助磨剂对石英磨矿效果及浮选行为的影响

王泽红 周鹏飞 高 伟 罗 伟 毛 勇

（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）

选矿的前提是有用矿物与脉石矿物充分单体解离，主要通过碎矿及磨矿来完成。粉磨过程是一种能耗很高的作业，特别是当需要对物料进行细磨和超细磨时，能耗更高。统计结果表明，全世界粉磨消耗的电能大约占当年总发电量的5%；在投资上，粉磨作业投资占整个选矿厂投资的60%左右；粉磨作业的耗电量大约占选厂总耗电量的30%～70%，生产经营费大约占选厂总费用的40%～50%；在技术上，粉磨作业产品质量直接影响着选别指标的好坏，磨矿生产能力直接决定着整个选矿厂的生产能力。因此，磨矿作业在矿物加工工程领域及国民经济中占有极其重要的地位［1，2］。

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［3，4］。研究表明：通过添加助磨剂可改善物料的可磨性，减轻颗粒之间的黏聚结团作用，提高磨机内物料的流动性；或者通过添加助磨剂可以降低矿物的表面硬度，加快矿石颗粒的粉碎速度，从而达到提高磨矿效率、降低能耗等目的；有的助磨剂还可以对磨矿介质和磨机衬板起到缓蚀作用，从而降低钢耗［5，6］。本研究以高纯石英矿为原料，选择合适的助磨剂进行试验，在适宜的磨矿条件和浮选条件下，研究石英粉磨过程中添加助磨剂对其磨矿效果及后续浮选指标的影响，阐明助磨剂对石英浮选行为的影响规律，为助磨剂在石英及其它物料磨矿中的应用奠定基础。

1 试验原料及设备

1.1 试验原料

以高纯度石英砂作为试验物料，由市场购买。试验原料经颚式破碎机与辊式破碎机组成的三段一闭路破碎流程制得，最终粒度为-2 mm。试样XRD分析结果如图1 所示，化学多元素分析结果如表1 所示。

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由图1 和表1 可知，试验所用矿样矿物组成简单，SiO2的含量高达98.18%，其余元素含量很低，石英纯度很高。

1.2 试验设备

磨矿试验采用φ180 mm×200 mm 实验室小型球磨机进行，浮选试验采用实验室XFG 50 mL 挂槽式浮选机进行；磨矿产品采用浙江上虞标准检验筛（φ200×50GB6003-97）在振筛机上进行粒度分析。

1.3 试验药剂

助磨剂：三乙醇胺、丙酮、油酸钠、氯化铵、氯化钠，均为分析纯试剂。

浮选药剂：十二胺、油酸钠，工业品；CaCl2、HCl、NaOH等，分析纯。

2 试验结果与讨论

笔者前期研究对磨矿过程及参数进行了大量探索性优化试验，在此基础上，确定了试验石英样在不添加助磨剂条件下的最佳磨矿参数，即：磨矿方式为湿式磨矿，磨矿介质采用钢质球形介质，介质充填率为40%，不同介质尺寸及质量配比为m（φ30 mm）∶m（φ20 mm）∶m（φ15 mm）＝30∶25∶45，料球比为0.75，磨矿浓度为70%。本研究主要对不同助磨剂及其用量对石英磨矿效果及浮选行为的影响进行分析。

2.1 助磨剂及其用量对石英磨矿效率的影响

在探索性试验的基础上，参考前人的研究结论和成果，选择三乙醇胺、丙酮、油酸钠、氯化铵、氯化钠5 种药剂作为助磨剂，在确定的最佳磨矿条件下，研究不同助磨剂及其用量（以助磨剂质量占石英质量的百分比表示）对石英粉磨效果的影响。采用磨矿效率评价石英的粉磨效果。所谓磨矿效率是磨机单位能耗的生产率，也就是磨机每消耗1 kWh能量所处理的物料的质量。在生产实践中，磨矿效率既可以表示为每消耗1 kWh能量所处理的新给料的质量，也可以表示为每消耗1kWh 能量新产生的-0.074 mm粒级量［7］。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新生成的-0.074 mm 粒级含量成正比，即磨矿产品中-0.074 mm 的含量越高，磨矿效率越高。在磨矿时间10 min 的条件下，不同助磨剂及其用量与磨矿产品中-0.074 mm 粒级含量关系曲线如图2所示。

由图2可知：不同助磨剂在不同用量时对石英的助磨作用不同；在所选用的5种助磨剂中，三乙醇胺、丙酮、氯化铵和氯化钠在适宜的用量下均对石英粉磨具有一定的助磨作用，且每一种助磨剂都存在一个最佳用量，分别为1.0%、0.1%、0.3%、0.1%，在该用量下，石英粉磨产品中-0.074 mm 粒级含量分别为85.13%、85.63%、84.19%、83.11%，较不使用助磨剂时的82.97%分别提高了2.16、2.66、1.22、0.14 个百分点；相反，当使用油酸钠作为助磨剂时，在试验用量范围内，石英粉磨产品中的-0.074 mm 含量均降低，这说明油酸钠对石英粉磨效果起阻磨作用，而非助磨作用。

在助磨剂各自最佳用量条件下，考察了磨矿时间对石英粉磨产品粒度的影响，结果如图3所示。

从图3可以看出：在试验范围内，添加助磨剂三乙醇胺、丙酮、氯化铵和氯化钠的粉磨产品中-0.074 mm含量均比未添加助磨剂时的-0.074 mm 含量高，而添加油酸钠时粉磨产品中-0.074 mm 含量则比未添加任何药剂时的-0.074 mm 含量低，进一步说明三乙醇胺、丙酮、氯化铵和氯化钠对石英粉磨具有助磨作用，油酸钠具有阻磨作用；同时还可以看出，随着磨矿时间的延长，粉磨产品中-0.074 mm 的含量逐渐增大，但增大的幅度逐渐降低。

2.2 助磨剂对石英浮选行为的影响

浮选条件试验在实验室XFG 50 mL 挂槽式浮选机中进行，主轴转速为1 992 r/min。每次称取5.0 g粉磨后石英产品（为避免颗粒粒度对浮选指标影响，在进行后续浮选试验时，采用磨矿曲线保证入浮物料中-0.074 mm含量相同）放入50 mL浮选槽中，加入一次蒸馏水，然后调浆2 min，调节矿浆pH值，稳定搅拌2 min 后，测定矿浆pH 值；之后加入一定量的捕收剂溶液，搅拌3 min，浮选刮泡4 min。浮选泡沫产品和槽内产品分别过滤、烘干、称重，并计算浮选回收率，以研究不同种类助磨剂（对石英具有助磨作用的助磨剂，即三乙醇胺、丙酮、氯化铵、氯化钠）在最佳用量条件下对石英浮选行为的影响。试验采用正浮选，浮选矿浆pH 值调整剂为HCl 或NaOH 溶液，捕收剂分别采用十二胺和油酸钠。由于十二胺在水溶液中的溶解度很小，所以试验过程中将其溶入盐酸，配成十二胺盐酸盐溶液供浮选试验使用［8，9］。

2.2.1 十二胺体系下石英浮选行为的研究

试验首先采用不加助磨剂的粉磨产品研究了矿浆pH 值和捕收剂十二胺用量对浮选指标的影响规律。试验结果如图4所示。

由图4 可以看出：十二胺体系中，石英的可浮性受矿浆pH 值的影响十分明显，石英浮选回收率随矿浆pH值的增加而先提高后降低，当矿浆pH为6.8时，石英浮选回收率达到最大值，为91.97%，因此，确定十二胺体系下石英浮选的最佳pH值为6.8；随十二胺用量的增加，石英浮选回收率表现出同样的变化趋势，即先增加后降低，当十二胺用量为50 mg/L 时，石英浮选回收率达到最大值，为91.97%，因此，确定十二胺的最佳用量为50 mg/L。

在矿浆pH 值为6.8、十二胺用量为50 mg/L 的最佳浮选条件下，固定其它浮选操作参数，对不添加助磨剂及添加4 种不同助磨剂在最佳用量下的磨矿产品（根据磨矿曲线，保证-0.074 mm 含量相同）分别进行浮选试验，探讨十二胺体系中助磨剂对石英浮选行为的影响。试验结果如图5所示。

由图5 可以看出：在十二胺体系中，所选择的4种助磨剂对石英浮选回收率的影响不同：当使用三乙醇胺作为助磨剂时，浮选指标较不使用助磨剂提高了5.83 个百分点；当使用氯化钠作为助磨剂时，浮选指标基本不变；当使用丙酮和氯化铵作为助磨剂时，浮选指标则有不同程度的降低，分别降低了2.89、12.8 个百分点。这说明不同种类助磨剂对石英浮选行为的影响不同，有的可以提高石英的可浮性，有的则使石英的可浮性恶化。只有三乙醇胺既是石英的助磨剂，同时在十二胺浮选体系下还能提高石英的浮选回收率。

2.2.2 油酸钠体系下石英浮选行为的研究

试验发现，石英在油酸钠体系中可浮性较差，因此，在油酸钠体系中使用了活化剂氯化钙［10］。首先采用不加助磨剂的粉磨产品研究了矿浆pH 值、捕收剂油酸钠用量及活化剂氯化钙用量对浮选指标的影响。试验结果如图6所示。

由图6 可知：在活化剂存在条件下，石英浮选回收率随矿浆pH 值、油酸钠用量的增大先逐渐增大，之后均有不同程度的降低；当pH=11.5、油酸钠用量为160 mg/L、氯化钙用量为100 mg/L 时，石英浮选回收率达到最大值92.51%。因此浮选石英最佳pH 值、油酸钠最佳用量、氯化钙最佳用量分别确定为11.5、160 mg/L、100 mg/L，后续试验均在此条件下进行。

调节矿浆pH 值为11.5，油酸钠用量为160 mg/L，氯化钙用量为100 mg/L，固定其它浮选操作参数，对不添加助磨剂及添加4 种不同助磨剂在最佳用量下的磨矿产品（-0.074 mm 含量相同）分别进行浮选试验，探讨油酸钠体系中助磨剂对石英浮选行为的影响，结果如图7所示。

由图7 可以看出，油酸钠体系中，所选择的4 种助磨剂对石英浮选回收率的影响也得到了与十二胺浮选体系基本相同的结论，即：当使用三乙醇胺作为助磨剂时，浮选指标较不使用助磨剂时提高，回收率提高了4.94 个百分点；当使用丙酮、氯化铵和氯化钠作为助磨剂时，浮选指标则有不同程度的降低，回收率分别降低了6.76、2.95、和1.79 个百分点。不同种类助磨剂对石英浮选行为的影响不同，有的可以提高石英的可浮性，有的则使石英的可浮性恶化。只有三乙醇胺既是石英的助磨剂，同时在油酸钠浮选体系下也能提高石英的浮选回收率。

3 结 论

（1）采用5种助磨剂（三乙醇胺、丙酮、油酸钠、氯化铵、氯化钠）研究了助磨剂种类及其用量对石英磨矿效率的影响。结果表明，不同助磨剂在不同用量时，对石英磨矿效率的影响不同，每一种助磨剂均有一个适宜的用量，在该用量下，对石英磨矿效率影响的次序为：丙酮＞三乙醇胺＞氯化铵＞氯化钠＞油酸钠。其中，助磨剂三乙醇胺、丙酮、氯化铵和氯化钠对石英均具有助磨作用，而油酸钠则具有阻磨作用；丙酮在最优条件下，可使磨矿产品中-0.074 mm 粒级含量提高2.66个百分点。

（2）4 种助磨剂（三乙醇胺、丙酮、氯化铵、氯化钠）对石英浮选回收率影响的研究结果表明，助磨剂三乙醇胺既对石英矿有助磨作用，同时在十二胺体系和油酸钠体系中均可提高石英浮选回收率，石英浮选回收率分别提高了5.83 个百分点和4.94 个百分点。其他3 种助磨剂则对石英浮选回收率具有不利影响。

（3）后续将筛选更多石英助磨剂或采用复合助磨剂进行试验，总结能够改善石英浮选指标的助磨剂特点，找出规律，并研究助磨剂对石英浮选指标影响的作用机理。