（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，它具有導電、導熱、耐高溫、抗熱震、化學(xué)性質(zhì)穩定、潤滑、可塑等性能，廣泛應用于冶金、機械制造、電氣、化工、核工業(yè)等領(lǐng)域。其中超細石墨主要應用于電子、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(kāi)發(fā)狀況類(lèi)似，石墨開(kāi)發(fā)仍以生產(chǎn)原礦及低附加值的初級產(chǎn)品為主，尤其在國際貿易中，更是以中低檔的原料級產(chǎn)品作為主流，平均價(jià)格只有152.84美元/t。同時(shí)與原料生產(chǎn)大國不協(xié)調的是，我國還大量進(jìn)口高質(zhì)量、超細粒度的石墨，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(jià)格卻是我國石墨出口價(jià)格的幾倍甚至幾十倍。因此在石墨超細粉碎工業(yè)中，提高石墨的超細程度，降低生產(chǎn)成本是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。
石墨超細加工磨礦設備各種各樣，主要有高速機械沖擊式磨機、氣流磨、振動(dòng)磨、介質(zhì)攪拌磨、膠體磨五大類(lèi)。石墨超細加工工藝分干法和濕法兩種，干法生產(chǎn)工藝不需要后續的過(guò)濾和干燥過(guò)程，所以工藝較為簡(jiǎn)單、操作維護也比較方便?？墒侨绻庸ぎa(chǎn)品要求高的時(shí)候，干法磨礦就顯得能耗高，產(chǎn)品細度不易達到要求。尤其是超細產(chǎn)品可以以濾餅或漿體的狀態(tài)銷(xiāo)售的時(shí)候，濕法磨礦就顯示出其優(yōu)越性。
近幾十年來(lái)國內外的科研生產(chǎn)研究表明，在粉碎微米—亞微米級礦物的時(shí)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(wú)震動(dòng)、低噪音、濕磨無(wú)粉塵、作業(yè)環(huán)境好。因此，石墨超細粉碎試驗研究我們選用攪拌磨作為試驗設備，從磨礦濃度、球礦比、球徑配比、磨礦轉速、助磨劑用量、磨礦時(shí)間等幾個(gè)方面探索對石墨超細磨礦的相互關(guān)系及其有關(guān)規律。通過(guò)試驗，初步取得了十分有益的結果。
1 石墨礦樣的性質(zhì)、試驗設備性能、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，在超細磨礦中有著(zhù)不同于其他礦種的特殊特點(diǎn)，由于本身是典型的層狀結構和原子結構，因此它具有良好的潤滑性和天然的疏水性，使得進(jìn)行超細磨礦時(shí)，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，給石墨超細磨礦帶來(lái)了很大的難度。
試驗使用的設備為ZJM-20型介質(zhì)攪拌球磨機，球磨桶內徑20cm，有效容積3.6L，桶體內壁設置有樹(shù)脂內襯，外壁有水冷套冷卻裝置，磨礦過(guò)程不會(huì )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(guò)式粒度分布測定儀，測量粒度范圍為0.1～800μm。
2 試驗過(guò)程及討論
2.1 超細磨礦介質(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(jià)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(lái)比較氧化鋯球最少，氧化鋁球次之，玻璃球最差。從價(jià)值上比較，這三種球的價(jià)格之比為20∶2∶0.4。綜合考慮以上各項因素，并根據以往超細磨礦介質(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(guò)濕式超細磨礦后，球形超細微粒之間不容易產(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，超細磨礦過(guò)程中，磨礦細度越高，石墨礦的表面能越大，不規則礦物的片狀邊緣之間容易產(chǎn)生靜電吸附，同時(shí)礦物微粒之間容易疊加，所以石墨超細磨礦過(guò)程中礦漿分散性比較差。根據上述情況，石墨超細磨礦試驗的磨礦濃度不宜參照常規的磨礦試驗，應根據石墨的實(shí)際情況，制定相應的磨礦濃度。磨礦試驗條件：研磨介質(zhì)3mm的氧化鋁球，球礦比10∶1，攪拌器轉速600r/min，磨礦時(shí)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)品細度。
 從表1 可以看出，當磨礦濃度逐漸增加，磨礦細度(-2μm含量)相應的增加，磨礦效率逐漸提高。但是，濃度增加到25%以后，磨礦細度開(kāi)始下降，這是因為高濃度時(shí)石墨的分散性低，容易結成絮團，不利于超細磨礦。因此，石墨超細磨礦濃度約為25%是最佳條件。
2.3 超細磨礦球徑的探索
攪拌磨磨礦主要通過(guò)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(zhù)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。為了提高磨礦效率，研磨介質(zhì)的粒徑應大于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(guò)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)品的細度。
由表2 可以看到，隨著(zhù)研磨介質(zhì)粒徑增大，磨礦產(chǎn)品細度增加，這是因為介質(zhì)粒徑越大，研磨時(shí)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，當研磨介質(zhì)為2 ～0.5mm時(shí)，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
超細磨礦粉碎過(guò)程中，當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(zhù)增大，微細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，阻止微細顆粒的二次團聚。同時(shí)表面活性劑分子還可以減少微細顆粒在研磨介質(zhì)上的粘附，提高磨機內物料的流動(dòng)性，從而提高產(chǎn)品細度，降低粉碎極限和單位細粒產(chǎn)品的能耗。通過(guò)對常規助磨劑的試驗探索，沒(méi)有找到起明顯助磨作用的助磨劑，為解決此問(wèn)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磨礦效率，說(shuō)明該助磨劑可以有效降低石墨微細顆粒表面的表面能，阻止石墨顆粒之間的團聚，大幅提高石墨超細磨礦的極限。同時(shí)也可看出助磨劑用量超過(guò)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(shí)，也表明此種助磨劑對石墨超細磨礦有非常明顯的作用。
2.5 超細磨礦球礦比的探索
超細磨礦的球礦比直接影響微細產(chǎn)品的產(chǎn)率，當球礦比較小時(shí)，物料在磨機內填充量較大，此時(shí)能源利用率高，但是，產(chǎn)品中- 2μm 含量下降。當球礦比過(guò)大時(shí)，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，適當的球礦比，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%，轉速600r/min，助磨劑用量5%，磨礦時(shí)間1h，通過(guò)不同的球礦比考察-2μm含量的變化規律。表4 是各種球礦比對產(chǎn)品細度的影響結果。
從表4的試驗結果可以看出，過(guò)高過(guò)低的球礦比都不合適，只有當球礦比為10∶1時(shí)，產(chǎn)品中-2μm含量最高。
2.6 超細磨礦時(shí)間試驗
超細磨礦工藝中，需要以最短的時(shí)間獲得最大的產(chǎn)品產(chǎn)率。因此，磨礦時(shí)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(guò)對不同磨礦時(shí)間產(chǎn)品細度的考察，來(lái)探索最佳的磨礦時(shí)間。表5 是不同磨礦時(shí)間的產(chǎn)品細度結果。表5 中的數字表明，磨礦時(shí)間達到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(shí)間2h 比較適宜。
3 結論
(1)攪拌磨是石墨比較有效的超細磨礦設備，磨礦效率高、工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品粒度細，可以有效地節省物力、財力，降低石墨超細磨礦的成本。
(2)石墨是一種片狀礦物，在超細磨礦時(shí)，磨礦濃度不能參照常規的磨礦濃度，應該考慮到石墨的疏 水性和分散性較差的特點(diǎn)，才能探索出最佳的礦漿濃度規律。
(3)新研制的助磨劑可以改變磨礦結構，提高磨礦極限，因此，這種新的助磨劑在石墨超細磨礦中起著(zhù)非常重要的作用。
(4)球礦比、磨礦轉速、磨礦時(shí)間對磨礦效率都有很大的影響，過(guò)高過(guò)低都不適宜，最佳的磨礦條件應在有針對性和創(chuàng )新性的試驗中獲得。
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