粉碎石英砂的目的是什么

导语：超细粉碎探讨-热力粉碎对石英粉磨特性的影响

热力粉碎就是对矿石进行高温煅烧后冷却水淬。采用热力粉碎法加工石英矿，一方面可以用热力降低石英矿块硬度，从而降低石英的粉磨能耗；另一方面可以利用高温煅烧后，在石英矿表面形成的微裂隙，提高石英中微量金属的浸出除杂效果。由此可见，采用热力粉碎方法不仅可以提高石英的粉磨效率，而且也有利于石英的选矿提纯。

热力粉碎虽然没有改变石英矿的组分，但因为热胀冷缩的作用，石英矿块的硬度和结构等物理特性发生改变，因此，相同条件下，热力粉碎石英与未经热力粉碎石英相比，其破碎粉磨特性必然有所不同。

1、热力粉碎前后试样性质

试验用石英矿样取自内蒙某大型石英矿，原矿样的化学元素分析结果见表1。

表1 石英矿化学多元素分析结果

热力粉碎石英样品均在600-1200℃温度下煅烧指定的时间，然后采用喷淋的方式进行冷却水淬。图1和图2是试样原料与经过900℃热力粉碎后样品的X射线衍射（XRD）图谱。

图1 石英原料的XRD图谱

图2 900℃煅烧石英的XRD图谱

由表1、图1和图2可知，热力粉碎石英虽然改变了矿石的硬度、光泽等物理特性，但对石英的化学成分及矿物组成基本没有影响。

2、热力粉碎石英的强度

石英的热力粉碎是将石英矿块在一定的温度下煅烧足够的时间，然后把矿块放入水中进行水淬。热力粉碎时，石英矿块中单个晶粒及晶粒之间存在各向异性，这种各向异性使得石英矿块在受热膨胀和骤冷收缩时，会引起应力集中，产生裂纹甚至破碎；同时，石英矿中还有不同的杂质矿物，这些矿物在煅烧和冷却时，膨胀系数各不相同，也促进了石英矿的碎裂。由此可知，热力粉碎会使石英矿块的结构及强度发生变化。经过不同煅烧温度热力粉碎后，利用油压万能试验机测定的25-42mm石英矿样的承压力，得到石英矿样承压力与煅烧温度关系曲线如图3所示。

图3 石英矿样承压力与煅烧温度关系曲线

由图3可以看出，随着煅烧温度的升高，矿块的承压力开始时迅速减小，而后趋于平缓。未烧石英矿块的承压力在12kN以上，当煅烧温度达到600℃时，矿石的承压力已大幅度减小至1kN左右，降幅达91.67%。可见，热力粉碎后，石英矿块的强度明显降低，这将大大减少石英矿碎磨的能耗，大幅度提高碎磨效率。

3、热力粉碎对石英粉磨特性的影响

经热力粉碎后，石英矿的结构发生了改变，强度大幅度降低，这必将影响石英的粉磨特性。采用指定粒级的磨矿生成速率和粒度组成作为指标，对热力粉碎石英的粉磨特性进行分析。磨矿生成速率是指相同磨矿条件下，各试样指定粒级单位时间、单位磨机容积的比生产能力。

（1）煅烧温度对石英磨矿效率的影响

取适量25-42mm粒级石英矿样，分别在20（室温）、600、800、900、1000、1100、1200℃下煅烧1h，并进行水淬。然后，将经热力粉碎的石英矿块破碎至适当粒度，在相同条件下进行磨矿试验。图4为粗粒级0.074-0.355mm和细粒级0-0.074mm的磨矿生成速率与煅烧温度的关系曲线。

图4 磨矿生成速率与煅烧温度的关系曲线

由图4可知，热力粉碎后，0.074-0.355mm和0-0.074mm 2个粒级的磨矿生成速率均随着煅烧温度的升高而提高，但当煅烧温度达到900℃时，增幅变缓，温度超过1100℃时又开始降低，故石英矿适宜的热力粉碎温度为900-1100℃。以煅烧温度1000℃为例，此时粗粒级0.074-0.355mm的磨矿生成速率由未煅烧石英矿的6.03g·L-1·min-1，大幅度提高到9.68 g·L-1·min-1，磨矿效率提高了60.53%；细粒级00.074mm的磨矿生成速率则由未煅烧石英矿的6.37 g·L-1·min-1，提高到7.81 g·L-1·min-1，磨矿效率提高了22.61%。显然，热力粉碎可以大幅度提高石英矿的粉磨效率，并且更有利于粗磨矿。

（2）煅烧时间对石英磨矿的影响

石英矿块粒度不同，热力粉碎时需要的煅烧时间也不同。25-2mm粒级石英矿样在900℃条件下煅烧不同时间，热力粉碎后，在相同条件下进行磨矿时，磨矿产品的粒度特性曲线如图5所示。

图5 不同煅烧时间磨矿产品的粒度特性曲线

由图5可知，对于25-42mm粒级石英矿样，当煅烧时间超过10min时，不同煅烧时间各磨矿产品的粒度特性变化趋势相近，说明相同粒度的石英矿热力粉碎时，在适宜的煅烧温度下，当煅烧时间足够长（使石英矿块内外温度达到平衡）后，热力粉碎石英的粉磨特性基本相同。

（3）煅烧粒度对石英磨矿的影响

将0-2.36，5-13、>13-25、>25-42、>100mm 5个粒级的石英矿，在900℃下煅烧1h后水淬，对不同粒度的热力粉碎石英试样在相同条件下进行磨矿。图6是磨矿产品中粗粒级0.074-0.355mm和细粒级0-0.074mm的生成速率与石英矿煅烧粒度的关系曲线。

图6 磨矿生成速率与煅烧粒度的关系曲线

由图6可以看出，随着煅烧粒度的增大，粗粒级0.074-0.355mm和细粒级0-0.074mm的磨矿生成速率均呈现出下降的趋势，但粗粒级的磨矿生成速率高于细粒级。煅烧粒度大磨矿效率低的原因，主要原因是粒度大的颗粒水淬时，矿块内外冷却温度和温度梯度出现较大差异，致使矿块内部石英水淬不完全。

（4）热力粉碎石英磨矿产品的粒度特性

石英矿经过热力粉碎后，其结构发生了改变，质地变得疏松，能够大幅度提高粉磨效率。热力粉碎过程对石英矿硬度等物理特性的改变，也使得相同条件下磨矿产品的粒度分布特性有明显的变化。粒度为25-42mm在900℃下热力粉碎的石英矿样与未经过热力粉碎的石英矿样，在相同的磨矿条件下，磨矿产品的粒度分布曲线如图7所示。

图7 石英矿磨矿产品粒度分布特性

由图7可以看出，与未经热力粉碎石英矿的磨矿产品的粒度组成相比，热力粉碎石英矿的磨矿产品中粗粒级含量很少，磨矿细度显著提高；而且粒度特性曲线的斜率更大，最大粒度明显减小，说明磨矿产品粒度分布相对更窄、更均匀。

4、结论

（1）热力粉碎能够大幅度降低石英矿的机械强度，明显提高石英的粉磨效率。

（2）热力粉碎的煅烧温度、煅烧时间、煅烧粒度是影响石英矿热力粉碎的主要因素，而热力粉碎效果直接影响石英的粉磨特性。试验结果表明，煅烧温度大于600℃后可以实现石英的有效粉碎，通常以800-900℃为宜；煅烧粒度越小，其粉磨效率越高，且磨矿产品的粒度分布越细；煅烧时间与煅烧矿块粒度大小有关，取决于矿块内外温度达到平衡需要的时间。

（3）热力粉碎石英矿与未经热力粉碎石英矿相比，在相同的磨矿条件下，磨矿产品中粗粒级明显减少，粒度明显变细，磨矿产品粒度分布更加均匀。

（摘自热力粉碎石英的粉磨特性，作者：于福家）

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