石英堅硬、耐磨,特別是需要細磨時,單純依靠介質的研磨作用很難獲得理想細度的粉磨產品,因此在石英粉磨的過程中往往加入一定量的助磨劑用以改善研磨效果。
助磨劑是指能夠顯著提高粉磨效率或降低粉磨過程能耗和鋼耗而在粉磨過程中加入的化學添加劑(氣態、液態或固態的化學物質)。通常認為,加入助磨劑可以降低石英顆粒的硬度、降低石英的表面張力、改善磨礦料漿的流動性。
在助磨劑的選擇和應用上,目前主要有三乙醇胺、DA分散劑、硬脂酸、氯化銨、氯化鈉、酒精、油酸鈉、硅酸鈉、十二胺等,也有用脂肪醇聚氧乙基醚和十二烷基三甲基氯化銨進行試驗。
1、硝酸鐵和黃原酸鉀
G.Akdogan與D.Johns采用硝酸鐵和黃原酸鉀作為助磨劑,認為助磨劑的濃度和礦漿pH值對石英粉磨效果具有直接的影響。
2、三乙醇胺、甘醇
S·Sohon等研究了三乙醇胺、甘醇及二甘醇、油酸、油酸鈉、亞硫酸鹽廢液以及十二烷基苯磺酸對石英磨礦的影響,發現添加0.05%三乙醇胺和0.025%甘醇對改善磨礦有一定作用,但沒有一種助磨劑有顯著的助磨效果,事實上,0.1%油酸鈉及0.1%三乙醇胺似乎對石英的磨礦起負作用。
3、醇類添加劑
M.Hasegawa等在實驗室振動棒磨機上研究了具有不同烷基的醇類對石英超細磨的影響,結果表明,醇類添加劑對石英超細磨具有良好的促進作用,粉磨產品的比表面積隨添加劑用量的增加而增大。
4、氯化銨
劉鳳春等分別以氯化鈉、氯化銨、油酸鈉、三乙醇胺為助磨劑進行了石英粉磨對比試驗,結果表明,在其它條件相同時,氯化銨對石英的粉磨效果最好,有效使用助磨劑,可提高磨礦效率,節約能耗,提高生產能力。在磨礦其他條件相同的情況下(磨礦時間為30min,磨礦濃度為50%),加入助磨劑可節約磨礦時間50%以上。
5、三乙醇胺
郝保紅等研究了干磨、濕磨以及添加助磨劑三乙醇胺對粉石英超細磨礦的影響,結果表明,在提高磨礦效率方面,三乙醇胺磨礦>濕式磨礦>干式磨礦的作用效果,在粉碎極限方面,三乙醇胺磨礦<濕磨<干磨的作用效果。磨礦產品測試表明不同磨礦環境對粒度、晶體結構以及化學鍵的影響不一樣,其中以添加三乙醇胺的影響最大,濕磨次之,干磨最小。
6、十二胺、DA分散劑、硅酸鈉和氯化銨
印萬忠等利用攪拌磨研究了助磨劑十二胺、DA分散劑、硅酸鈉和氯化銨在超細SiO2粉磨過程中的助磨作用,研究表明,DA分散劑和硅酸鈉有顯著的助磨效果,其中DA分散劑在最佳用量1.5%條件下,粉磨產品的d50由0.3342μm降低到了0.2860μm,d97由0.5688μm降低到了0.5040μm。
7、焦磷酸鈉
王瑛瑋等采用自行研制的離心強制循環超細粉碎設備,在石英與水質量比為3:7、助磨劑焦磷酸鈉用量0.5%、磨礦時間3h的條件下,制備出了顆粒粒徑60nm以下的納米級超細石英粉體,石英粉體的結晶度顯著降低。
8、六偏磷酸鈉和硅酸鈉
毛勇等選擇六偏磷酸鈉和硅酸鈉為單一助磨劑,并按質量比為1:1形成組合助磨劑,研究三種助磨劑及用量對石英磨礦效果的影響,結果表明:
?。?)組合助磨劑在最佳的添加量0.5%時,與不添加助磨劑和添加單一助磨劑硅酸鈉及六偏磷酸鈉相比,-0.043mm粒級的含量分別提高了9.90個百分點、3.34個百分點和2.23個百分點,明顯提高石英的磨礦效率。
?。?)礦漿黏度檢測發現,組合助磨劑明顯降低了礦漿的黏度,能促進礦漿的分散性與流動性;紅外光譜、溶液化學計算及XPS表面元素分析可知,磨礦礦漿pH值為9.89時,磨礦用水中的鈣離子吸附在石英表面,在石英表面產生Si-O-Ca+活性位點,組合助磨劑以HPO42-和HSiO3-為主要活性物,基團負電性比單一助磨劑強,在被Ca2+活化的石英表面會產生較強的化學吸附;吸附能計算表明,組合助磨劑在活化石英表面的吸附作用比兩種單一助磨劑強,其會通過吸附作用降低石英表面硬度及抗拉強度,能明顯提高石英的粉磨效率。
?。?)硅酸鈉與六偏磷酸鈉在石英粉過程中可能存在協同效應,硅酸鈉能明顯降低礦漿的黏度,而六偏磷鈉在石英表面的吸附作用比硅酸鈉強,因此其會明顯降低石英的比表面能,而組合助磨劑兼具二者優點,因此助磨效果最好。
9、丙三醇和焦磷酸鈉
王澤紅等采用批次濕式球磨試驗,系統研究了丙三醇和焦磷酸鈉兩種助磨劑對0.074~2mm石英純礦物磨礦動力學行為的影響。結果表明:石英磨礦過程符合m階磨礦動力學模型,隨丙三醇和焦磷酸鈉質量分數的增加,動力學參數k先減小后增大,動力學參數m先增大后減小,助磨劑的質量分數為0.3%~0.5%時達到最大值;在相同磨礦條件下,0.45~1mm粒級的磨礦速度最大。
10、無機與有機助磨劑對比
高偉采用無機助磨劑(氯化銨、硝酸鐵、硅酸鈉)和有機助磨劑(油酸、黃原酸鉀、聚丙烯酸鈉),在所確定的適宜磨礦參數的基礎上,研究了助磨劑用量對石英粉磨效果的影響,結果表明:不同助磨劑對石英粉磨效果的影響不同,但均有一適宜的用量,在該用量下,粉磨效果從高到低的排序為硅酸鈉(1.0%)>氯化銨(2.0%)>硝酸鐵(0.5%)>黃原酸鉀(0.5%)>聚丙烯酸鈉(2.0%)>水>油酸(1.0%);石英粉磨產品中-0.043mm粒級含量分別為74.02%、72.54%、71.11%、71.06%、70.83%、68.51%、59.97%。
整體而言,在試驗所選擇的助磨劑及其用量范圍內,無機類助磨劑的作用效果優于有機類助磨劑。在無機類助磨劑中,助磨效果最好且高于水的助磨劑是硅酸鈉;在有機類助磨劑中,助磨效果最好且高于水的助磨劑是黃原酸鉀。同時發現,油酸在石英的磨礦過程中起負作用,添加量為1.0%時磨礦效果最差,磨礦產品中-0.043mm粒級含量低至59.97%。
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