油酸钠对高磷赤铁矿磨矿过程的影响研究

黄业豪，刘 红，杨永修，江 闯，张 伟，钱功明

(武汉科技大学 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081)

油酸钠对高磷赤铁矿磨矿过程的影响研究

黄业豪，刘 红，杨永修，江 闯，张 伟，钱功明

(武汉科技大学 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081)

为了研究磨矿助剂对磨矿过程中矿浆性质及磨矿能耗的影响，以高磷赤铁矿为研究对象，以油酸钠作助磨剂，进行了磨矿试验，考察了油酸钠在不同磨矿时间下对矿浆pH、矿浆黏度及磨矿效果的影响。结果表明，在磨矿过程中加入的油酸钠对矿浆pH和黏度有明显影响；油酸钠用量为0.5%wt时，具有明显的助磨作用，可使能耗降低36.8%。

高磷赤铁矿；助磨剂；油酸钠；黏度

磨矿作业过程能耗较高，尤其是对矿物进行细磨或超细磨时，能耗就会更高。据统计，全球磨矿消耗的总电能约占当年的总发电量的5%；在投资建设方面，磨矿工段投资约占整个选矿厂总投资的60%；在耗电量方面，磨矿作业的耗电量可占全厂投资的50%左右[1]；在现有技术上，能耗高，效率低是磨矿作业存在的主要问题。因此，降低磨矿能耗，尤其是降低细磨和超细磨矿能耗具有非常重要的意义。

在磨矿过程中，通过添加助磨剂可以改变磨矿环境或被磨物料表面的物理化学性质，从而实现提高磨矿效率、降低磨矿能耗和生产成本[2-6]。本试验就油酸钠对鄂西髙磷鲕状赤铁矿的助磨效果进行研究。

1 试验原料

试验原料是鄂西高磷赤铁矿，此矿石结构以及嵌布关系都非常复杂，鲕粒含量较多，磷含量较高，而且品位低，是世界选矿界公认的难选矿物[7]。由于该矿铁矿物嵌布粒度非常细，所以必须将矿石磨至粒径为30μm以下，甚至是几个微米以下，才能使其单体解离[8]。原矿粒度组成见表1，试验所用化学试剂均为分析纯。

2 试验设备及试验方法

2.1 试验设备

试验所用的仪器设备有：XMB-70型三辊四筒棒磨机(磨矿用球为Al2O3)；PHS-3C型pH计；DV-79型数字式黏度计；不同规格标准筛；CS101-2A型电热鼓风干燥箱；电子天平。

2.2 试验方法

用电子天平称取矿样，制成50%浓度的矿浆，在不同油酸钠添加量和不同磨矿时间的情况下，考察矿浆的黏度及pH值的变化，并对磨矿产品用38μm筛孔尺寸的筛子进行筛析实验，计算产率。

表1 原矿粒度组成

3 试验结果分析

3.1 油酸钠对矿浆pH的影响

在磨矿时间分别为0 min、5min、10min、15min、20min的条件下，考察了油酸钠用量对pH的影响。结果如图1所示。

图1 磨矿时间对矿浆pH的影响

由图1可以看出：不添加油酸钠时，随着磨矿时间延长，pH先上升再下降，最后趋于平衡；添加助磨剂后，随着磨矿时间的延长，矿浆的pH呈先上升然后下降再略微上升的趋势；同时，在磨矿时间相同的条件下，随着助磨剂用量的增加，矿浆的pH值也随之上升。

根据油酸钠与赤铁矿表面作用机理[9]，在赤铁矿磨矿体系中，有式(1)～(3)几种反应发生。

微量Fe2O3与水的反应见式(1)。

Fe2O3+ 3H2O = 2Fe(OH)3

(1)

Fe(OH)3的电离反应见式(2)。

Fe(OH)3=Fe3++ 3OH-

(2)

Fe3+的水解反应见式(3)。

Fe3++ 3H2O= Fe(OH)3+ 3H+

(3)

其中，式(2)和式(3)是一对化学平衡，直接影响溶液pH的变化：水解反应产生H+使pH下降，而电离反应则产生OH-使pH上升。在磨矿过程中，初期电离大于水解，因而pH上升；后期水解大于电离，pH下降；最后细度达到某一值后，水解反应与电离反应均趋于稳定，不再随细度变化，使pH趋于稳定；在油酸钠—赤铁矿磨矿体系中，随着油酸钠用量的增加，溶液的碱性变强，pH较不加及少加药剂都有明显的增加，但总体趋势仍保持一致。

由此可知：在赤铁矿磨矿体系中，磨矿粒度对[Fe]离子的水解和[Fe]化合物的电离有明显影响；添加油酸钠，pH有明显的上升，但不影响磨矿过程中pH的整体变化趋势。

3.2 油酸钠对矿浆黏度的影响

在磨矿时间分别为0 min、5min、10min、15min、20min的条件下，考察了油酸钠用量对矿浆黏度的影响。结果如图2所示。

图2 磨矿时间对矿浆黏度的影响

由图2可知，随着油酸钠用量的增加，矿浆的黏度大致呈上升趋势。当油酸钠用量小于0.2% wt时，随磨矿时间的增加，矿浆黏度先降低再增加，在10min时矿浆黏度达到最小；当油酸钠用量大于0.3%wt时，矿浆黏度随磨矿时间的增加而缓慢增加；当油酸钠用量超过0.5wt%后，矿浆极易发生聚团凝聚，使黏度随时间变化发生了无规律变化。

3.3 油酸钠对产品细度的影响

在磨矿时间分别为0 min、5min、10min、15min、20min的条件下，考察了油酸钠用量对磨矿产品中-38μm粒级的影响。结果如图3所示。

图3 油酸钠用量对-38μm粒级含量的影响

如图3所示，在磨矿时间为5min时，少量油酸钠对磨矿产生抑制作用，但在其它磨矿时间下，少量油酸钠并未产生此现象；并且所有磨矿时间下，当油酸钠用量较高时，助磨作用均有一定程度的下降。其原因是不同用量的油酸钠对改变赤铁矿表面物化性能所需的时间不同。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[4]可知，油酸钠对赤铁矿磨矿存在两方面的影响，一方面，油酸根离子在赤铁矿表面产生吸附作用，促进赤铁矿的单体解离；另一方面，油酸钠使矿浆黏度变大(图2)，导致磨矿介质对矿石的冲击力相对减弱，使球磨机效率下降，对磨矿产生抑制作用。当油酸钠用量较少时，在较短时间内未能使发生明显吸附，仅使矿浆pH升高。而根据上述反应式(1)、式(2)可知，pH较高时，Fe(OH)3更容易聚集在赤铁矿表面，不利于解离，使磨矿效率降低。随着磨矿时间延长，吸附增强，赤铁矿表面强度降低，助磨作用明显。随着油酸钠用量增加，赤铁矿表面性能发生明显改变的时间变短，但矿浆发生聚团的可能性增加，助磨作用下降。

3.4 油酸钠对磨机生产能力的影响

本研究矿样用量为500g，球磨罐的有效容积为0.0011m3，根据特定粒级利用系数，即以单位时间内经过磨矿过程所获得的粒度小于38μm的颗粒含量从而来计算磨机的生产能力，其计算公式见式(4)。

(4)

式中：q为按新生成的粒度小于38μm的颗粒含量来计算磨机的生产能力，t/(m3· h)；Q为磨机的单位处理量，T/h；β2为磨矿后粒度小于38μm的矿石含量，%；β1为没经磨过的矿石粒度小于38μm的含量，%；V为磨机的有效容积，m3[10]。

添加油酸钠后磨机的生产能力如表2所示，其中，相对增量是指在相同的磨矿时间下，添加油酸钠与未加油酸钠相比，添加油酸钠后磨机生产能力的增加值与未加油酸钠时磨机生产能力的比值。

由表2可知：油酸钠能提高磨机的生产能力，且随着油酸钠用量的增加，助磨效果有增加趋势。通过上表分析可知，在油酸钠用量为0.5%wt时，从生产能力和相对增量方面来说，助磨效果达到最好，当油酸钠用量达到0.6%wt后，助磨效果变差。因此将药剂用量为0.5%wt与不加药剂时-38μm含量随时间变化进行对比，如图4所示。

表2 不同浓度油酸钠对磨机生产能力的影响

图4 磨矿时间对-38μm粒级含量的影响

助磨剂对赤铁矿的磨矿产生了明显的促进作用。磨矿5min时，不加助磨剂时-38μm粒级占13.82%，加0.5%wt助磨剂后-38μm粒级占14.96%，-38μm粒级含量增幅达8.25%。

由图4可以看出，加入适量的油酸钠与不加油酸钠相比，矿石磨至相同细度的时间大大缩短，因此起到了节能降耗的作用。

以不加药剂为基准，加不同浓度药剂降低能耗的值如表3所示。在油酸钠用量为0.1%wt时，降低能耗为负值，说明加入0.1%wt的油酸钠对磨矿产生了抑制，而在其他油酸钠用量下则产生了理想的促进效果，其中，油酸钠用量为0.5%wt时平均降耗幅度最大，达36.8%。

4 结 论

1)适宜用量的油酸钠对赤铁矿的磨矿产生了明显的促进作用，但少量药剂对磨矿有抑制作用。在磨矿时间为5min时，加0.5%wt的油酸钠后-38μm粒级含量增幅达8.25%。

2)随着油酸钠用量的升高，助磨作用大致呈先上升后下降的趋势。当油酸钠浓度为0.5%wt时，磨机生产能力最大，达0.11891t/(m3·h)，平均降耗幅度最大，达36.8%。

表3 不同浓度油酸钠对降低能耗的影响

[1] 邓善芝，王泽红，程仁举，等.助磨剂作用机理的研究及发展趋势[J].有色矿冶，2010，26(4)：25-27.

[2] 李茂林，汪彬，朱晔，等．助磨剂对鄂西高磷鲕状赤铁矿磨矿的影响[J]．武汉科技大学学报，2011，34(2)：141-144．

[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.

[4] 孙伟，罗春华，胡岳华，等．不同助磨剂对铝土矿磨矿中-16μm粒级含量的影响[J]．矿冶工程，2007，27(5)：22-26．

[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．

[6] Choi H，Lee W，Kim D U，eta1.Effect of grinding aids on the grinding energy consumed during of calcite in a stirred ball mill[J].Minerals Engineering，2010，23(1)：54-57.

[7] 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.

[8] 柳衡琪，张宏福.国外鲕状铁矿石选矿研究现状[J].湖南冶金，1987(4)：47-54.

[9] 冯其明，赵岩森，张国范.油酸钠在赤铁矿及磷灰石表面的吸附机理[J].中国有色金属学报，2012，22(10)：2902-2907.

[10] 张强.选矿概论[M].北京：冶金工业出版社，2012.

Effect of sodiun oleate on the grinding process of high phosphorus hematite

HUANG Ye-hao，LIU Hong，YANG Yong-xiu，JIANG Chuang，ZHANG Wei，QIAN Gong-ming

(Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China)

To study the influence of grinding agent to the grinding energy consumption and the characterization of pulp，the effects of sodium oleate on the grinding efficiency，pH and the viscosity of pulp are investigated during the grinding process.In this investigation，high phosphorus hematite used as the object and the sodium oleate used as grinding agent.The results indicated that sodium oleate which used in the grinding process can clearly affect the pH and viscosity of pulp，and reduce the grinding energy consumption.The best reduce value of grinding efficiency is 36.8% when the dosage of sodium oleate is 0.5%wt.

hematite；grinding agent；sodium oleate；viscosity

2014-04-15

武汉科技大学大学生科技创新基金项目资助(编号：12ZRC153)

钱功明(1977-)，男，副教授，博士。主要从事与矿物加工相关的教学和科研工作。

TD92

A

1004-4051(2015)05-0111-04