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助磨剂丙三醇和焦磷酸钠对石英磨矿动力学参数的影响.pdf
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1、收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目().作者简介:王泽红()男山西永济人东北大学副教授硕士生导师.第卷第期 年 月东北 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().:./.助磨剂丙三醇和焦磷酸钠对石英磨矿动力学参数的影响王泽红 田鹏程 毛 勇(东北大学 资源与土木工程学院 辽宁 沈阳)摘 要:采用批次湿式球磨试验系统研究了丙三醇和焦磷酸钠两种助磨剂对 石英纯矿物磨矿动力学行为的影响.基于磨矿产品粒度分布特征建立了石英磨矿过程的 阶磨矿动力学模型分析了助磨剂的质量分数对石英单粒级的动力学参数和磨矿速度的影响规律.结果表明:石英磨矿过程符合 阶磨矿动力学模型随丙三醇和焦磷酸钠质量分数的增加
2、动力学参数 先减小后增大动力学参数 先增大后减小助磨剂的质量分数为 时达到最大值在相同磨矿条件下 粒级的磨矿速度最大.关 键 词:石英助磨剂粒度分布磨矿动力学参数磨矿速度中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.:):.:石英是地球表面分布最广泛的矿物之一是生产高纯石英的重要材料也是矿物加工过程中的主要脉石矿物.由于具有高硬度及稳定的化学性质石英在磨矿过程中会产生更多的能耗和钢耗.为节约能耗、降低磨矿钢耗、提高磨矿效率相关研究者一方面从物理化学角度探究影响磨矿过程的因素另一方面通过数学工具分析磨矿过程颗粒粒度及其组成的变化规律不断寻求改善磨矿工艺的有效手段.应用助磨剂可在不增加任何设备、不改变
3、现有生产流程的前提下显著提高磨矿效率增加磨机生产能力降低磨矿能耗和钢耗是当前粉磨工 艺的重要研究课题.等研究了胺和乙二醇助磨剂对水泥熟料研磨效率的影响得出助磨效果顺序为:三异丙醇胺()二甘醇()二乙醇异丙醇胺()乙二醇()粒级越窄 的助磨效果愈加明显.通过粒度分析发现助磨剂三乙醇胺、乙二胺和水对方解石干磨过程的粒度减小均有积极作用在相同条件下甘油和乙二胺组合助磨剂对方解石粒度减小的贡献最大.等在锡石硫化物多金属矿石研磨中添加分子量为 和 的聚丙烯酰胺可知在产品粒度相同情况下与未加助磨剂时相比缩短了研磨时间这充分说明聚丙烯酰胺能够提高其研磨效率.磨矿动力学是研究被磨物料磨碎速率与时间之间关系的一
4、种数学模型.通过磨矿动力学研究物料粒度的减小规律计算磨机效率和生产率并对实际磨矿过程作出理论分析.有关磨矿动力学的研究较多 等在磨矿动力学的基础上结合线性叠加原理提出一种新的方法确定鞍山型铁矿石的最佳磨矿条件.等结合磨机内颗粒行为的力学模型和磨矿动力学模型对球磨机粒度分布进行预测并得到较好效果.等利用磨矿动力学模型确定了磨矿时间和磨矿效率之间的关系得出研磨 铜矿石的最佳磨矿介质为直径 、长度 的钢段.在磨矿过程中加入助磨剂后磨矿动力学模型及其参数和磨矿速度会发生相应变化国内外已有相关学者开展了助磨剂对磨矿动力学行为影响的试验研究.等通过分析聚丙烯酸对方解石磨矿动力学方程中粉碎系数 和磨矿过程消
5、耗功率的影响发现添加助磨剂能够提高方解石的磨矿速度.黄勇等研究了 对水泥磨矿动力学模型的影响结果表明高掺量的 助磨效果优于.谢冬冬等通过对磨矿动力学分析发现添加助磨剂乙酸铵和 后氧化铁矿石的磨矿速度相对不添加助磨剂有明显提高.针对助磨剂对球磨过程中石英磨矿动力学特性的影响国内研究相对较少且不够深入.以石英纯矿物(中硬矿石的代表)为原料选择丙三醇和焦磷酸钠两种单一助磨剂进行磨矿试验分析了石英磨矿产品粒度针对不同粒级分别建立 阶磨矿动力学模型并分析了助磨剂丙三醇和焦磷酸钠不同质量分数的模型参数 和磨矿速度的变化规律对改善磨矿产品和有效助磨剂的选择具有理论指导意义.磨矿动力学原理磨矿动力学是指物料的
6、磨矿速率与磨矿时间之间的关系磨矿动力学方程是其重要的表达形式.假定粗粒级物料质量减少的速度与该瞬间磨机中未磨的粗粒级物料质量成正比可得到磨矿动力学的基本方程式为()().()式中:时为零阶动力学模型 时为一阶动力学模型 为磨矿时间()()分别为给料和经磨矿时间 后产品中大于粒级 的颗粒的筛上累积产率 为给料或产品的窄粒级数目 为与物料性质和磨矿条件的有关参数.参数 可表示为粒度 的函数:()()().()式中为待定参数可通过试验所得磨矿产品粒度数据拟合求得.对式()进行转化并对等号两边同时求双对数可得:()().()由式()可知在双对数坐标系中时间的对数 与筛上累积相对产率的双对数(/)呈线性
7、关系其直线斜率表示磨矿动力学阶数 直线与纵坐标的截距表示常数项.采用数学解析几何方法在所得拟合曲线上任意取两点 可以得出参数 和 的表达式如式()、式()所示:()()()()()()().()关于参数 的物理意义及关系段希祥对此作过论述:主要反映物料的细度影响 主要与物料的均匀性、强度和球荷粒度特性有关.实际磨矿是一个复杂的过程 的意义和影响不能孤立地分开研究在磨矿初期(粒级较粗时)对磨矿过程起主要影响 值越大 减小越多磨矿速度越快但 值增大粗颗粒物料被选择磨碎的概率越小在一定的磨矿时间后 对磨矿过程起主要影响 越小 越大磨矿速度越慢但东北大学学报(自然科学版)第 卷 筛上物料被磨的概率越大
8、.根据磨矿动力学性质 是由 和 共同决定的因此应当把 与 结合起来分析对磨矿过程的影响.试验原料及设备 试验原料为保证原料性质的稳定性、避免不同矿物之间的相互影响以及细粒物料对试验结果的影响试验物料采用粒度范围 的石英砂纯矿物(市场购买).对试验原料筛分、混匀及缩分后进行 射线衍射分析及化学多元素分析结果如图 和表 所示.由图 和表 可知所用原料的主要矿物为石英的质量分数高达 其余矿物及元素的质量分数均很低石英的质量分数较高符合纯矿物试验要求.图 石英试样 图谱 表 石英试样化学多元素分析结果 成分其他/试验助磨剂通过前期试验探索选用对改善石英粉磨效果较好且具有代表性的有机试剂丙三醇(质量分数
9、 天津北辰方正试剂厂)和无机试剂焦磷酸钠(质量分数 天津瑞金特化学品有限公司)作为助磨剂使用二者均为分析纯.试验设备及试验方法磨矿试验采用实验室型 锥形球磨机(武汉探矿机械厂)磨矿介质(钢球)充填率为 磨机转速为 /磨机容积为 料球比为 矿浆质量浓度为 介 质(钢 球)尺 寸 及 质 量 配 比 为()()()磨矿时间分别为 .对原料进行粒度分析根据式()计算得出每次磨矿加入物料总质量为 根据磨矿给料的总质量与原料中各粒级的含量配制磨机给料并充分混匀.试验时首先加入总水量的/再加入混匀物料与所需助磨剂的质量分数最后加入剩余水量设定磨矿时间开启球磨机磨矿结束后对磨矿产品进行湿筛筛后产品烘干、称量
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