CN108940553A - 一种矿石粉碎专用助磨剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿石粉碎专用助磨剂，属于矿物加工技术领域。本发明研制的矿石粉碎专用助磨剂包括表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂、异氰酸酯和氨基接枝改性氧化石墨烯，本发明先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量1.0～2.0倍的无水乙醇，于温度为10～20℃条件下，搅拌混合2～4h后，真空冷冻干燥，得混合料；再将混合料和异氰酸酯于温度为4～6℃条件下，搅拌混合后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。本发明技术方案制备的矿石粉碎专用助磨剂具有优异的研磨效率的特点，在矿物加工技术行业的发展中具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种矿石粉碎专用助磨剂，属于矿物加工技术领域。
背景技术
粉磨过程是一个能耗很高的作业，特别是当需要对矿物进行细磨和超细磨时，能耗更高。统计结果表明，粉磨消耗的电能约占当年发电总量的5%；在投资上，粉磨作业占整个选矿厂投资的60%左右；粉磨作业的耗电量约占全厂投资的30%～70%，生产经营费也占全厂投资40%～50%；在技术上，粉磨作业存在的主要问题就是能耗高，效率低。因此，降低磨矿能耗、特别是细磨和超细磨矿的能耗具有重要意义。磨矿中添加助磨剂能够在一定程度上降低磨矿能耗，取得好的磨矿效果。加强粉磨过程助磨剂的作用机理的研究，对助磨剂的选择和应用具有重要意义。
原料的粉碎是矿物加工过程中一个必不可少的工序，而粉碎是一个高能耗、低效率的作业过程，例如陶瓷工业中矿物原料磨细的电耗约占陶瓷厂全厂总电耗的2/3，但效率却仅为1%甚至更低，大部分的输入能量用于产生热量、无用的冲击、挤压、磨损、静电能、弹性和塑性变形及噪声。而这用于粉磨的1%电能，又由于在粉磨过程中，随着粉磨细度的增加而导致比表面积增大，粉体的粘附力或界面张力随之增大，会使颗粒已产生的裂缝重新愈合，合格细粉由于不能及时卸出，产生缓冲垫层，消减了磨内冲击、粉磨能量；另外，颗粒断裂时所产生的新表面上的游离电价键驱使邻近颗粒相互粘附和聚集。所有这些都严重影响了粉磨设备的粉磨效率，大大降低了能量利用率。因此，提高原料细磨效率，对节能降耗有着重要的现实意义。传统的矿物助磨剂一般采用如碳酸钠、硅酸钠、磷酸钠等无机盐，以及一些胺类的无机盐。这些助磨剂在一定程度上具有较好的助磨效果，但因其作用范围有限，往往只对某种原料效果较好。
而传统的矿石粉碎专用助磨剂还存在助磨效果不佳的问题，因此，如何使矿石粉碎专用助磨剂发挥更好的性能成为了本技术领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统的矿石粉碎专用助磨剂存在的助磨效果不佳的缺点，提供了一种矿石粉碎专用助磨剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种矿石粉碎专用助磨剂，包括以下重量份数的原料：
表面活性剂 3～5份
硝酸铵 4～8份
无机盐 30～40份
结晶水化合物 8～10份
偶联剂 2～3份
异氰酸酯 4～6份
氨基接枝改性氧化石墨烯 8～10份
所述矿石粉碎专用助磨剂的配制过程为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量1.0～2.0倍的无水乙醇，于温度为10～20℃条件下，搅拌混合2～4h后，真空冷冻干燥，得混合料；
（3）将混合料和异氰酸酯于温度为4～6℃条件下，搅拌混合后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或木质素磺酸钠中的任意一种。
所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为3：1～10：1混合而成。
所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
所述氨基接枝改性氧化石墨烯的改性过程为：将氧化石墨烯和叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：8～1：10混合搅拌反应后，再加入氧化石墨烯质量0.4～0.5倍的氢化铝锂，继续搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过添加硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、异氰酸酯以及改性氧化石墨烯等多种有效组分，通过相互之间的协同作用，起到良好的助磨效果；在产品使用过程中，由于机械研磨会产生大量的热量，产生的热量可作为引发一系列复杂反应的“导火索”，首先发生的是结晶水化合物中的结晶水转变为游离水的过程，游离水的产生可与体系中的异氰酸酯接触而发生反应，产生二氧化碳气体，气体的产生不仅可起到提高研磨过程中体系流动性的作用，还可以在粉碎过程中有效避免矿渣颗粒的重新团聚，从而有效提高研磨效率；另外随着研磨产生的热量的积聚，内部局部温度进一步上升，从而引起硝酸铵的分解以及熔点较低的无机盐的熔融，其中，硝酸铵的分解为剧烈的放热反应，其可在加热条件下发生爆发式分解，从而有利于研磨过程中矿石的快速解体，另外，其局部的爆发式分解可产生一定的气压，从而有利于助磨剂在体系中的扩散渗透，进一步提升研磨效率，其中，熔点较低的无机盐，即硫代硫酸钠和氯化铝，其受热熔融后可有效提高体系的流动性，另外，其熔融后转移过程中部分因为热量散失后温度降低而重新覆盖在细化的矿石颗粒表面，从而使固体矿物表面的电子状态发生变化，消除或减弱固体颗粒形成断面后重新粘附聚集的趋势，减少断面重新愈合的可能性，并使固体物质的比表面积增加，使粉体颗粒更加细腻，另外，熔点较低的无机盐的吸附包裹可导致矿物颗粒表面的硬度降低，有利于后续研磨过程中的进一步细化；
（2）本发明技术方案通过添加氨基接枝改性的氧化石墨烯作为有效成分之一，氧化石墨烯在研磨过程中可发挥良好的润滑效果，且其结构中既带有氨基又带有羧基，两者无论是在酸性体系还是碱性体系下，其中一个基团被离子化后，可使氧化石墨烯片层结构因为带有同种电荷而相互排斥，从而使其良好分散在体系中，并与体系中的相反电荷相互吸引，使其有效吸附在研磨介质，研磨设备表面，有效避免了矿石原料在研磨介质和研磨设备表面的粘附，进一步提高研磨效率，提升研磨产量。
具体实施方式
将氧化石墨烯和质量分数为4～6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：8～1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为65～70kHz条件下，超声分散30～40min后，于温度为70～85℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应2～3h后，再加入氧化石墨烯质量0.4～0.5倍的氢化铝锂，于温度为75～85℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取3～5份表面活性剂，4～8份硝酸铵，30～40份无机盐，8～10份结晶水化合物，2～3份偶联剂，8～10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量1.0～2.0倍的无水乙醇，随后于温度为10～20℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌混合2～4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为4～6℃，转速为800～1200r/min条件下，低温搅拌混合4～6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或木质素磺酸钠中的任意一种。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为3：1～10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
将氧化石墨烯和质量分数为6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为70kHz条件下，超声分散40min后，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，再加入氧化石墨烯质量0.5倍的氢化铝锂，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，40份无机盐，10份结晶水化合物，3份偶联剂，10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，40份无机盐，10份结晶水化合物，3份偶联剂，10份氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，40份无机盐，10份结晶水化合物，3份偶联剂，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
将氧化石墨烯和质量分数为6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为70kHz条件下，超声分散40min后，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，再加入氧化石墨烯质量0.5倍的氢化铝锂，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取5份表面活性剂，40份无机盐，10份结晶水化合物，3份偶联剂，10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
将氧化石墨烯和质量分数为6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为70kHz条件下，超声分散40min后，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，再加入氧化石墨烯质量0.5倍的氢化铝锂，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，40份无机盐，10份结晶水化合物，3份偶联剂，10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。
将氧化石墨烯和质量分数为6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为70kHz条件下，超声分散40min后，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，再加入氧化石墨烯质量0.5倍的氢化铝锂，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，10份结晶水化合物，3份偶联剂，10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
将氧化石墨烯和质量分数为6%的叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：10混合倒入反应釜中，于超声频率为70kHz条件下，超声分散40min后，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，再加入氧化石墨烯质量0.5倍的氢化铝锂，于温度为85℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h后，过滤，得滤饼，并将所得滤饼真空干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯；按重量份数计，依次取5份表面活性剂，8份硝酸铵，40份无机盐，3份偶联剂，10份氨基接枝改性氧化石墨烯，先将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量2.0倍的无水乙醇，随后于温度为20℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合4h后，出料，真空冷冻干燥，得混合料；再将所得混合料和异氰酸酯倒入混料机中，于温度为6℃，转速为1200r/min条件下，低温搅拌混合6h后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为10：1混合而成。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。
对比例：金华某材料生产有限公司生产的矿石粉碎专用助磨剂。
将实例1至实例7所得的矿石粉碎专用助磨剂及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
将试件按照100%纯度计算，以不同的加入量加入快速研磨机中和石英、滑石、锆英石等天然矿物原料一起研磨，研磨时控制料、球、水的比例为：料：球：水=1：2：1，研磨5min后用200目筛过筛，用万分之一电子天平称量烘干后的筛余，以筛余的多少作为衡量研磨效果优劣的指标。采用公式(1)来计算助磨剂的研磨效率提高率。
公式(1)：E=【（R0-R1）÷R0】×100%
式中E为研磨效率提高率，%。R0为未加助磨剂时的筛余量，%；R1为加入助磨剂时的筛余量，%。
具体检测结果如表1所示：
表1矿石粉碎专用助磨剂具体检测结果
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的矿石粉碎专用助磨剂具有优异的研磨效率的特点，在矿物加工技术行业的发展中具有广阔的前景。
Claims (7)
1.一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
表面活性剂 3～5份
硝酸铵 4～8份
无机盐 30～40份
结晶水化合物 8～10份
偶联剂 2～3份
异氰酸酯 4～6份
氨基接枝改性氧化石墨烯 8～10份
所述矿石粉碎专用助磨剂的配制过程为：
（1）按原料组成称量各组分；
（2）将表面活性剂、硝酸铵、无机盐、结晶水化合物、偶联剂和氨基接枝改性氧化石墨烯混合倒入混料机中，并加入无机盐质量1.0～2.0倍的无水乙醇，于温度为10～20℃条件下，搅拌混合2～4h后，真空冷冻干燥，得混合料；
（3）将混合料和异氰酸酯于温度为4～6℃条件下，搅拌混合后，出料，即得矿石粉碎专用助磨剂。
2.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或木质素磺酸钠中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述无机盐为氯化铝和硫代硫酸钠按质量比为3：1～10：1混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述结晶水化合物为十水合硫酸钠、七水合硫酸亚铁和十二水合硫酸铝钾按质量比为10：1：1复配而成。
5.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯或三甲基己烷二异氰酸酯中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种矿石粉碎专用助磨剂，其特征在于，所述氨基接枝改性氧化石墨烯的改性过程为：将氧化石墨烯和叠氮化钠的二甲基甲酰胺溶液按质量比为1：8～1：10混合搅拌反应后，再加入氧化石墨烯质量0.4～0.5倍的氢化铝锂，继续搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得氨基接枝改性氧化石墨烯。
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