熱力粉碎就是對礦石進行高溫煅燒后冷卻水淬。采用熱力粉碎法加工石英礦,一方面可以用熱力降低石英礦塊硬度,從而降低石英的粉磨能耗;另一方面可以利用高溫煅燒后,在石英礦表面形成的微裂隙,提高石英中微量金屬的浸出除雜效果。由此可見,采用熱力粉碎方法不僅可以提高石英的粉磨效率,而且也有利于石英的選礦提純。
熱力粉碎雖然沒有改變石英礦的組分,但因為熱脹冷縮的作用,石英礦塊的硬度和結構等物理特性發生改變,因此,相同條件下,熱力粉碎石英與未經熱力粉碎石英相比,其破碎粉磨特性必然有所不同。
1、熱力粉碎前后試樣性質
試驗用石英礦樣取自內蒙某大型石英礦,原礦樣的化學元素分析結果見表1。
表1 石英礦化學多元素分析結果
熱力粉碎石英樣品均在600-1200℃溫度下煅燒指定的時間,然后采用噴淋的方式進行冷卻水淬。圖1和圖2是試樣原料與經過900℃熱力粉碎后樣品的X射線衍射(XRD)圖譜。
圖1 石英原料的XRD圖譜
圖2 900℃煅燒石英的XRD圖譜
由表1、圖1和圖2可知,熱力粉碎石英雖然改變了礦石的硬度、光澤等物理特性,但對石英的化學成分及礦物組成基本沒有影響。
2、熱力粉碎石英的強度
石英的熱力粉碎是將石英礦塊在一定的溫度下煅燒足夠的時間,然后把礦塊放入水中進行水淬。熱力粉碎時,石英礦塊中單個晶粒及晶粒之間存在各向異性,這種各向異性使得石英礦塊在受熱膨脹和驟冷收縮時,會引起應力集中,產生裂紋甚至破碎;同時,石英礦中還有不同的雜質礦物,這些礦物在煅燒和冷卻時,膨脹系數各不相同,也促進了石英礦的碎裂。由此可知,熱力粉碎會使石英礦塊的結構及強度發生變化。經過不同煅燒溫度熱力粉碎后,利用油壓萬能試驗機測定的25-42mm石英礦樣的承壓力,得到石英礦樣承壓力與煅燒溫度關系曲線如圖3所示。
圖3 石英礦樣承壓力與煅燒溫度關系曲線
由圖3可以看出,隨著煅燒溫度的升高,礦塊的承壓力開始時迅速減小,而后趨于平緩。未燒石英礦塊的承壓力在12kN以上,當煅燒溫度達到600℃時,礦石的承壓力已大幅度減小至1kN左右,降幅達91.67%。可見,熱力粉碎后,石英礦塊的強度明顯降低,這將大大減少石英礦碎磨的能耗,大幅度提高碎磨效率。
3、熱力粉碎對石英粉磨特性的影響
經熱力粉碎后,石英礦的結構發生了改變,強度大幅度降低,這必將影響石英的粉磨特性。采用指定粒級的磨礦生成速率和粒度組成作為指標,對熱力粉碎石英的粉磨特性進行分析。磨礦生成速率是指相同磨礦條件下,各試樣指定粒級單位時間、單位磨機容積的比生產能力。
?。?)煅燒溫度對石英磨礦效率的影響
取適量25-42mm粒級石英礦樣,分別在20(室溫)、600、800、900、1000、1100、1200℃下煅燒1h,并進行水淬。然后,將經熱力粉碎的石英礦塊破碎至適當粒度,在相同條件下進行磨礦試驗。圖4為粗粒級0.074-0.355mm和細粒級0-0.074mm的磨礦生成速率與煅燒溫度的關系曲線。
圖4 磨礦生成速率與煅燒溫度的關系曲線
由圖4可知,熱力粉碎后,0.074-0.355mm和0-0.074mm 2個粒級的磨礦生成速率均隨著煅燒溫度的升高而提高,但當煅燒溫度達到900℃時,增幅變緩,溫度超過1100℃時又開始降低,故石英礦適宜的熱力粉碎溫度為900-1100℃。以煅燒溫度1000℃為例,此時粗粒級0.074-0.355mm的磨礦生成速率由未煅燒石英礦的6.03g·L-1·min-1,大幅度提高到9.68 g·L-1·min-1,磨礦效率提高了60.53%;細粒級00.074mm的磨礦生成速率則由未煅燒石英礦的6.37 g·L-1·min-1,提高到7.81 g·L-1·min-1,磨礦效率提高了22.61%。顯然,熱力粉碎可以大幅度提高石英礦的粉磨效率,并且更有利于粗磨礦。
?。?)煅燒時間對石英磨礦的影響
石英礦塊粒度不同,熱力粉碎時需要的煅燒時間也不同。25-2mm粒級石英礦樣在900℃條件下煅燒不同時間,熱力粉碎后,在相同條件下進行磨礦時,磨礦產品的粒度特性曲線如圖5所示。
圖5 不同煅燒時間磨礦產品的粒度特性曲線
由圖5可知,對于25-42mm粒級石英礦樣,當煅燒時間超過10min時,不同煅燒時間各磨礦產品的粒度特性變化趨勢相近,說明相同粒度的石英礦熱力粉碎時,在適宜的煅燒溫度下,當煅燒時間足夠長(使石英礦塊內外溫度達到平衡)后,熱力粉碎石英的粉磨特性基本相同。
?。?)煅燒粒度對石英磨礦的影響
將0-2.36,5-13、>13-25、>25-42、>100mm 5個粒級的石英礦,在900℃下煅燒1h后水淬,對不同粒度的熱力粉碎石英試樣在相同條件下進行磨礦。圖6是磨礦產品中粗粒級0.074-0.355mm和細粒級0-0.074mm的生成速率與石英礦煅燒粒度的關系曲線。
圖6 磨礦生成速率與煅燒粒度的關系曲線
由圖6可以看出,隨著煅燒粒度的增大,粗粒級0.074-0.355mm和細粒級0-0.074mm的磨礦生成速率均呈現出下降的趨勢,但粗粒級的磨礦生成速率高于細粒級。煅燒粒度大磨礦效率低的原因,主要原因是粒度大的顆粒水淬時,礦塊內外冷卻溫度和溫度梯度出現較大差異,致使礦塊內部石英水淬不完全。
?。?)熱力粉碎石英磨礦產品的粒度特性
石英礦經過熱力粉碎后,其結構發生了改變,質地變得疏松,能夠大幅度提高粉磨效率。熱力粉碎過程對石英礦硬度等物理特性的改變,也使得相同條件下磨礦產品的粒度分布特性有明顯的變化。粒度為25-42mm在900℃下熱力粉碎的石英礦樣與未經過熱力粉碎的石英礦樣,在相同的磨礦條件下,磨礦產品的粒度分布曲線如圖7所示。
圖7 石英礦磨礦產品粒度分布特性
由圖7可以看出,與未經熱力粉碎石英礦的磨礦產品的粒度組成相比,熱力粉碎石英礦的磨礦產品中粗粒級含量很少,磨礦細度顯著提高;而且粒度特性曲線的斜率更大,最大粒度明顯減小,說明磨礦產品粒度分布相對更窄、更均勻。
4、結論
?。?)熱力粉碎能夠大幅度降低石英礦的機械強度,明顯提高石英的粉磨效率。
?。?)熱力粉碎的煅燒溫度、煅燒時間、煅燒粒度是影響石英礦熱力粉碎的主要因素,而熱力粉碎效果直接影響石英的粉磨特性。試驗結果表明,煅燒溫度大于600℃后可以實現石英的有效粉碎,通常以800-900℃為宜;煅燒粒度越小,其粉磨效率越高,且磨礦產品的粒度分布越細;煅燒時間與煅燒礦塊粒度大小有關,取決于礦塊內外溫度達到平衡需要的時間。
(3)熱力粉碎石英礦與未經熱力粉碎石英礦相比,在相同的磨礦條件下,磨礦產品中粗粒級明顯減少,粒度明顯變細,磨礦產品粒度分布更加均勻。
(摘自熱力粉碎石英的粉磨特性,作者:于福家)
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