梁晓林，程 旭

三聚磷酸钠对某鲕状赤铁矿粉磨效率的影响及其作用机理

梁晓林，程 旭

本文研究了三聚磷酸钠对鄂西高磷鲕状赤铁矿磨矿效率的影响，并结合矿浆粘度、吸附特性等指标的测定，研究了助磨剂的作用机理。结果表明：在最优试验条件下，＜0.074mm粒级的磨矿产品含量可提高29.83%，效果明显。三聚磷酸钠降低了矿浆粘度，促使颗粒分散，在赤铁矿表面产生了物理吸附和化学吸附，降低了赤铁矿表面硬度。

三聚磷酸钠；赤铁矿；粉磨效率

1 前言

鲕状赤铁矿是以鲕状集合体形式存在的赤铁矿，而鲕状集合体是某种物质的胶体以其他物质颗粒为核心逐层凝结，具有同心层状构造，即赤铁矿逐层凝聚而形成呈鱼子状样的一系列球体所组成的赤铁矿物集合体。

表1 试验物料化学组成

表2 球介质配比

表3 试验条件

鲕状赤铁矿占我国红铁矿储量的30%。由于其伴生矿物复杂、嵌布粒度极细且相互层层包裹，很不利于鲕核的单体解离。要想实现分选，必须磨至20μm以下甚至几个微米。在实际的磨矿过程中，通过延长磨矿时间来获得较细粒度产品的方法并不可取，因为它将导致磨机单位能耗升高且单位时间生产能力降低。

助磨剂也称粉碎助剂，是微粉碎和超微粉碎作业的一种化学添加剂。它添加量很小，但作用很大。采用助磨剂可提高粉碎产品细度；或者提高磨机单位生产能力，降低能耗；或者改善物料表面性能，如流动性、分散性、储存稳定性等；或者防止物料凝聚和粘壁等。

助磨剂在水泥行业的应用已相当广泛，但在铁矿的磨矿作业中并不多见，技术也不成熟。为此，本文针对鄂西高磷鲕状赤铁矿，选择三聚磷酸钠作为助磨剂，通过改变药剂用量研究其对磨矿效率的影响，并结合相应的检测技术，研究助磨剂的作用机理，以期为工业应用提供参考。

2 试验

2.1 试验物料

本研究所用物料为鄂西高磷鲕状赤铁矿。其中主要矿物为赤铁矿、褐铁矿、石英、鲕绿泥石、白云石等。根据试验所用磨矿设备的给料要求，物料经颚式破碎机和对辊破碎机粉碎，粒度达到2.0mm以下，然后混匀分装，供磨矿试验使用。对混匀后的物料取样分析，其化学成分如表1所示。

2.2 试验设备及试验条件

试验所用设备为ϕ100mm×150mm的球磨机，有效容积1.18L。试验所用助磨剂为三聚磷酸钠，分子式为Na5P3O10。

在前期大量探索试验并参考同类试验条件的基础上，确定本次试验最佳磨矿条件。球介质配比见表2，试验条件见表3。本研究在此条件下，通过分析不同药量下＜0.074mm粒级的磨矿产品含量来评判磨矿效率。

2.3 试验结果与分析

在不加助磨剂的条件下，＜0.074mm粒级的磨矿产品含量为57.38%。改变药剂用量，分批次磨矿，得到三聚磷酸钠对该鲕状赤铁矿粉磨效率的影响。试验结果如图1所示。

图1 三聚磷酸钠用量对赤铁矿磨矿效率的影响

由图1可知，＜0.074mm粒级的产品含量随三聚磷酸钠用量的增加，先大幅度提高后小幅度降低。三聚磷酸钠用量相当于赤铁矿质量分数的0.8%时，＜0.074mm粒级的产品含量达到最大值，其值为87.21%。与不加助磨剂时相比，提高了29.83%，效果明显。

3 机理分析

结合现有助磨剂机理方面的研究，从以下两方面说明三聚磷酸钠对赤铁矿磨矿效率影响的机理。

3.1 降低矿浆粘度，促使颗粒分散

图2为三聚磷酸钠不同用量时矿浆粘度变化情况。由图2可知：未加助磨剂时，矿浆粘度最大，为1 423.1Pa·s。加入助磨剂后，矿浆粘度迅速降低。当三聚磷酸钠用量为0.8%时，矿浆粘度最低，为204.8Pa·s。对应图1，此时磨矿效率最高，说明矿浆粘度的降低有利于提高磨矿效率；继续加入三聚磷酸钠，矿浆粘度小幅上升，磨矿效率降低。

上述结果的原因在于，赤铁矿在细磨过程中，比表面积和表面能增大，颗粒间相互作用力增大，相互吸附、粘结的趋势增大，不利于粉碎。三聚磷酸钠作为一种无机表面活性剂，对矿浆中的Ca2+、Mg2+等金属离子具有显著的螯合作用，改变了颗粒的表面电性，颗粒间双电层斥力显著增大，减少了颗粒间的团聚和颗粒在钢球上的粘附，改善了矿浆的可流动性，进而提高磨矿效率。当三聚磷酸钠超过一定用量时，其大分子磷酸基团会相互缔结，矿浆流动性相应变差，磨矿效率降低。

图2 矿浆粘度与三聚磷酸钠用量关系

图3 赤铁矿与三聚磷酸钠作用前后红外光谱图

图4 大于0.042mm小于0.15mm粒级赤铁矿磨矿产品SEM图像

3.2 发生化学吸附，改变颗粒硬度

图3为三聚磷酸钠加入前后赤铁矿磨矿产品红外光谱。由红外光谱结果可知：三聚磷酸钠的加入，使颗粒表面羟基吸收峰发生偏移，3 431.80cm-1处峰偏移至3 406.91cm-1；2 975.59cm-1处峰偏移至2 971.43cm-1；2 921.66cm-1处吸收峰消失。说明三聚磷酸钠在赤铁矿表面形成氢键且发生化学吸附。

图4为加入三聚磷酸钠前后大于0.042mm小于0.15mm粒级赤铁矿磨矿产品的SEM图像。对比可知，三聚磷酸钠的加入，使原本光滑的赤铁矿颗粒表面变得凹凸不平，有空隙和裂缝存在，降低了颗粒表面硬度。

上述结果的原因在于，粉碎过程中，赤铁矿颗粒表面不饱和键能不断累积，导致助磨剂分子自发地在其表面发生化学吸附，降低表面自由能。根据格里菲斯定律，脆性断裂所需的最小应力与物料的比表面能成正比。显然，三聚磷酸钠可加速赤铁矿颗粒裂纹的扩展。另一方面，在裂纹扩展的过程中，助磨剂分子起到“楔入粒子”的作用，防止新生裂纹的再闭合，加快粉碎过程，进而提高磨矿效率。

4 结语

（1）试验所用鄂西高磷鲕状赤铁矿伴生矿物复杂，嵌布粒度极细，具有同心层状构造，很不利于单体解离。在磨矿过程中需添加助磨剂，以提高磨矿效率，降低磨矿能耗。

（2）在最优试验条件下，添加相当于赤铁矿质量分数0.8%的三聚磷酸钠与不添加时相比，＜0.074mm粒级磨矿产品含量提高了29.83%，效果明显。

（3）三聚磷酸钠降低了矿浆粘度，促进了颗粒的分散；在赤铁矿颗粒表面形成氢键，发生物理吸附和化学吸附，降低了赤铁矿表面硬度。在上述因素的共同作用下，赤铁矿磨矿效率得到了明显提高。

（4）助磨剂三聚磷酸钠的用量需严格控制：太少，效果不明显；太多，则会使矿浆粘度上升，磨矿效果反而不好。

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“水泥窑燃烧利用垃圾废弃物技术标准研究”通过验收

近日，由中国建材研究总院承担的“水泥窑燃烧利用垃圾废弃物技术标准研究”质检公益性行业科研项目通过国家质量监督检验检疫总局科技司验收。

该项目通过研究比较欧洲、美国、日本等国家水泥窑协同处置垃圾废弃物相关标准规范，并结合我国水泥窑燃烧利用垃圾废弃物应用现状，从产品品质要求、取样方法、燃烧特性以及对水泥窑用耐火材料的影响等四个方面进行了标准化研究，完成了相关国家标准项目的立项及送审工作，建立健全了水泥窑燃烧利用垃圾废弃物的技术标准体系。

验收专家组听取了课题执行情况汇报，审查了课题技术成果文件及财务文件，通过质询和认真讨论，认为该项目在国内首次建立了水泥窑燃烧利用垃圾废弃物的标准体系，成果综合水平达到国内领先水平，一致同意通过验收。

我国垃圾来源复杂、组成波动大、含水量高。该项目希望通过相关指标的监控，引导行业重视生活垃圾预处理可燃物品质的稳定性，加快市场接受程度、提高公众信任度、帮助预处理可燃物进行有效交易，助推环境问题的解决。本项目完成的系列标准将有利于推广我国水泥窑协同处置生活垃圾技术，对缓解我国城市“垃圾围城”压力、实现水泥行业转型升级等具有重要的作用。

Effect of STPP on the Grinding Efficiency of Hematite and its Mechanism

LIANG Xiaolin,CHENG Xu
(Tianjin Cement Industry Design&Research Institute Co.,Ltd,Tianjin 300400)

The effect of STPP on the grinding efficiency of hematite was studied and the mechanism was also analyzed in this paper by measuring the grinding pulp viscosity and the absorption characteristics.The results showed that the content of＜0.074mm ground product was increased by 29.83%under the appropriate conditions using STPP as grinding aid.STPP reduced the pulp viscosity and prompted the particle dispersion;STPP formed physical and chemical adsorption on the hematite surface,reduced the surface hardness of the hematite.

STPP;hematite;grinding efficient

TQ172.639

A

1001-6171（2017）02-0035-04

天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400；

2016-08-12；编辑：赵莲