CN115121357A - 一种提高石英粉磨效率的组合助磨剂及其使用方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高石英粉磨效率的组合助磨剂及其使用方法与应用，属于矿物加工技术领域。所述石英粉磨助磨剂由CaCl2、三异丙醇胺和三乙醇胺组成，CaCl2、三异丙醇胺和三乙醇胺的质量比为1:2:1。本发明中CaCl2+TIPA+TEA组合助磨剂中单一药剂之间存在协同协同效应，CaCl2对石英起活化作用，可增加有机组分TIPA、TEA在石英表面吸附的活性位点，增强药剂的吸附作用；TIPA、TEA分子中极性基团‑OH，在石英表面的吸附作用，可降低石英的表面能，降低石英表面硬度及抗压强度，提高石英可碎性，分子中非极性的碳链可提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚与粘附，组合药剂中各单一组分协同作用，显著提高了石英的粉磨效率。
Description
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，特别涉及一种提高石英粉磨效率的组合助磨剂及其使用方法与应用。
背景技术
粉磨过程是一个能耗很高的作业，特别是当需要对矿物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％，生产经营费大约占整个选厂的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，而磨矿生产能力直接决定着整个选矿厂的生产能力。石英是矿石中的主要脉石矿物，同时也是一种应用广泛的非金属矿物原料，其无论是作为脉石矿物被抛弃还是作为非金属矿物原料被提纯，磨矿均是必需的工序之一。但石英坚硬、耐磨，特别是需要细磨时，单纯依靠介质的研磨作用很难获得理想细度的粉磨产品，因此在石英粉磨的过程中往往加入一定量的助磨剂用以改善研磨效果。
目前石英粉磨存在的问题有：助磨剂应用条件与粉磨工艺参数的搭配不足，现有的助磨剂助磨效果有限、未能显著提高石英的粉磨效率，且对磨矿环境的适应性较差，常规助磨剂如六偏磷酸钠、硅酸钠等对后续石英的选别作业，特别是浮选存在明显的抑制作用。因此，目前急需开发高效、专一、适应性强、对后续选别作业指标无明显影响的石英粉磨有效助磨剂。组合助磨剂是以接近最简单的方式合成新药剂，可行性强、成本低、作用范围广，各单一组分协同作用，可通过强化“吸附降低硬度”和“调节矿浆流变性”作用，显著提高石英的粉磨效率。本发明对提高石英的利用效率，降低磨矿能耗，推动助磨剂在矿物加工领域的应用具有显著的意义。
发明内容
针对现有石英粉磨技术存在的不足，本发明的主要目的是：通过优化磨矿介质尺寸及其配比、介质充填率、料球比、磨矿浓度、磨矿时间等关键磨矿参数，同时在石英的粉磨中引入用量低、作用效果好、适应环境性强、且对后续选别作业无害的组合助磨剂，并以最简单的方式将其添加到磨机中，从而达到提高石英粉磨效率，降低磨矿能耗的目的。
本发明提供了一种石英粉磨助磨剂，所述石英粉磨助磨剂由无机钙盐和极性醇胺类有机药剂组成。
进一步地，上述技术方案中，所述无机钙盐包括氯化钙，极性醇胺类有机药剂包括三异丙醇胺和三乙醇胺的混合物。
氯化钙，分子式为CaCl2；三异丙醇胺(TIPA)，分子式为[CH3CH(OH)CH2]3N；三乙醇胺(TEA)，分子式为C6H15NO3，药剂均由天津科密欧药剂公司购买得到，为化学纯试剂，无需进一步提纯。
本发明还提供了一种石英粉磨的方法，将所述的石英粉磨助磨剂与水混合后，直接添加于放有待粉磨的石英的磨机中即可，所述石英粉磨助磨剂与石英的质量比为0.01％～0.09％，组合助磨剂中CaCl2、TIPA、TEA质量配比为1:2:1。
进一步地，上述技术方案中，具体包括如下步骤：
(1)设置磨矿工作参数：
在加入助磨剂条件下，通过大量条件试验，确定磨机最佳的工作参数：介质尺寸及配比、介质充填率、料球比、磨机转速率、磨矿浓度、助磨剂用量等。
(2)确定石英物料质量及磨矿用水量。
(3)在步骤(1)确定的磨矿工作参数下，在磨机中添加石英物料后，再将石英粉磨助磨剂直接与磨矿用水混合后，直接添加在磨机中，开启磨机即可。
进一步地，上述技术方案中，步骤(1)所述磨矿工作参数为：
1)磨球尺寸：0.5～120mm；
2)磨球充填率Ф：20～65％(体积比)；
3)磨机转速率：实际转速与临界转速之比为58％～88％；
4)矿浆浓度Cm：50～80wt％；
5)石英与磨球的料球体积比Фm：0.6～1.4；
6)磨矿时间：5～40min。
进一步地，上述技术方案中，步骤(2)所述石英物料质量的确定方法为：根据公式Wm＝0.38VФФmδw，式中V为磨机有效容积；δw为物料松散密度，Ф为填充率，Фm为料球比，Wm为物料的质量。
进一步地，上述技术方案中，步骤(2)所述磨矿用水量的确定方法为：根据公式Cm＝Wm/(Wm+Ww)×100％，式中Cm为磨矿浓度，Ww为磨矿用水量，Wm为物料的质量。
本发明还提供了所述的石英粉磨助磨剂在提高石英粉磨效率中的应用。
本文发明的一种提高石英粉磨效率的组合助磨剂及其使用方法，主要是在优化磨矿参数的基础上，运用了适宜配比及用量的高效组合助磨剂，并采用最简单的方式将助磨剂添加在磨机中，操作简单、助磨效果显著。助磨剂的作用机理主要由两个方面：一是助磨剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位置迁移，产生点或线的缺陷，从而降低颗粒的强度和硬度，同时阻止新生裂纹的闭合，促进裂纹的扩展；二是助磨剂通过调节矿浆流变学性质和颗粒的可流动性等，降低矿浆的粘度，促进颗粒的分散，从而提高矿浆的流动性，阻止矿粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚，从而能显著提高石英的粉磨效率。本发明中CaCl2+TIPA+TEA组合助磨剂中单一药剂之间存在协同协同效应，CaCl2对石英起活化作用，可增加有机组分TIPA、TEA在石英表面吸附的活性位点，增强药剂的吸附作用；TIPA、TEA分子中极性基团-OH，在石英表面的吸附作用，可降低石英的表面能，降低石英表面硬度及抗压强度，提高石英可碎性，分子中非极性的碳链数可提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚与粘附，组合药剂中各单一组分协同作用，显著提高了石英的粉磨效率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)常规石英粉磨未考虑到磨机的磨矿参数与助磨剂使用条件之间的配比关系，导致助磨剂存在条件下，石英的粉磨效率依然较低，本发明通过大量试验探究，确定出了助磨剂存在条件下最佳的磨矿工作参数及助磨剂用量范围，有利于最大程度的发挥助磨剂的助磨作用。
(2)将助磨剂与磨矿用水混合后，直接添加在磨机中，添加方式简单，可操作性强。组合助磨剂中各单一药剂CaCl2、TIPA、TEA均易溶于水，且TIPA、TEA以分子形式存在时，就可在石英表面产生吸附作用，无需充分水解成离子状态，组合助磨剂与磨矿用水混合后，可以直接添加到磨机中，省去了常规助磨剂在使用时需要搅拌、溶解等配置溶液的环节。
(3)助磨剂用量小，且不会对后续选别作业产生不利影响。常规助磨剂六偏磷酸钠、硅酸钠等添加量一般为石英质量的1％～2％之间，药剂用量大；而本发明中组合助磨剂的用量仅为石英质量的0.01％～0.09％，用量低，效果显著，可节约药剂成本。本发明中的组合助磨剂，其中CaCl2可作为石英浮选的活化剂，TIPA和TEA分子中的非极性的碳链可提高石英表面的疏水性，研究表明其对石英的浮选有一定的促进作用，因此，本发明中的组合助磨剂既可显著提高石英的粉磨效率，又可提高石英的浮选指标。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，所列出的实施例是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种提高石英粉磨效率的组合助磨剂及其使用方法，包括以下步骤：
步骤1、磨机中添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝30：25：45(质量比)的钢球介质；
步骤2、在磨机中先加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、再加入243.2g的石英物料。其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、最后将剩余自来水与组合助磨剂混合后，直接添加到磨机中。组合助磨剂的用量为石英质量的0.04％，其中CaCl2：TIPA：TEA＝1:2:1(质量比)，即CaCl2质量为0.024g，TIPA的质量为0.048g，TEA的质量为0.024g。
步骤5、设定磨矿时间为30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)，开始磨矿。磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为69wt％。
实施例2
采用实施例1的一种提高石英粉磨效率的方法，磨矿参数同实施例1，不同点在于：
(1)石英成分不同：物料中SiO2的含量为97.08wt％，还含有1.23wt％的CaO、0.89wt％的MgO；
(2)石英的粒度分布不同：-1+0.5mm的含量为95wt％，-0.5+0.3mm粒级的含量为5wt％，为窄粒级物料；
(3)组合助磨剂用量不同：助磨剂的用量为石英质量的0.06wt％，其中CaCl2：TIPA：TEA＝1:2:1(质量比)，即CaCl2质量为0.038g，TIPA的质量为0.076g，TEA的质量为0.038g；
(4)磨矿结束后，目标粒度的含量不同：磨矿结束后-0.043mm粒级的含量为72％。
对比例1
采用实施例1相同成分和粒度分布的石英物料；
步骤1、磨机中添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝30：25：45(质量比)的钢球介质；
步骤2、磨机中加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、再加入243.2g的石英物料；其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、最后将剩余水直接添加到磨机中，设定磨矿时间为30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)；
步骤5、磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为56wt％。
相比于实施例1，对比例1的唯一不同在于磨矿过程未添加助磨剂。
在生产实践中，磨矿效率既可以表示为每消耗1kWh能量所处理的新给料的质量，也可以表示为每消耗1kWh能量新产生的合格粒级的含量，在本发明中，因为其它条件不发生变化，因此磨矿效率与合格粒级的含量成正比。作者及其科研团队，在助磨剂对颗粒粉磨产品粒度及其粒度分布的影响领域，做了大量探索性试验，研究发现：助磨剂对磨矿产品-0.074mm粒级含量的影响不大，但其对-0.043mm粒级含量的影响显著，即助磨剂在物料粒度较细时，更能体现其助磨作用，所以本发明用相同磨矿条件下，磨矿产品中新生成的-0.043mm粒级的质量分数来评价粉磨效果。
相比于对比例1，实施例1、2中使用组合助磨剂后，磨矿产品中-0.043mm粒级的含量分别提高了13个百分点、15个百分点，可见本发明显著提高了石英的粉磨效率，是石英粉磨的高效助磨剂。
对比例2
采用实施例1相同成分和粒度分布的石英物料；
步骤1、在相同的磨机中，添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝2:4:4(质量比)的钢球介质；
步骤2、在磨机中先加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、添加质量为243.2g的石英；其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、将用量为石英质量0.5％的六偏磷酸钠，即1.22g，与108.2mL(总水量162mL的2/3)自来水在烧杯中混合，搅拌、彻底溶解后(需要6min)添加到磨机中；
步骤5、设定磨矿时间30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)后，开始磨矿。磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为60wt％。
相比于实施例1，对比例2的不同在于使用的助磨剂及其用量不同。本发明的组合助磨剂相比于对比例2的常规助磨剂六偏磷酸钠，相同磨矿条件下，在助磨剂用量低的情况下(约为对比例2助磨剂用量的1/10),-0.043mm合格粒级的含量增加了9个百分点，体现出了显著的助磨作用。常规助磨剂六偏磷酸钠在水中解溶解度小，助磨作用与其水解后的离子基团有关，因此在添加到磨机之前，需要一定的时间溶解，相比之下，本发明的药剂添加方式可节约生产时间；本发明药剂用量小，可显著节约药剂成本；六偏磷酸钠水解组HPO2 4 -和H2PO- 4，会与自来水中的Ca2+、Mg2+等金属离子生成难溶性的沉淀，恶化磨矿环境，而本发明的组合助磨剂含有多个极性基团-OH,不与Ca2+、Mg2+反应(生成的配合物不稳定，易分解)，因此对磨矿环境的适应性更强。
对比例3
采用实施例1相同成分和粒度分布的石英物料；
步骤1、在相同的磨机中，添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝2:4:4(质量比)的钢球介质；
步骤2、在磨机中先加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、添加质量为243.2g的石英；其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、将用量为石英质量0.04％的CaCl2，即0.09g，与108.2mL(总水量162mL的2/3)自来水在烧杯中混合后，直接添加到磨机中；
步骤5、设定磨矿时间30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)，开始磨矿。磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为62.5wt％。
对比例4
采用实施例1相同成分和粒度分布的石英物料；
步骤1、在相同的磨机中，添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝2:4:4(质量比)的钢球介质；
步骤2、在磨机中先加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、添加质量为243.2g的石英；其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、将用量为石英质量0.04％的TIPA，即0.09g，与108.2mL(总水量162mL的2/3)自来水在烧杯中混合后，直接添加到磨机中；
步骤5、设定磨矿时间30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)，开始磨矿。磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为65.9wt％。
对比例5
采用实施例1相同成分和粒度分布的石英物料；
步骤1、在相同的磨机中，添加尺寸及配比为Φ30mm：Φ20mm：Φ15mm＝2:4:4(质量比)的钢球介质；
步骤2、在磨机中先加入54mL的自来水(约为总水量162mL的1/3)；
步骤3、添加质量为243.2g的石英；其中石英矿样SiO2的含量为99.18wt％，几乎不含杂质；石英粒度分布为：-1.6+0.9mm的含量为69.20wt％，-0.9+0.85mm的含量为22.37wt％，-0.85+0.45mm的含量为8.43wt％；
步骤4、将用量为石英质量0.04％的TEA，即0.09g，与108.2mL(总水量162mL的2/3)自来水在烧杯中混合后，直接添加到磨机中；
步骤5、设定磨矿时间30min，磨机转速率为75％(实际转速112r/min)，开始磨矿。磨矿结束后，采用机械筛分，通过称重、计算可得到磨矿产品中-0.043mm粒级的含量为64.3wt％。
相比于实施例1，对比例3、4、5的不同在于使用的助磨剂不同。本发明的组合助磨剂相比于对比例3、4、5的单一助磨剂CaCl2、TIPA、TEA，在相同磨矿条件下，-0.043mm合格粒级的含量分别提高了6.5、3.1、5.7个百分点，可见组合助磨剂的助磨效果比单一助磨剂好，组合助磨剂中各单一组分协同作用，显著提高了石英的粉磨效率。CaCl2对石英起活化作用，可增加有机组分TIPA、TEA在石英表面吸附的活性位点，进而增加TIPA、TEA分子在石英表面的吸附作用，药剂的吸附可降低石英的表面能，进一步可降低石英表面硬度及抗压强度，提高石英可碎性；有机分子中非极性的-CH2-、-CH3可提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚与粘附，因此本发明的组合助磨剂可显著提高石英的粉磨效率。
Claims (8)
1.一种石英粉磨助磨剂，其特征在于，所述石英粉磨助磨剂由无机钙盐及极性醇胺类有机药剂组成。
2.根据权利要求1所述的石英粉磨助磨剂，其特征在于，所述无机钙盐包括氯化钙，极性醇胺类有机药剂包括三异丙醇胺和三乙醇胺的混合物。
3.一种石英粉磨的方法，其特征在于，将权利要求1或2所述的石英粉磨助磨剂与水混合后，直接添加于放有待粉磨的石英的磨机中即可，所述石英粉磨助磨剂与石英的质量比为0.01％～0.09％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)设置磨矿工作参数：
(2)确定石英物料质量及磨矿用水量：
(3)在步骤(1)确定的磨矿工作参数下，在磨机中添加石英物料后，再将石英粉磨助磨剂直接与磨矿用水混合后，直接添加在磨机中，开启磨机即可。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述磨矿工作参数为：
1)磨球尺寸：0.5～120mm；
2)磨球充填率Ф：20～65％(体积比)；
3)磨机转速率：实际转速与临界转速之比为58％～88％；
4)矿浆浓度Cm：50～80wt％；
5)石英与磨球的料球体积比Фm：0.6～1.4；
6)磨矿时间：5～40min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述石英物料质量的确定方法为：根据公式Wm＝0.38VФФmδw，式中V为磨机有效容积；δw为物料松散密度，Ф为填充率，Фm为料球比，Wm为物料的质量。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述磨矿用水量的确定方法为：根据公式Cm＝Wm/(Wm+Ww)×100％，式中Cm为磨矿浓度，Ww为磨矿用水量，Wm为物料的质量。
8.权利要求1或2所述的石英粉磨助磨剂在提高石英粉磨效率中的应用。
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