圖1 白云母
云母屬于較難磨礦物之一,云母高端產品對云母粉體的要求較高。
1、原料分析
原料為河南洛陽某白云母精礦,密度為2.78g/cm3,化學組分見表1,粒度分布見表2。
表1 白云母精礦化學組分
表2 白云母精礦粒度分布
2、工業試驗流程
首先將原料配制成一定料漿,并加入助磨劑;然后將料漿以一定給礦量均勻的加入到雙槽高強度攪拌磨機(容積為10m3)中,按一定的工藝參數進行試驗。當攪拌磨中料漿粒度穩定時每隔15min取樣一次,連續取樣3h,將料漿混合均勻并抽濾干燥,最后將試樣進行檢測。
主要考察Al2O3瓷球用量、攪拌磨轉速等因素對白云母超細磨效果的影響。其中Al2O3瓷球級配為小球、中球、大球比例,小球粒徑為2.0-2.5mm,中球粒徑為2.5-3.0mm,大球粒徑為3.0-3.5mm。
3、磨介用量對白云母超細磨效果的影響
試驗條件:Al2O3瓷球的級配為4:2:3(小球:中球:大球,后同),轉速為135r/min,超細磨給料量為0.39t/h,濃度為47%-48%,六偏磷酸鈉用量為3‰(云母干礦質量的百分比),試驗結果見圖2和表3。
圖2 磨介質量對白云母超細磨粒度的影響
表3 磨介質量對白云母超細磨產品D90粒徑的影響
由圖2和表3可知,隨Al2O3瓷球磨介用量的增加,白云母超細磨產品中除-2.5μm含量基本不變外,各粒級累計含量均增大。當攪拌磨中磨介質量為9t時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm分別為31.29%和44.2%,+75μm含量為23.45%,D90粒徑為122.6μm,比表面積為271.2m2/kg。當增加250kg 3-3.5mm Al2O3的瓷球時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm分別為38.77%和54.9%,比9t磨介用量時分別增加了7.48%和10.7%,+75μm含量為14.41%,比磨介質量為9t時減少了9.04%,此時D90粒徑為91.7μm,比表面積為277.1m2/kg。
由此可見,適當增加大球比例可提高白云母超細磨效率。這是由于加入3.0-3.5mm粒徑的Al2O3瓷球后,攪拌磨中料球比減小,磨介與云母顆粒撞擊的幾率增大,磨礦效率提高。另外,3.0-3.5mm粒徑磨介的加入增大了大球的比例,磨介對物料的沖擊粉碎力相對增大,使得白云母粗粒徑顆粒相應減少。
4、攪拌磨轉速對白云母磨礦效果的影響
攪拌速率對白云母粉體-13μm含量的影響特別顯著,適當調整攪拌磨轉速,以研究白云母超細磨顆粒的變化情況。試驗條件:Al2O3瓷球質量9.25t,磨介級配為4:2:3,給料量為0.39t/h,濃度為47%-48%,六偏磷酸鈉用量為3‰,試驗結果見圖3和表4。
圖3 攪拌磨轉速對云母超細磨粒度的影響
表4 攪拌轉速對白云母超細磨D90粒徑的影響
由圖3及表4可知,隨著攪拌磨轉速的增加,白云母超細磨產品的各粒級累計含量和比表面積均增加,D90粒徑較小。當轉速為135r/min時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm分別為38.77%和54.9%,+75μm含量為14.41%,D90粒徑為91.7μm,比表面積為277.1m2/kg。轉速提高至161r/min時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm分別為52.1%和82.02%,比攪拌磨轉速為135r/min時分別增加了13.33%和27.12%,此時+75μm含量為9%,D90粒徑為70.56μm,比表面積為394.5m2/kg,比攪拌磨轉速為135r/min時增加了117.4m2/kg。
由此可見,增大攪拌磨轉速可較大的減小云母粉粒度,較大的增加白云母超細粉的比表面積。原因在于物料在超細磨礦的過程中受到三個力的作用:(1)由于研磨介質之間的相互撞擊而產生的沖擊力;(2)因研磨介質的轉動產生的剪切力;(3)由于研磨介質中放入攪拌棒而留下空間,攪拌棒對物料產生沖擊力和摩擦力。當攪拌速率提高時,沖擊力、剪切力及摩擦力都會增大,在綜合力的作用下,使物料得到更充分的剝離、解理而磨細。
5、不同給礦量對白云母超細磨效果的影響
磨礦時間對白云母超細磨產品的影響顯著,通過調節給礦量來調整物料的磨礦時間,給礦量越小則磨礦時間越長。試驗條件:攪拌磨中Al2O3瓷球磨介9.25t,磨介級配4:2:3,濃度為47.5%-48%,六偏磷酸鈉用量為2.5‰,攪拌磨轉速為161r/min,試驗結果見表5和表6。
表5 不同給礦量下白云母粉體粒度累計分布表
表6 不同給礦量對白云母超細粉體性能的影響
由表5和表6可知,隨著給礦量的減小,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量及白云母超細粉的比表面積逐漸增大,D90粒徑逐漸減小。當給礦量為0.8t/h時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量分別為45.39%和62.60%,D90粒徑為78.95μm,比表面積為318.0m2/kg。將給礦量將為0.67t/h時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量分別提高了8.96%和7.6%,達到54.35%和70.20%,此時,D90粒徑為65.57μm,比表面積為394.8m2/kg。進一步減小給礦濃度至0.39t/h時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量較給礦量為0.67t/h時變化不大,分別為71.95%和84.70%,此時D90粒徑為62.96μm,比表面積為440.9m2/kg。
綜上可知,白云母超細磨的給礦量的減小可使白云母超細粉粒度減小,這是由于超細磨給礦量減小,白云母在攪拌磨中停留時間增加,導致磨礦時間相應的增加,白云母粉粒度減小。但給礦量從0.67t/h降低至0.39t/h時,白云母超細磨產品的粒度及比表面積變化不大,由于給礦量減小至一定程度后白云母超細粉粒度變化較小,同時能耗大幅度增加,導致生產成本提高。故工業生產中可根據實際需要在0.39t/h-0.67t/h之間選擇適宜的給礦量。
6、不同磨礦濃度對白云母超細磨效果的影響
磨礦濃度雖為一般影響因素,但對工業生產成本及產品質量意義重大。試驗條件:磨介Al2O3瓷球質量9.25t,磨介級配為4:2:3,給礦量為0.5t/h左右,六偏磷酸鈉用量為4‰。試驗結果見表7、圖4和圖5。
表7 不同磨礦濃度下白云母粉體粒度累計分布表
圖4 磨礦濃度對粒級累計含量的影響
圖5 磨礦濃度對云母粉比表面積和D90粒徑的影響
由表7和圖4、圖5可知,隨著攪拌磨磨礦濃度的增加,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量及白云母超細粉的比表面積均先增大后減小,D90粒徑先減小后增大。當磨礦濃度約為47%時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量分別為51.89%和67.74%,D90粒徑為74.05μm,比表面積為387.5m2/kg。當磨礦濃度增加到49%時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm的含量最大,分別為56.45%和70.62%,D90粒徑為67.82μm,比表面積為421.7m2/kg。磨礦濃度進一步增加至50%左右時,白云母超細磨磨礦效果變差,此時產品中-13μm和-23μm的含量分別為52.06%和66.68%,D90粒徑為72.93μm,比表面積為399.1m2/kg。當磨礦濃度大于50%后,料漿流動度急劇下降,導致給料困難且給礦濃度60%左右時料漿失去流動性。另外,磨礦濃度過高時,攪拌磨的電流大幅度增加,料漿粘性較大,導致出料困難,磨礦效率大大降低,故白云母超細磨磨礦濃度控制在49%左右??梢姽I試驗的最佳磨礦濃度為49%。
7、助磨劑用量對白云母超細粉磨效果的影響
利用助磨劑進行濕法磨礦生產超細粉體,國內外研究較多。試驗條件:磨礦濃度為49%左右,給礦量為0.52t/h,攪拌磨轉速為161r/min,Al2O3瓷球磨介重9.25t,磨介級配為4:2:3。試驗結果見表8和表9。
表8 不同六偏磷酸鈉用量下白云母粒度累計分布表
表9 不同用量六偏磷酸鈉對白云母粉體比表面積的影響
由表8和表9可知,六偏磷酸鈉用量由0.25‰升至0.4‰時,白云母超細磨產品中各粒級累計含量和比表面積均降低,D90粒徑增大。當六偏磷酸鈉用量為2.5‰時,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm含量分別為56.45%和70.62%,+150μm含量在5‰以內,D90粒徑為67.82μm,比表面積為421.7m2/kg。當六偏磷酸鈉的用量增加至4‰時,白云母超細磨產品中-13μm含量略微降低,為56.06%,-23μm含量比2.5‰六偏磷酸鈉用量時降低了3.94%,達到66.68%,此時D90粒徑為72.93μm,比表面積為399.1m2/kg。
綜上所述,六偏磷酸鈉做白云母超細磨助磨劑時,要控制使用量,適當加入助磨劑有助于磨礦,但六偏磷酸鈉用量過大不利于磨礦,六偏磷酸鈉最佳用量為2.5‰。
8、工業試驗最優條件驗證試驗
在工業試驗的基礎上,采用最佳的工藝條件進行白云母攪拌磨試驗。試驗條件:Al2O3瓷球質量為9.25t,磨介級配為4:2:3,給礦量為0.39t/h,給礦濃度為49%,六偏磷酸鈉用量為2.5‰,攪拌磨轉速為161r/min。
在最佳工藝條件下,白云母超細磨產品中-13μm和-23μm含量分別為58.01%和72.75%,此時D90粒徑為62.28μm,比表面積達到452.9m2/kg。
(摘自:白云母超細粉體的制備及助磨機理的研究,作者:郭高魏)
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