助磨剂的作用及作用机理研究_韩跃新

  助磨剂的作用主要有以下几种 : 4. 1 塑性变形 被粉碎物料颗粒吸附一层单分子膜的 助磨剂 后 , 吸附分子与矿物颗粒表面缺陷组织之间的电子 转移 , 使有些离子晶型的物料的显微硬度降低 , 加快 塑性变形 , 促进粉碎过程 。 4. 2 降低物料的强度 当矿物颗粒表面吸附了助磨剂分子后 , 表面能 大幅度下降 , 相应的物料抗张强度也降低 。 4. 3 防止凝聚和粘壁物料的新生表面 由于受范德华力和静电力的作用 , 很容易凝聚 和包球 。 但是 , 新生表面一旦吸附助磨剂 , 其活性顿 时下降 , 从而减小凝聚性 、 粘壁性 、提高了流动性 , 有 利于粉碎 , 更加有助于分级 , 这种有效的分散 、解聚作 用是助磨剂的重要的功能 。 4. 4 缓蚀作用 在湿磨过程中氧的存在 , 将显著加速球的腐蚀 和磨损 , 磨机中球和衬板局部的电化学腐蚀也是很 严重的 。 研究表明

  提高磨矿机解决能力 10 % 或提高磨矿细度 7. 5% 提高磨矿机解决能力 5 % 提高磨矿机解决能力 11 . 4%

  1984 年 , 伊尔 -歇尔撰写的有机药剂助磨剂的 作用机理一文中[ 8] , 详细探讨了十二烷基卤化胺对 石英磨细时的 作用机理 。 研究结果 表明 : 在 pH = 10 . 5 时 , 石英磨碎容易 , 磨矿速度大 , 矿浆流动性获 得较大改善 , 但易絮凝 。 我国对助磨 剂的应用研究 始于 20 世纪 60 年 代 。 杨家杖子钼矿选厂于 1967 年开始 , 将水玻璃加 到与原矿磨矿机组成闭路的分级机返砂中 , 提高了 磨矿分级效率 , 改善了浮选指标 。

  的强度 , 防止凝聚和粘壁现象的发生 , 同时还可以改 善产品的应用性能 。 ( 3)关于助磨剂的作用机理 , 主要有两种观点 , 一种认为助磨剂降低物料硬度 , 另一种则认为助磨 剂的引入改变了矿浆的流变学特性和矿粒的可流动 性 。 究竟哪种作用为主体 , 视详细情况而定 。

  助磨剂强化促进粉磨 , 其作用机理相当复杂 , 尽 管国内外对此进行了大量的研究 , 但是还不够深入 。 关于助磨剂的作用机理 , 主要有两种观点 : 一是“ 吸 附降低硬度” 学说 , 认为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表面层晶格的位置迁 移 , 产生点 或线的缺陷 , 以此来降低颗粒 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“ 矿浆流变学调节” 学说 , 助磨剂通过调节矿浆的 流变学性质和矿粒的可流动性等 , 降低矿浆的粘度 , 促进颗粒的分散 , 来提升矿浆的可流动性阻止矿 粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附及颗粒之间的团 聚。 5. 1 助磨剂对矿石硬度的影响 化学添加剂能降低岩矿的硬度 , 可根据物质结 构及吸附学说进行解释 , 因为处于固体内部的质点 受到四周质点的相互作用 , 能量处于平衡状态 , 而位 于表层的质点向内方向受到强的作用力 , 但向外方 向 , 受空气分子的作用力极弱 , 由于这样 , 矿物表层 的质点便 表现出 有剩 余的键 能存在 ( 即表面 自由 能) 。 从热力学观点看 , 矿物表面由于存在不饱和键 能 , 必然要吸附周围物质使之得到补偿以降低表面 能 , 由于能量降低是一个自发过程 , 故矿物表面发生 化学药剂的吸附亦是自发进行的过程 。 粉磨时 , 磨机内被磨物料受到不同应力的作用 , 导致形成裂纹并扩展 , 然后被粉碎 。 从颗粒断裂的 过程来看 , 根据裂纹扩展条件 , 助磨剂分子在新生表 面的吸附能够大大减少裂纹扩展所需的外应力 , 阻止新 生裂纹的重新闭合 , 促进裂纹的扩展 。

  制 pH 值 , 添加助磨剂 , 球的磨损明显降低 , 主要原 因是助磨剂的添加某些特定的程度上排除和抑制了氧的作 用 , 消除了电化学腐蚀反应 。

  第 1 期 韩跃新等 : 助磨剂的作用及作用机理研究 5. 2 助磨剂对矿浆流态性质的影响 近年来的研究表明 , 水蒸气及某些化学添加剂 对细粒间有一种穿透力 , 它可降低细粒物料的粘附 性 , 使细粒物料团聚得到疏松 、 分裂以至分散 , 从而 阻止细粒的团聚 , 亦可使物料不易粘附在研磨体和 衬板的表面上 , 这样能有效地减弱或消除糊球现象 , 破坏物料的垫层作用 , 提高粉磨效率 。 关于粉磨过程中物料的积聚现象和助磨剂的作 用 , Beke[ 11] 作过深入研究 。 他提出 , 粉磨过程中 , 物 料聚集的形成和发展有两个阶段 , 开始是小颗粒由 于表面张力而具有较强的积聚力 , 粘附在大颗粒上 或相互间粘附 , 这样形成的松散的积聚体 , 有人叫做 “ 结团” , 表面活性剂能把它们解散 ; 在这种松散积聚 体的基础上 , 进一步受机械应力作用 , 可发生类似于 金属焊接那样的过程 , 使结构发生变化 , 晶格歪扭和 变形 , 这种坚固的积聚体靠表面活性剂是不能解开 的 , 只能等它们生长到一定尺寸后 , 再度被粉磨 。 物 料的粉磨进入到这后一阶段后 , 机械能将使物料发 生积聚与粉碎 , 它本身交替地转换成表面能与结合 能 。 掺加助磨剂以后 , 在第一阶段就起作用 , 将结团 解开 , 使第二阶段不出现或少出现 。

  能的影响 。 对水 、无机盐 、 表面活性剂的试验研究结 果表明 : 方解石硬度降低程度与加入物浓度的关系 曲线 , 具有吸附等温线特征 。 他还着重研究了表面 活性剂的吸附能力对降低固体强度的效应 。 列宾捷 尔的这一研究成果奠定了一门新兴边缘学科 — — —物 理化学的力学基础 。 在此之后 , 很多研究者先后开 展了各种化学药剂对固体力学性能影响的探讨 。 并 对其作用机理及应用条件等方面做了研究 。 最为 突出的是 1965 年韦斯特伍德及其同事 研究了水 、 甲苯 、 庚烷直至十六烷的同系物和卤化铝水溶液对 合金扁钻头穿透新劈开 MgO 和 CaF2 速率的影响 , 认 为硬度的变化 是由于吸附引起表面电 子状态的变 化 。 这种变化导致晶格中位错和缺陷点之间特殊的 相互作用 。 1972 年有报道[ 3] 说 : 原西德和前南斯拉夫成功 地在生产的全部过程中使用助磨剂 , 使磨机生产能力显著 提高 。 1975 年第十一届国 际选矿会议发 表了前苏联 和保加利亚共同对保加利亚乌尔梯若夫矿床铁矿石 进行的研究 , 用低分子脂肪酸作助磨剂 , 促进了中 矿颗粒的解离 , 有利于选择性磨矿 , 使精矿铁含量增 加 1 %～ 1 . 5 %; 回收率增加 2 %～ 3 %; 同时还提高 了磨矿机的解决能力 。 1977 年在十二 届国际选矿 会议上公布了克里派尔使用助磨剂 XF -4272 的研 究结果[ 5 ～ 7] 。 克里派尔全面地考察了助磨剂与矿浆 浓度 、矿浆粘度和磨矿速率之间的关系 。 XF -4272 为一种聚合物 , 具有分散作用 。 该药剂已在美国 、 智

  关于助磨剂的研究 , 最初始于 20 世纪 30 年代 。 1931 年 , 列宾捷尔[ 1] 在测定物料硬 度时 , 发现 固体 表面覆有薄膜后 , 其硬度小于表面十分光滑的固体 。 于 是系统地考察了周围介质对物料破坏过程中力学性

  助磨剂种类非常之多 , 助磨效果差异很大 , 应用较多 的就有百余种 。 按其在常温下的存在状态一般可分 为液 体 、气体和固体三种 。 液体助磨剂有胺类 、醇 类、 某些无机盐类及水 ; 气体助磨剂有水蒸气 、丙酮 气体和惰性气体等 ; 固体助磨剂有胶体炭黑 、硬脂酸 钙、 无机盐氰亚铁酸钾 、 硬脂酸等 。

  浓度 ≥ 75 %时 , 磁铁矿的选择性磨碎效果非常明显 。 4. 6 改善产品应用性能 为了更好的提高产品在应用中的分散性和流动性 , 有 些物料粉碎时也要加入助磨剂进行改性 。 例如 : 在 粉碎氧化铁系颜料时加入 0 . 5 %～ 1 %硬脂酸助剂 , 不仅增产 26 %, 而且所粉碎的铁红颜料制造油漆的 分散时间 也缩短了 50 %。 对于一种助磨剂加入到 被粉碎物料之中 , 有几率发生上述某一种作用 , 也可能 是几种作用的联合 。

  摘 要 : 在磨矿 过程中 , 添 加一定 的助磨剂 , 可 以提高 磨矿效 率 , 提 高磨矿 生产能 力 , 减少磨 矿能 耗 。 助磨剂的作用和作用机理尚处于 研究之 中 , 有待于 进一步的 完善 。 介 绍了助 磨剂的 种类 、作用和国内外助磨剂 的研究现状 , 并浅析了助磨剂的作用机理 。 关键词 : 助磨剂 ; 磨矿 ; 能耗 中图分类号 : TD921 . 4 文献标识码 : A

  利和加拿大一些铜矿和铁矿完成工业试验 。 试验结 果证明是一种效果好 、 适应能力强 、 对浮选 、 脱水 、 直至 精矿烧结 、团矿均无不利影响的助磨剂 。 助磨剂 XF 4272 的工业磨矿试验结果见表 1 所示 :

  试验矿山 美国亚利桑那铜矿 加拿大白马铜矿 美国明尼苏达铁燧石 182 XF 4272 用量( g/ t) 136

  为了提高磨矿效率 , 可以在磨矿过程中添加化 学药剂 , 通过药剂改变磨矿环境或物料表面的物理 化学等方面的特性 。 在磨机内添加的化学药剂称之 为助磨剂 。 助磨剂( 也称粉碎助剂) 是微粉碎和超微粉碎作 业的一种辅助材料 , 由于多是一些有机或无机的化 学药品 , 故亦可称化学粉碎助剂 。 它的添加量甚微 , 但收益颇大 , 或者提高粉碎产品细度 ; 或者在一定的 动力消耗下提高磨机生产能力 ; 或者能够改善粉体 物料的性能 , 如流动性 、 填充性 、 分散性 、 贮存稳定性 等; 或者防止物料凝聚和粘壁等等 。

  有 色 矿 冶 第 20 卷 4. 5 选择性磨碎作用 在磨矿过程中 , 原料通常都不 是单一的 矿物 。 不同的矿物 , 在后续的作 业中粒度要求不 尽相同 。 有些药剂对不同的矿物具有选择性磨碎作用 。 试验 表明