磨矿细度对湖南某方解石矿加工技术性能的影响研究

张建文，马崇振，梁汉，廖乾，黄礼龙，颜娜

(1.长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 410012; 2.中南大学资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083)

方解石是一种结晶的碳酸盐类矿物，其主要化学成分碳酸钙占98%以上，有时含极少量的氧化镁、氧化铁和氧化铝等成分，在自然界中分布极广。方解石矿具有无毒无味、硬度低、易粉碎加工、化学纯度高等优点。重质碳酸钙是方解石矿最主要的深加工产品之一，也是目前市场需求量较大的非金属矿深加工产品之一，广泛应用于造纸、涂料、塑料和橡胶等领域[1-2]，湖南的非金属矿产资源丰富，素有“非金属之乡”的美誉。方解石矿是湖南省优势的非金属矿产，也是当前开发利用的重点和热点。湖南某方解石矿资源丰富，矿种单一，矿石成分简单，本文在对湖南某方解石矿工艺矿物学研究的基础上，开展了方解石矿研磨技术性能实验研究和应用效果评价，研究目的为获得磨矿细度与方解石矿研磨技术性能的指标关系，为该方解石矿工业用途选择及其产品设计和加工提供依据。

1 工艺矿物学研究

原矿肉眼下为白色，局部显肉红色。经镜下鉴定、X射线衍射分析和扫描电镜分析综合研究表明，原矿矿物组成较为简单，其中主要矿物为方解石；杂质矿物含量甚微，包括铁质污染物、高岭石、褐铁矿和黄铁矿等；此外，还有黄铜矿、闪锌矿等微量矿物。原矿化学多元素分析结果见表1，原矿主要矿物含量见表2。

表1 原矿的化学多元素分析结果/%Table 1 Results of semi-quantitative analysis of raw ore by X-ray fluorescence spectrum

表2 原矿中主要矿物的含量Table 2 Content of major minerals in raw ore

由表1、2可知，原矿中主要化学成分CaCO3含量98.52%，杂质成分含量较低，主要包括MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，原矿中方解石矿物含量高达99.85%。

2 实验结果与讨论

方解石的磨矿可采用高压辊磨机、颚式破碎机、干式球磨机、雷蒙磨、立磨机、湿式球磨机和湿式棒磨机等设备[3-5]，立式螺旋搅拌磨矿机细磨能力强，可将物料粉磨至10 μm或者更细，是一种高效超细磨矿设备，广泛应用于铁矿、金矿、钼矿、铜矿、铅锌矿和非金属矿等选厂的细磨或再磨作业中[6]。立式螺旋搅拌磨矿机在非金属矿细磨领域中更有着广泛应用，例如应用于重质碳酸钙、石墨矿、萤石矿、高岭土矿等的超细磨矿[7-8]，特别是有很多专用型大型超细搅拌磨机研磨重质碳酸钙生产线的应用实践，年产量达到2万t至10万t。因此方解石矿石研磨细磨实验设备选择立式螺旋搅拌磨机。

2.1 磨矿时间对方解石矿磨矿细度的影响

采用长沙矿冶研究院研制的LJM-10L型超细立式螺旋搅拌磨机进行磨矿时间对磨矿细度的影响条件实验。磨矿浓度是磨矿工艺的关键参数之一，磨矿浓度太低，立磨机处理能力小，磨矿效率低；而磨矿浓度太高，矿浆流动性差，磨矿效率也会降低，综合考虑，立磨机磨矿浓度采用60%，研磨介质采用10 kg直径为6 mm的锆球，搅拌转速设置为30 r/min，立磨机入料粒度为-0.075 mm 75% ～80%，每批实验样品为1.2 kg，实验结果见图1。锆球研磨介质成分为二氧化锆，它具有硬度大、强度高、无金属污染、使用寿命长、耐腐蚀、研磨效率高等突出优点，与铁球介质相比不会带来铁质污染。氧化锆球广泛应用于食品、医药、结构陶瓷、电子陶瓷、电池材料、冶金、矿产、涂料等研磨领域[9]。

图1 磨矿时间对方解石矿磨矿细度的影响Fig.1 Effect of grinding time on grinding fineness of calcite ore

由图1可知，随着磨矿时间的增加，立式螺旋搅拌磨机磨矿产品粒度越来越细，且粒度变细趋势逐渐放缓。根据磨矿时间对方解石矿磨矿细度的影响曲线，可以得到磨矿细度与需要的磨矿时间对应关系，分别为75 μm (-0.075 mm 95%)需 磨 矿2.5 min，37 μm (-0.037 mm 95%)需 磨 矿4.0 min，24 μm (-0.024 mm 95%)需磨矿7.5 min，18 μm (-0.018 mm 95%)需磨矿9.0 min，15 μm (-0.015 mm 95%)需磨矿12.0 min和12 μm (-0.012 mm 95%)需磨矿15.0 min。

2.2 磨矿细度对方解石粒度分布和白度的影响

为考察磨矿细度对方解石矿粒度分布和白度的影响，将方解石矿石分别细磨至75 μm、38 μm，24 μm、18 μm、15 μm和12 μm，测定方解石各细度产品粒度分布指标和白度指标。实验中磨矿细度为变量，固定立磨机磨矿浓度为60%，研磨介质采用10 kg 直径为6 mm锆球，搅拌转速为30 r/min，每批实验样品为1.2 kg。采用LS-609激光粒度分析仪分别对各细度产品进行粒度测定，采用WSD-3C全自动白度计对各细度产品进行蓝光白度测定，磨矿细度对方解石产品蓝光白度的影响见表3，磨矿细度对方解石产品的粒度分布影响曲线见图2。

图2 磨矿细度对方解石产品的粒度分布影响Fig.2 Effect of grinding fineness on particle size distribution of calcite products

表3 磨矿细度对方解石产品蓝光白度的影响Table 3 Effect of grinding fineness on blue light whiteness of calcite products

由图2和表3可知，在满足38 μm、24 μm、18 μm、15 μm和12 μm细度指标前提下，各个产品的白度情况为：38 μm产品白度达到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm产品白度达到93度。

2.3 不同磨矿细度产品的质量检验与应用效果评价

在完成磨矿细度对方解石矿粒度分布和蓝光白度的影响研究基础上，分别对各细度产品进行了盐酸不溶物测定及比表面积测定等质量指标分析检验。最终产品质量分析汇总结果见表4。

表4 方解石各细度产品质量分析结果Table 4 Product quality analysis results of calcite fineness

对照中华人民共和国化工行业标准HG/T 3249.1-2008、HG/T 3249.2-2008、HG/T 3249.3-2008和HG/T 3249.4-2008的要求，对通过立磨机研磨获得的方解石各细度产品指标的应用效果评价见表5 ～7。

表5 方解石各细度产品满足塑料工业用重质碳酸钙标准要求评价Table 5 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard Calcite products for the plastics industry

表6 方解石研磨细度产品满足造纸工业用重质碳酸钙标准要求评价Table 6 Calcite grinding Fineness Products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the papermaking industry

表7 方解石研磨细度产品满足涂料工业用重质碳酸钙标准要求评价Table 7 Calcite grinding fineness products meet the requirements of heavy calcium carbonate standard for the paint industry

由表5 ～ 7应用效果评价结果可知，方解石研磨细度产品达到了造纸工业用重质碳酸钙IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的标准要求，达到了涂料工业用重质碳酸钙V型18 μm合格品的标准要求，达到了塑料工业用重质碳酸钙VI型18 μm合格品的标准要求。

3 结 语

（1）湖南某方解石矿资源丰富，矿种单一，矿石成分较为简单，原矿中主要矿物为方解石，CaCO3含量高达98.52%，杂质矿物含量甚微，为该方解石矿的开发利用奠定坚实的基础。

（2）方解石矿研磨实验研究表明，在满足38 μm、24 μm、18 μm、15 μm和12 μm磨矿细度指标前提下，38 μm方解石产品白度达到92度，其他24 μm、18 μm、15 μm和12 μm产品白度达到93度。

（3）方解石研磨产品应用效果评价结果可知，方解石矿加工产品分别达到了造纸工业用重质碳酸钙IV型38 μm、III型24 μm、II型18 μm合格品的标准要求；达到了涂料工业用重质碳酸钙V型18 μm合格品的标准要求；达到了塑料工业用重质碳酸钙Ⅵ型18 μm合格品的标准要求。

（4）湖南某方解石矿推荐工业中生产细度为38 μm、24 μm、18 μm的方解石产品，该研究结果为确定湖南某方解石矿生产工艺和产品工业用途提供依据，实践中可根据产品市场需求及价格并结合能耗，灵活选择工业用途的方解石研磨产品，以达到最大的经济效益和社会效益。