（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）石墨是我國一種重要的非金屬礦物，它具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、抗熱震、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、潤滑、可塑等性能，廣泛應(yīng)用于冶金、機械制造、電氣、化工、核工業(yè)等領(lǐng)域。其中超細(xì)石墨主要應(yīng)用于電子、航空工業(yè)，如顯像管石墨乳和石墨電極、油基膠體石墨、電池和鉛筆。
我國是世界上主要的石墨生產(chǎn)國和出口國，同我國其他礦種的開發(fā)狀況類似，石墨開發(fā)仍以生產(chǎn)原礦及低附加值的初級產(chǎn)品為主，尤其在國際貿(mào)易中，更是以中低檔的原料級產(chǎn)品作為主流，平均價格只有152.84美元/t。同時與原料生產(chǎn)大國不協(xié)調(diào)的是，我國還大量進(jìn)口高質(zhì)量、超細(xì)粒度的石墨，而且進(jìn)口產(chǎn)品中有些是以我國石墨為原料的制品，但價格卻是我國石墨出口價格的幾倍甚至幾十倍。因此在石墨超細(xì)粉碎工業(yè)中，提高石墨的超細(xì)程度，降低生產(chǎn)成本是一個急待解決的問題。
石墨超細(xì)加工磨礦設(shè)備各種各樣，主要有高速機械沖擊式磨機、氣流磨、振動磨、介質(zhì)攪拌磨、膠體磨五大類。石墨超細(xì)加工工藝分干法和濕法兩種，干法生產(chǎn)工藝不需要后續(xù)的過濾和干燥過程，所以工藝較為簡單、操作維護也比較方便。可是如果加工產(chǎn)品要求高的時候，干法磨礦就顯得能耗高，產(chǎn)品細(xì)度不易達(dá)到要求。尤其是超細(xì)產(chǎn)品可以以濾餅或漿體的狀態(tài)銷售的時候，濕法磨礦就顯示出其優(yōu)越性。
近幾十年來國內(nèi)外的科研生產(chǎn)研究表明，在粉碎微米—亞微米級礦物的時候，攪拌磨的磨礦效率是滾筒球磨機的1 0 倍以上，且能耗低，生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，其電耗是氣流磨的1/13，且無震動、低噪音、濕磨無粉塵、作業(yè)環(huán)境好。因此，石墨超細(xì)粉碎試驗研究我們選用攪拌磨作為試驗設(shè)備，從磨礦濃度、球礦比、球徑配比、磨礦轉(zhuǎn)速、助磨劑用量、磨礦時間等幾個方面探索對石墨超細(xì)磨礦的相互關(guān)系及其有關(guān)規(guī)律。通過試驗，初步取得了十分有益的結(jié)果。
1 石墨礦樣的性質(zhì)、試驗設(shè)備性能、測試儀器
石墨樣品采用山東平度生產(chǎn)的產(chǎn)品，粒度為-325目、品位為92.2%的鱗片石墨。該石墨屬于片狀礦物，在超細(xì)磨礦中有著不同于其他礦種的特殊特點，由于本身是典型的層狀結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)，因此它具有良好的潤滑性和天然的疏水性，使得進(jìn)行超細(xì)磨礦時，磨礦介質(zhì)與石墨之間容易形成水層，介質(zhì)與石墨不容易直接接觸，給石墨超細(xì)磨礦帶來了很大的難度。
試驗使用的設(shè)備為ZJM-20型介質(zhì)攪拌球磨機，球磨桶內(nèi)徑20cm，有效容積3.6L，桶體內(nèi)壁設(shè)置有樹脂內(nèi)襯，外壁有水冷套冷卻裝置，磨礦過程不會對產(chǎn)品造成污染。
粒度檢測儀器為日本產(chǎn)SKC-2000型光透過式粒度分布測定儀，測量粒度范圍為0.1～800μm。
2 試驗過程及討論
2.1 超細(xì)磨礦介質(zhì)的選擇
介質(zhì)攪拌磨礦工藝中，磨礦介質(zhì)的選擇非常重要，一般對磨礦介質(zhì)的要求是比重大、污染小、磨耗值低、價格便宜。目前，磨礦介質(zhì)主要有天然砂、氧化鋯球、氧化鋁球、玻璃球、鋼球、鉻球。
這幾種球中，氧化鋯球、氧化鋁球和玻璃球的污染比較小，它們的密度(g/cm3)分別是氧化鋯球5.5、氧化鋁球3.6、玻璃球2.6。就磨耗值來比較氧化鋯球最少，氧化鋁球次之，玻璃球最差。從價值上比較，這三種球的價格之比為20∶2∶0.4。綜合考慮以上各項因素，并根據(jù)以往超細(xì)磨礦介質(zhì)對比試驗經(jīng)驗，最終確定選用氧化鋁球作為本次超細(xì)磨礦試驗的磨礦介質(zhì)。
2.2 磨礦濃度的研究
一般礦物顆粒外形基本上屬于球形，經(jīng)過濕式超細(xì)磨礦后，球形超細(xì)微粒之間不容易產(chǎn)生靜電吸附，而且礦漿分散性好。但是，石墨礦物屬于片狀礦物，超細(xì)磨礦過程中，磨礦細(xì)度越高，石墨礦的表面能越大，不規(guī)則礦物的片狀邊緣之間容易產(chǎn)生靜電吸附，同時礦物微粒之間容易疊加，所以石墨超細(xì)磨礦過程中礦漿分散性比較差。根據(jù)上述情況，石墨超細(xì)磨礦試驗的磨礦濃度不宜參照常規(guī)的磨礦試驗，應(yīng)根據(jù)石墨的實際情況，制定相應(yīng)的磨礦濃度。磨礦試驗條件：研磨介質(zhì)3mm的氧化鋁球，球礦比10∶1，攪拌器轉(zhuǎn)速600r/min，磨礦時間1h，磨礦濃度分別定為15%、20%、25%、30%，表1是不同磨礦濃度下的產(chǎn)品細(xì)度。
 從表1 可以看出，當(dāng)磨礦濃度逐漸增加，磨礦細(xì)度(-2μm含量)相應(yīng)的增加，磨礦效率逐漸提高。但是，濃度增加到25%以后，磨礦細(xì)度開始下降，這是因為高濃度時石墨的分散性低，容易結(jié)成絮團，不利于超細(xì)磨礦。因此，石墨超細(xì)磨礦濃度約為25%是最佳條件。
2.3 超細(xì)磨礦球徑的探索
攪拌磨磨礦主要通過攪拌器攪拌研磨介質(zhì)產(chǎn)生沖擊、摩擦和剪切力等作用使物料粉碎，研磨介質(zhì)粒徑大小對研磨效率和產(chǎn)品粒徑有著直接的影響。理論研究表明，介質(zhì)的粒徑越大，產(chǎn)品的粒徑越大，反之，介質(zhì)的粒徑越小，產(chǎn)品愈細(xì)。為了提高磨礦效率，研磨介質(zhì)的粒徑應(yīng)大于1 0 倍的給礦平均粒徑。由于石墨本身潤滑性比較好，層間垂直硬度大于6，因此，研磨過程中要求沖擊力比較大。所以，磨礦介質(zhì)的球徑不能太小。磨礦條件同上，表2為不同球徑研磨試驗產(chǎn)品的細(xì)度。
由表2 可以看到，隨著研磨介質(zhì)粒徑增大，磨礦產(chǎn)品細(xì)度增加，這是因為介質(zhì)粒徑越大，研磨時的沖擊力越大，磨礦效率提高。但是如果研磨介質(zhì)球徑繼續(xù)增大，造成球與球之間的三角空隙增加，反而使得磨礦效率降低。因此，當(dāng)研磨介質(zhì)為2 ～0.5mm時，磨礦效率最高，產(chǎn)品中-2μm含量最多。
2.4 添加助磨劑的探索
超細(xì)磨礦粉碎過程中，當(dāng)顆粒的粒度減小至微米級別以后，粉碎難度大大增加，顆粒的比表面積及表面能顯著增大，微細(xì)顆粒之間相互團聚的趨勢明顯增強。加入表面活性劑分子后，可以降低礦物的表面能，使顆粒之間的吸附力減弱，阻止微細(xì)顆粒的二次團聚。同時表面活性劑分子還可以減少微細(xì)顆粒在研磨介質(zhì)上的粘附，提高磨機內(nèi)物料的流動性，從而提高產(chǎn)品細(xì)度，降低粉碎極限和單位細(xì)粒產(chǎn)品的能耗。通過對常規(guī)助磨劑的試驗探索，沒有找到起明顯助磨作用的助磨劑，為解決此問題，本次試驗采用的是自配的有機助磨劑。試驗條件同上，表3 是不同用量助磨劑對產(chǎn)品細(xì)度的影響。
 由表3 可以清楚地看到，添加助磨劑可明顯提高石墨超細(xì)磨礦效率，說明該助磨劑可以有效降低石墨微細(xì)顆粒表面的表面能，阻止石墨顆粒之間的團聚，大幅提高石墨超細(xì)磨礦的極限。同時也可看出助磨劑用量超過5% 以后，磨礦效率不再提高。所以，助磨劑添加量約為5% 比較合適，同時，也表明此種助磨劑對石墨超細(xì)磨礦有非常明顯的作用。
2.5 超細(xì)磨礦球礦比的探索
超細(xì)磨礦的球礦比直接影響微細(xì)產(chǎn)品的產(chǎn)率，當(dāng)球礦比較小時，物料在磨機內(nèi)填充量較大，此時能源利用率高，但是，產(chǎn)品中- 2μm 含量下降。當(dāng)球礦比過大時，物料填充量小，產(chǎn)品的-2μm含量上升，但是磨礦介質(zhì)磨損率高、能耗大。因此，適當(dāng)?shù)那虻V比，既可以得到高的產(chǎn)品產(chǎn)率，又可以保持較低的能耗。該試驗的試驗條件是：2～0.5mm氧化鋁球，磨礦濃度為25%，轉(zhuǎn)速600r/min，助磨劑用量5%，磨礦時間1h，通過不同的球礦比考察-2μm含量的變化規(guī)律。表4 是各種球礦比對產(chǎn)品細(xì)度的影響結(jié)果。
從表4的試驗結(jié)果可以看出，過高過低的球礦比都不合適，只有當(dāng)球礦比為10∶1時，產(chǎn)品中-2μm含量最高。
2.6 超細(xì)磨礦時間試驗
超細(xì)磨礦工藝中，需要以最短的時間獲得最大的產(chǎn)品產(chǎn)率。因此，磨礦時間的探索直接與經(jīng)濟成本有關(guān)，低成本高產(chǎn)出一直是磨礦工藝探索的基本原則。本次試驗在其他條件不變的情況下，通過對不同磨礦時間產(chǎn)品細(xì)度的考察，來探索最佳的磨礦時間。表5 是不同磨礦時間的產(chǎn)品細(xì)度結(jié)果。表5 中的數(shù)字表明，磨礦時間達(dá)到2 h 后，磨礦產(chǎn)品中-2μm含量增加緩慢，從能耗、生產(chǎn)成本等方面考慮，磨礦時間2h 比較適宜。
3 結(jié)論
(1)攪拌磨是石墨比較有效的超細(xì)磨礦設(shè)備，磨礦效率高、工藝簡單、產(chǎn)品粒度細(xì)，可以有效地節(jié)省物力、財力，降低石墨超細(xì)磨礦的成本。
(2)石墨是一種片狀礦物，在超細(xì)磨礦時，磨礦濃度不能參照常規(guī)的磨礦濃度，應(yīng)該考慮到石墨的疏 水性和分散性較差的特點，才能探索出最佳的礦漿濃度規(guī)律。
(3)新研制的助磨劑可以改變磨礦結(jié)構(gòu)，提高磨礦極限，因此，這種新的助磨劑在石墨超細(xì)磨礦中起著非常重要的作用。
(4)球礦比、磨礦轉(zhuǎn)速、磨礦時間對磨礦效率都有很大的影響，過高過低都不適宜，最佳的磨礦條件應(yīng)在有針對性和創(chuàng)新性的試驗中獲得。
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