磨劑分子起到“楔入粒子”的作用，防止新生裂紋的再閉合，加快粉碎過程，進而提高磨礦效率。

4 結語

（1）試驗所用鄂西高磷鮞狀赤鐵礦伴生礦物復雜，嵌布粒度極細，具有同心層狀構造，很不利于單體解離。在磨礦過程中需添加助磨劑，以提高磨礦效率，降低磨礦能耗。

（2）在最優試驗條件下，添加相當于赤鐵礦質量分數0.8%的三聚磷酸鈉與不添加時相比，＜0.074mm粒級磨礦產品含量提高了29.83%，效果明顯。

（3）三聚磷酸鈉降低了礦漿粘度，促進了顆粒的分散；在赤鐵礦顆粒表面形成氫鍵，發生物理吸附和化學吸附，降低了赤鐵礦表面硬度。在上述因素的共同作用下，赤鐵礦磨礦效率得到了明顯提高。

（4）助磨劑三聚磷酸鈉的用量需嚴格控制：太少，效果不明顯；太多，則會使礦漿粘度上升，磨礦效果反而不好。

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“水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物技術標準研究”通過驗收

近日，由中國建材研究總院承擔的“水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物技術標準研究”質檢公益性行業科研項目通過國家質量監督檢驗檢疫總局科技司驗收。

該項目通過研究比較歐洲、美國、日本等國家水泥窯協同處置垃圾廢棄物相關標準規范，并結合我國水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物應用現狀，從產品品質要求、取樣方法、燃燒特性以及對水泥窯用耐火材料的影響等四個方面進行了標準化研究，完成了相關國家標準項目的立項及送審工作，建立健全了水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物的技術標準體系。

驗收專家組聽取了課題執行情況匯報，審查了課題技術成果文件及財務文件，通過質詢和認真討論，認為該項目在國內首次建立了水泥窯燃燒利用垃圾廢棄物的標準體系，成果綜合水平達到國內領先水平，一致同意通過驗收。

我國垃圾來源復雜、組成波動大、含水量高。該項目希望通過相關指標的監控，引導行業重視生活垃圾預處理可燃物品質的穩定性，加快市場接受程度、提高公眾信任度、幫助預處理可燃物進行有效交易，助推環境問題的解決。本項目完成的系列標準將有利于推廣我國水泥窯協同處置生活垃圾技術，對緩解我國城市“垃圾圍城”壓力、實現水泥行業轉型升級等具有重要的作用。

Effect of STPP on the Grinding Efficiency of Hematite and its Mechanism

LIANG Xiaolin,CHENG Xu
(Tianjin Cement Industry Design&Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400)

The effect of STPP on the grinding efficiency of hematite was studied and the mechanism was also analyzed in this paper by measuring the grinding pulp viscosity and the absorption characteristics.The results showed that the content of＜0.074mm ground product was increased by 29.83%under the appropriate conditions using STPP as grinding aid.STPP reduced the pulp viscosity and prompted the particle dispersion;STPP formed physical and chemical adsorption on the hematite surface,reduced the surface hardness of the hematite.

STPP;hematite;grinding efficient

TQ172.639

A

1001-6171（2017）02-0035-04

天津水泥工業設計研究院有限公司，天津300400；

2016-08-12；編輯：趙蓮