CN111530564B - 一种高浓度高流动性矿浆及其制备方法 - Google Patents

一种高浓度高流动性矿浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高浓度高流动性矿浆及其制备方法，该矿浆包括同一种矿物质不同粒径的组分A、组分B、和分散剂组成；其中，所述组分A的平均粒径dA≤组分B的平均粒径dB的0.18倍以上，所述组分A与所述组分B之间的质量比为(1‑5)：(5‑9)，所述的A组分休止角＜30°，所述的B组分球形率大于60％。本发明的高浓度高流动性矿浆通过矿物质颗粒A和B粒径之间的合理级配，实现接近100％的填充和最高堆积密度，通过高润滑作用A组分和高球形率的B组分进一步提高矿浆流动性，以便于采用管道输送。

Description

一种高浓度高流动性矿浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及矿物加工和矿浆输送领域，具体为一种高浓度高流动性矿浆及其制备方法。
背景技术
在矿山行业经常有矿物质进行近距离管道输送，比如黄金尾矿、白银尾矿、铁矿石、磷矿石、煤以及其他矿物质需要从坑道输送到加工场地。如果采用车辆运输，需要人工装车、卸车、运输等环节，但是矿山开采区一般道路状况较差，车辆运输受限，为此采用管道输送可以减少很多困难，性价比较高，能耗较低。
矿浆采用管道输送传统工艺是将矿物质进行加工，用球磨机或棒磨机与水、分散剂一起进行研磨制取一定浓度矿浆(研磨后颗粒粒径＜1mm)，之后采用矿浆泵加压，管道输送到用户。
采用传统工艺存在一定弊端，一是矿浆浓度较低。为了减少输送中沉淀问题，一般制取的矿浆浓度较低(为了降低运动粘度)，通过提高流速和压力来缓解沉淀现象(相当于水力输送矿物质)，从而造成因流速过快，矿物质对管道和设备磨损严重；二是由于矿浆浓度低，矿浆制取就需要大量的水，矿区和工厂水互相不平衡，造成大量水资源浪费；三是由于浓度较低，后续工厂加工处理能耗非常巨大。
为了减少流速，减少磨损、减少能耗，急需开发高浓度高流动性的矿浆最佳配方和生产工艺，以减少系统能耗和后续加工费用问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于一种高浓度高流动性矿浆，通过矿物质颗粒粒径之间的合理级配，实现接近100％的填充和最高堆积密度，同时矿浆有很好的流动性，以便于采用管道输送。
本发明的第二目的在于提供一种上述高浓度高流动性矿浆的制备方法，该制备方法操作步骤简单，既可通过湿法也可以通过干法研磨，以提高堆积密度和提高矿浆流动性，操作条件温和，绿色环保，成本低。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种高浓度高流动性矿浆，包括同一种矿物质不同粒径的组分A、组分B、和分散剂组成；
其中，所述组分A的平均粒径dA≤组分B平均粒径dB的0.18倍，所述组分A与所述组分B之间的质量比为(1-5)：(5-9)，所述组分A休止角＜30°，所述组分B球形率＞60％。
若要得到高浓度矿浆，需要解决颗粒物高密度堆积和高流动性两个主要因素，只有高密度堆积才能实现高浓度，良好的流动性才能保障高密度堆积物具有良好流动性，否则再高的浓度没有流动性只能称之为“固体”，而不能称为“浆”，若是固体也就失去了其可以泵送的意义。
因此为了解决上述问题，本发明提供了一种高浓度高流动性矿浆，通过对不同粒径之间的粒径大小的合理分配，以实现矿浆的高密度堆积和高流动性。
在上述矿浆的组分中，矿物质组分A(可以看作矿浆中“小颗粒”)有两个作用：一是A起到润滑作用，润滑作用越强流动性就越高，衡量润滑性高低一般采用休止角指标，休止角越小润滑作用越强，一般矿物质堆积休止角小于30°时就表现很强润滑性，所以为了提高润滑性需要对组分A的休止角进行限定，当休止角不控制在本发明方案要求的范围内，可能会影响到整个矿浆的流动性。矿浆的流动性高低与A的多少和粒径dA大小有直接关系。研究表明矿物质颗粒接近亚纳米级时，具有一定润滑作用，不同矿物质起到润滑作用的粒径dA不同，通过实验找到最佳润滑作用直径的dA(直径dA过大或过小都不利于提高流动性)即可大幅度提高矿浆流动性；二是A和B形成高效填充(小颗粒填充在大颗粒物的缝隙中)。也就是A的直径dA＜0.18dB，从理论上保证了A可以100％填充在四个B堆积起来的缝隙中(可以将A，B看为球体)，A和B粒径相差越大，填充效果越好，填充效果好则堆积密度越高，堆积密度越高浓度就越高。
所述的矿物B，可以看作矿浆中“大颗粒”，主要是与A形成最佳堆积密度来提高浓度。所述组分B球形率＞60％，之所以规定组分B的球形率这个指标，也是为了更好提高矿浆的流动性(片状结构或非球形结构都不利于流动)，但同时B的最大粒径必须满足下游工艺要求即可。
这样一来，对起到润滑作用的组分A的休止角这个参数进行明确限定，同时对组分B的球形率这个参数也进行明确限定后，能够保证两种组分配合后形成的矿浆同时具有高浓度与高流动性，上述两个参数也是发明人经过了大量的实践摸索得到的。
当然，对于组分A的休止角来说，其也不能一味的降低，因为当休止角太低的情况下，其容易飞尘不能正常的流动，也会造成原料损失，成本也会提高，所以最优的休止角是控制在大于20，小于30°。
同样地，对于组分B的球形率来说，其也不能一味的升高，因为当球形率太高的情况下，成本提升的同时，影响与组分A之间的配合度，也不利于矿浆的流动性，所以最优地球形率是控制在大于60％，小于80％。
如此一来，将组分A的休止角以及组分B的球形率均控制在适宜的范围内，使两者之间形成良好的配合作用，从而使得矿浆既提高了流动性也提高了浓度，两者达到最有利的平衡。
所述的矿物质A和B质量比需要控制在(1-5)：(5-9)之间。之所以需要控制在上述的质量比范围内，因为如果组分A过剩虽然流动性好，但堆积密度下降，如果A的量过少，虽然可以满足了100％的填充，但是填充量过少而降低了堆积密度，同时流动性也同时下降。因此适宜的质量比是重要的。
优选地，组分A、组分B的质量比为2:8、3:7、4:6等。
优选地，组分A平均粒径可以为组分B的平均粒径的0.18倍、0.17倍、0.16倍、0.15倍、0.14倍、0.13倍、0.12倍、0.11倍等，当然最优地为0.18倍的关系。
优选地，为了保证最佳的流动性，所述组分A的粒径在20μm以下。
同样地，为了保证较高的流动性，所述组分B的粒径在1mm以下。
除此之外，优选地，所述矿浆中还包括同一种矿物质不同粒径的至少一种组分。
优选地，所述矿浆中还包括同一种矿物质不同粒径的组分C。
优选地，所述组分C的平均粒径dC与组分B平均粒径dB存在dB＜0.18dC关系。
该矿浆为了保证高浓度以及高流动性，所包含的不同粒径的组分最好不要超过三种，因为种类太多工程上操作也不太容易实现。
这里需要说明的是，本身矿浆是指矿物质所加工成的浆体，是所有矿物质的统称。如果矿物质需要做成浆体，那么势必都需要追求堆积密度，主要也是为了矿浆能够具有高浓度和高流动性，因此为了保证比较高的堆积密度，本发明对于所采用的两种粒径之间的组分配比以及粒径大小均进行了优化设计，如果不满足上述参数范围，对于矿浆最终所达到的堆积效果是会有影响的。
本发明还提供了上述高浓度高流动性矿浆的两种制备方法，其中第一种制备方法包括：
(A)将矿物质加水研磨得到粗矿浆，将所述粗矿浆分离得到平均粒径在dB之上的组分B矿浆和平均粒径小于dB的组分；
(B)将得到的矿物质B组分整形，球形率大于60％；
(C)将所述平均粒径小于dB的组分继续研磨得到组分A；
(D)将所述组分A和组分B混合脱水，与分散剂搅拌均匀。
另外一种制备方法包括：
(A)将矿物质干法研磨得到粗矿粉，将所述粗矿粉分离得到平均粒径在dB之上的组分B和平均粒径小于dB的组分；
(B)将得到的矿物质B组分整形，球形率大于60％；
(C)将所述平均粒径小于dB的组分继续研磨得到组分A(dA＜0.18dB)；
(D)将所述组分A和组分B混合加水，与分散剂搅拌均匀。
通过采用上述两种制备方法中的任意一种所得到的矿浆均能保持较高的流动性与高浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的矿浆实现了“小颗粒”A与“大颗粒”B的100％填充，从而达到高密度堆积。
(2)本发明的矿浆提供了提高矿浆流动性组分A的规律和指标，从而大幅度提高了矿浆流动性。
(3)本发明的矿浆提供了组分B球形率＞60％的规律和指标，从而更有助于提高了矿浆流动性。
(4)本发明的矿浆相对于传统制浆浓度的堆积密度可提高6-20个百分点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
以山西某磷矿石为原料制取高浓度高流动性的磷矿浆，具体操作过程如下：
通过实验室研究，该磷矿石最佳润滑颗粒粒径为10-20μm，既该磷矿石制取矿浆所需要的A组分平均粒径dA为10-20μm，那么可以求的该磷矿石种制取矿浆所需要的B组分平均粒径dB必须满足大于100μm以上，在实际工程中为了实现100％填充，B组分平均粒径dB取100-300μm之间进行实验。
利用该原料磷矿石制备高浓度高流动性矿浆的过程如下：
(1)将原料磷矿石进行破碎至粒径≤20mm的磷矿石末。
(2)将≤20mm的磷矿石末与水一起进入球磨机或棒磨机进行研磨，得到浓度为40-55％的粗浆。
(3)将得到的粗浆在粒径100μm和1mm处过筛分离，大于1mm颗粒丢弃不用，剩余两种组分分别是大于100μm颗粒和小于100μm颗粒。大于100μm颗粒即为制取矿浆所需要的B组分，小于100μm颗粒即为要制取组分A的原料。两种组分控制比例A：B＝3:7。
(4)将得到的B组分整形，使其球形率65％。
(5)将小于100μm颗粒组分进行再次研磨，得到平均粒径约15μm颗粒，该组分既为制取矿浆所需要的组分A(组分A的休止角为26°)，其粒径(dA＝15μm)满足小于B组分粒径(dB＝100μm)的0.18倍以上。
(6)将上述得到的两种组分A和B混合脱水，滤饼加分散剂搅拌混合，既得到最佳的矿浆，该矿浆浓度67％。
本实施例制备的高浓度高流动性矿浆相对于传统制取方法提高了7个百分点，稳定性大于8h不产生硬沉淀，表观粘度为1105mPa.s，满足管道输送要求。
实施例2
以山东招远某稀有色金属尾矿为原料制备高浓度高流动性有色金属尾矿矿浆，具体制备方法包括如下步骤：
通过实验室研究，该金属尾矿最佳润滑颗粒粒径为2-5μm，既该金属尾矿制取矿浆所需要的A组分平均粒径dA为2-5μm，那么根据dA值可以求的该矿浆所需要的B组分平均粒径dB要必须满足大于25μm以上，在实际工程中为了实现100％填充，增大保险系数，B组分平均粒径dB值取30-80μm之间进行实验。
利用该原料矿物质制备高浓度高流动性矿浆的过程如下：
(1)将原料尾矿进行破碎至粒径≤1mm的矿物末。
(2)将≤1mm的矿物末送入震动磨进行研磨，得到小于200μm粗矿物质。
(3)将得到的粗矿物质在粒径30μm处进行风力分选，分离得到大于30μm颗粒和小于30μm颗粒两种组分。大于30μm颗粒即为制取矿浆所需要的B组分，小于30μm颗粒即为要制取组分A的原料。控制两种组分占比A：B为3:7。
(4)将得到的B组分整形，使其球形率70％。
(5)将小于30μm颗粒组分送入气流磨再次研磨，得到平均粒径约4um颗粒，该组分既为制取矿浆所需要的组分A(组分A的休止角为20°)，其粒径(dA＝4μm)满足小于B组分粒径(dB＝30μm)的0.18倍以上。
(6)将上述得到的两种组分A和B混合后加水和分散剂搅拌均匀，既得到高浓度高流动性的矿浆，该矿浆浓度87％，浓度远高于传统工艺制取的矿浆浓度70％。
本实施例制备的高浓度高流动性矿浆相对于传统制取方法提高了17个百分点，稳定性大于8h不产生硬沉淀，表观粘度为817mPa.s，满足管道输送要求。
实施例3
以贵州开阳池沟铼矿为原料制备高浓度高流动性矿浆，具体制备方法包括如下步骤：
通过实验室研究，该矿浆适合A、B、C三种组分混合。该金属矿最佳润滑颗粒粒径为1μm，既该金属尾矿制取矿浆所需要的A组分平均粒径dA为0.5-1.5μm，那么根据dA值可以求的该矿浆所需要的B组分平均粒径dB要必须满足大于7.5μm以上，在实际工程中为了实现100％填充，增大保险系数，B组分平均粒径dB值取10-20μm，C组分粒径dC取100-150μm进行实验。实验研究三种组分最佳比例控制在A:B:C＝2:3:5。
利用该原料矿物质制备高浓度高流动性矿浆的过程如下：
(1)将原料尾矿进行破碎至粒径≤500um的矿物末。
(2)将≤500μm的矿物末送入砂磨机进行研磨，得到小于250μm粗矿物质。
(3)将得到的粗矿物质分别在粒径10μm和100μm处进行两级风力分选，分离得到10-100μm颗粒、大于100μm颗粒和小于10μm颗粒三种组分。10-100μm颗粒即为制取矿浆所需要的B组分原料，大于100μm颗粒即为制取矿浆所需要的C组分，小于10μm颗粒组分即为要制取组分A的原料。控制三种组分占比A：B：C为2:3:5。
(4)将得到的10-100um颗粒再次研磨得到平均粒径为15um，该组分即为最终的组分B。
(5)将得到100-250um颗粒整形，球形率大于60％，测试其平均粒径为150um，符合C组分要求。
(6)将小于10μm颗粒组分送入气流磨再次研磨，得到平均粒径约1um颗粒，该组分既为制取矿浆所需要的组分A(组分A的休止角为21°)，其粒径(dA＝1μm)满足dA＜0.18dB，，同时dB＜0.18dc。
(7)将上述得到的三种组分A、B和C混合后加水和分散剂搅拌均匀，既得到高浓度高流动性的矿浆，该矿浆浓度72％，浓度远高于传统工艺制取的矿浆浓度65％。
本实施例制备的高浓度高流动性矿浆相对于传统制取方法提高了7个百分点，稳定性大于8h不产生硬沉淀，表观粘度为1056mPa.s，满足管道输送要求。
比较例1
具体操作步骤与上述实施例2一致，只是组分A的休止角在40°。
比较例2
具体操作步骤与上述实施例2一致，只是组分B的球形率为50％。
比较例3
具体操作步骤与上述实施例2一致，只是组分A的休止角在40°，组分B的球形率为50％。
实验例1
对上述实施例1-3以及比较例1-3制备得到的矿浆通过2米高，100升容器(类似漏斗)向地面排空矿浆需要的时间来检测其润滑性(时间越少润滑性越好，或流动性越好)，具体润滑性结果见下表1所示。
表1润滑性测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1 比较例2 比较例3
时间(秒) 120 128 119 421 380 600
通过以上表1的数据可以看出，组分A的休止角如果太大，对最终矿浆的润滑性影响较大，同时发现如果组分B的球形率不控制在要求范围内，对润滑性也会有一定程度的影响，当然如果两个参数都没有在预设范围内，对润滑性的影响是比较显著的。
实验例2
以粘度作为测试标准，对实施例1-3以及比较例1-3所得到的矿浆的流动性进行测试，具体结果如下表2所示。
表2流动性测试结果(粘度mPa.s)
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1 比较例2 比较例3
粘度mPa.s 1105 817 1056 1754 1667 2802
从以上数据可以看出，组分A的休止角与组分B的球形率对矿浆的粘度也会有一定的影响，比较例3中A组分和B组分同时不满足要求，粘度大幅度上升。可以看出如果不在要求范围之内，粘度会比较高，流动性不佳，但是实施例1-3由于各个参数均在本发明的范围之内粘度均比较低，流动性较好，满足管道输送要求粘度小于1300mPa.s。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种高浓度高流动性矿浆，其特征在于，包括同一种矿物质不同粒径的组分A、组分B、分散剂和水组成；
其中，所述组分A的平均粒径dA≤组分B平均粒径dB的0.18倍，所述组分A与所述组分B之间的质量比为(1-5)：(5-9)，所述组分A休止角＜30°，所述组分B球形率＞60％；
所述组分A的粒径在20μm以下，所述组分B的粒径在1mm以下。
2.根据权利要求1所述的高浓度高流动性矿浆，其特征在于，所述矿浆中还包括同一种矿物质不同粒径的至少一种组分。
3.根据权利要求2所述的高浓度高流动性矿浆，其特征在于，所述矿浆中还包括同一种矿物质不同粒径的组分C。
4.根据权利要求3所述的高浓度高流动性矿浆，其特征在于，所述组分B平均粒径dB≤组分C的平均粒径dc的0.18倍。
5.权利要求1-4任一项所述的高浓度高流动性矿浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)将矿物质加水研磨得到粗矿浆，将所述粗矿浆分离得到平均粒径在dB之上的组分B矿浆和平均粒径小于dB的组分；
(B)将得到的矿物质B组分整形，球形率大于60％；
(C)将所述平均粒径小于dB的组分继续研磨得到组分A；
(D)将所述组分A和组分B混合脱水，与分散剂搅拌均匀。
6.权利要求1-4任一项所述的高浓度高流动性矿浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)将矿物质干法研磨得到粗矿粉，将所述粗矿粉分离得到平均粒径在dB之上的组分B矿粉和平均粒径小于dB的组分；
(B)将得到的矿物质B组分整形，球形率大于60％；
(C)将所述平均粒径小于dB的组分继续研磨得到组分A；
(D)将所述组分A和组分B混合加水，与分散剂搅拌均匀。
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