洛阳万山高新技术应用工程有限公司
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碳酸钙是用途最广的无机填料之一，一般可分为重钙和轻钙两大类，前者是天然矿物（主要为石灰石和方解石）经研磨后制得的，后者则采用化学沉淀法获得。随着技术的进步以及环保和能源问题的出现，轻钙产量逐年下降，重钙产量逐年上升，发达国家重钙和轻钙产量的比例为14~18：1。以前，重钙仅作为体积填料使用，而现在经超细微化和表面处理得到的活性重钙（平均粒径为5~10µm），已广泛应用于橡胶、塑料、造纸等行业作功能性填料，如作用调节剂、半补强剂和补强剂，烟气脱硫剂、产品附加值大大提高。
我国重钙的开发和应用相对落后，重钙产量不到碳酸钙总产量的5%，且主要为38~75µm的粗粒级产品，仅能作为体积填充料。重钙产量很低的原因之一，是缺乏成熟的超细磨技术。超细磨是高能耗过程，如何降低磨矿能耗，提高超细磨效率是急待解决的课题。国外的研究结果表明，采用助磨剂是提高磨矿效率，降低磨矿能耗的途径之一。
1、实验方法
粗磨采用XMQ—Φ150mm×50mm球磨机。研磨介质为钢球，总重3kg，其中Φ25mm钢球22个，Φ20mm钢球35个和Φ12mm钢球30个。粗磨所用物料为小于3mm的石灰石。每次磨矿0.3kg，矿浆浓度为50%。物料经研磨后过滤、烘干，然后采用标准筛（湿筛）进行粒度分析。
细磨采用体积约为1L的自制立式搅拌磨机，研磨介质为Φ3~4mm钢球，每次研磨物料0.3kg，加钢球0.5kg，矿浆液度为50%。所用物料为细粒石灰石，其粒度分布见表一。物料经研磨后过滤、烘干，采用沉析法进行物料粒度分析，沉析过程中加入足够的分散剂以防止细颗粒凝聚。
表1 物料的粒度分布
|
粒级/µm 质量分数/%
|
粒级/µm 质量分数/%
|
|
＞20 48.9
10~20 10.5
|
5~10 16.7
＜5 23.9
|
2、影响助磨剂助磨作用的因素
2.1 PH值
用助磨剂调节磨矿矿浆的PH值。在磨矿时间为30min，助磨剂用量为0.5kg/t（相对于石灰石而言）的条件下，考察了细磨时矿浆PH值对助磨剂助磨作用的影响，结果见表2。提高PH值可明显地增加助磨剂的助磨作用。较理想的PH值约为9.0，对应的助磨剂用量为0.4kg/t（相对于矿浆而言）。
表2 PH值对助磨剂助磨作用的影响
|
助磨剂用量/
（kg·t-1）
|
PH
|
各粒级的质量分数/%
|
||
|
＞20µm
|
10~20µm
|
＜10µm
|
||
|
0
0.2
0.4
0.8
|
8.6
8.8
9.0
9.4
|
9.2
8.0
9.4
9.3
|
17.5
16.7
15.5
15.2
|
73.3
75.3
75.1
75.5
|
2.2助磨剂用量
在助磨剂用量为0.4kg/t，粗磨时间为20min，细磨时间为30min的条件下，分别考查了助磨剂用量对石灰石粗磨和细磨的影响，结果见表3和表4。助磨剂对石灰石的粗磨没有明显影响，而对石灰石的细磨有明显的助磨效果，结果见表3和表4。助磨剂对石灰石的粗磨没有明显影响，而对石灰石的细磨有明显的助磨效果，随其用量的增加，产品中小于10µm粒级的质量分数明显增加，助磨剂用量以0.5kg/t为宜。
表3 助磨剂用量对石灰石粗磨的影响
|
助磨剂用量/
（kg·t-1）
|
各粒级的质量分数/%
|
|||
|
＞150µm
|
75~150µm
|
38~75µm
|
＜38µm
|
|
|
0
0.2
0.5
1.0
1.5
|
9.7
10.0
10.1
9.8
8.4
|
16.3
18.1
17.9
17.6
15.3
|
20.3
19.3
20.1
18.5
20.5
|
53.7
52.6
52.0
54.1
55.8
|
表4 助磨剂用量对石灰石细磨的影响
|
助磨剂用量/
（kg·t-1）
|
各粒级的质量分数/%
|
||
|
＞20µm
|
10~20µm
|
＜10µm
|
|
|
0
0.2
0.35
0.5
1.5
|
12.0
11.7
9.7
9.7
8.4
|
19.6
17.4
17.9
15.7
16.8
|
68.4
70.9
72.4
74.6
74.8
|
2.3 磨矿浓度
在助磨剂用量分别为0.4kg/t和0.5kg/t，磨矿时间为1h的条件下，考查了石灰石细磨磨矿浓度、磨机类型及研磨介质对助磨剂助磨作用的影响，结果见表5~表7。不论采用何种磨机以及何种研磨介质，随着磨矿浓度的增加，磨矿效果均变差，而助磨剂的助磨效果增加；助磨剂的助磨效果与磨机及研磨介质的类型有关，助磨剂在磨机中的助磨效果好于钢球磨机；对未加助磨剂的磨机，采用钢球做研磨介质时助磨剂的助磨效果比采用助磨剂时好。对球磨机，采用Φ3~4mm钢球作研磨介质几乎无研磨作用，助磨剂的影响也不大。
在工业矿物的超细粉磨中，磨机是较为高效的超细磨设备。一般采用钢球做研磨介质。在工业生产中磨矿应在尽可能在较高的浓度下进行，一方面是在高浓度下磨矿可减少研磨介质之间的摩擦，降低研磨介质的消耗及能耗；另一方面，超细磨机须直接喷雾干燥，提高研磨矿浆的浓度可减少干躁过程中所需蒸发的水量。例如，矿浆浓度从50%提高到60%，则每吨产品所需蒸发的水量可降低约35%，即干燥每吨产品可节省能耗35%以上。由此可见，在实际工业细磨的条件下，助磨剂将产生良好的助磨作用。此外，还考察了粗磨时磨矿浓度对助磨剂助磨作用的影响，结果表明，助磨剂对粗磨均无助磨作用（表8）。
表5 立式磨机细磨时磨矿浓度对助磨剂助磨作用的影响
|
矿浆浓度/
%
|
助磨剂的
使用情况
|
各粒级质量分数/%
|
||
|
＞10µm
|
5~10µm
|
＜5µm
|
||
|
40
|
未加
加
|
14.2
10.6
|
32.8
30.7
|
53.0
58.7
|
|
45
|
未加
加
|
12.3
9.6
|
34.4
29.9
|
53.3
60.5
|
|
50
|
未加
加
|
22.7
12.4
|
32.7
33.9
|
44.6
53.7
|
|
55
|
未加
加
|
15.7
8.7
|
37.5
30.8
|
46.8
60.5
|
|
57
|
未加
加
|
15.1
6.9
|
38.5
32.5
|
46.6
60.6
|
注：研磨介质为钢球，球重0.5kg。
表6 XMQ球磨机细磨时磨矿浓度对助磨剂助磨作用的影响
|
矿浆浓度/
%
|
助磨剂的
使用情况
|
各粒级质量分数/%
|
||
|
＞10µm
|
5~10µm
|
＜5µm
|
||
|
50
|
未加
加
|
7.9
9.1
|
29.4
25.3
|
62.7
65.6
|
|
55
|
未加
加
|
12.3
10.1
|
31.5
30.2
|
56.2
59.7
|
|
60
|
未加
加
|
18.9
14.4
|
33.7
32.3
|
47.4
|
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