摘要  本文通过SEM、激光粒度分析、比表面积测定、润湿热的测定及X衍射分析对高压辊磨预处理铁精矿的活化机理进行了研究。研究表明：铁精矿经过高压辊磨预处理后，其平均粒径明显减小，细粒级含量增多，其粒径对数分布接近正态分布。其颗粒形貌多为针状、片状和条形状，并且有些颗粒明显存在裂隙。铁精粉的润湿热由1．45×10^-5J／cm0提高到9．78×10^-5 J／cm²，从而活性增加，其表面的吸附能力提高。

关键词 铁精矿 高压辊磨 活化

l  前  言 

高压辊磨机问世近二十年来，主要应用在水泥行业及个别有色金属矿山。笔者曾在实验室就高压辊磨机预处理铁精矿进行过研究，研究表明，磁铁精矿经高压辊磨预处理后，能有效地提高其成球性能，达到提高生球强度、降低膨润土用量的目的。这说明铁精矿经高压辊磨预处理后，能提高其活性。为探询其活化机理，笔者对铁精矿高压辊磨处理前后的一些物化性质进行了实验室检测研究。结果表明：铁精矿经高压辊磨预处理后，其细粒级含量增多，粒级分布更接近对数正态分布，晶格扭曲并发生微塑性变形，颗粒表面自由能增大，从而增加物料表面活性，提高了其表面的吸附能力。

2     辊磨处理方法

  高压辊磨机的基本结构包括：一对压辊(一个为定辊另一个为动辊)、轴承系统、液压系统、减速驱动装置、料斗、机体等，有的还装有打散及分选机构。高压辊磨机的工作原理如图1所示。物料在两个直径、线速度相同且相向旋转的压辊之间经受液压系统提供的巨大辊压力而粉碎。

   高压辊磨机的粉碎原理属于典型的料层静压粉碎。传统的基于冲击粉碎原理设计的的破碎机使物料“一分为二”，而高压辊磨机的料层静压粉碎则使物料“粉身碎骨”，同时可以导致一种“选择性”磨矿，即裂纹首先沿着矿石内的晶界面发生、扩展。利用这一特性，可以显著提高诸如黄金等贵重金属矿的选矿品位。与冲击粉碎及低压料层粉碎相比，高压辊磨的产品细粒级物料较多，且颗粒内部存在大量微裂纹，这对提高贵重金属的回收率及后续球磨机的处理能力意义深远。

    本次试验所用高压辊磨机为Ø200×75型，辊压为2．23 MPa(工业生产需更高的辊压)、辊速为100 r／min(轮缘线速度为1．05 m／s)、辊磨次数为2次。

3  铁精矿的物化性能   

  铁精矿的化学成分、物理性能和粒度组成分别列于表1、表2和表3。

4  结果与讨论

4．1  比表面积

  单位质量(或体积)的散装粉末状物料所具有的总表面叫做比表面，它是矿粒内表面和外表面之和。本试验采用气体渗透法，使用费氏仪测定物料比表面积。表4列出了基准样与辊磨样铁精矿的比表面积。

  从表4可看出：经高压辊磨后铁精矿比表面积增加较大。铁精矿比表面积增大是由于铁精矿颗粒生成了新表面与裂隙。这些新生成的表面与裂隙增强了铁精矿的活性。因为，颗粒粉碎后，在断裂面上出现不饱和键和带电的结构单元，使颗粒处于不稳定的高能状态，提高了其表面的吸附能力。

4．2粒度组成

    为分析出含铁原料全粒度的连续分布情况。采用了715型激光粒度分析仪进行了粒度分析。图2与图3分别是铁精粉基准样与辊磨样的粒度对数分布图。

    从图2与图3可见：辊磨样其粒径分布已与正态分布拟合得很好。

    表5列出了基准样与辊磨样的粒度组成。由表5可见：铁精矿基准样一45μm粒级占57．62％，辊磨后一45μm粒级提高到69．99％。基准样一75μm粒级占75．11％，辊磨后一75μm粒级提高到87．42％。特别是经过高压辊磨预处理后，一10μm含量由15．21％提高到24．36％，这对于铁精矿的造球非常关键。

  一定的粒度组成、适宜的水分及均匀的化学成分是生产优质球团矿的三项基本要求。有人曾作过试验，要使物料能成球，其一320目(一45μm)的粒级必须达到35％以上。据国外的生产经验，适合造球的精矿其一45μm部分应控制在60％～85％之间，或一74μm(一200目)粒级控制在90％以上，尤其是其中的一20μm部分不得少于20％，且要求精矿的粒度上限不超过200μm(65目)。

4．3表面形貌

  颗粒形状与物性之间存在着密切的关系，它对颗粒群的许多性质产生影响。例如，物料的比表面、填充性、表面现象、化学活性等。对于球团用造球原料，其形状对其成球性能、生球与成球质量均有重大影响。

  物料表面形貌测定采用SX一40型扫描电子显微镜，图4与图5分别是铁精矿基准样、辊磨样的颗粒形貌测定图像。

    从图4可见，铁精矿基准样的颗粒形貌多为多面体状、卵石状和球状。

    从图5可见，铁精矿经高压辊磨处理后，其颗粒形貌多为针状、片状和条形状，并且从照片上可看出，有些颗粒明显存在裂隙。这是由高压辊磨的粉碎原理决定的。高压辊磨是在准静压状态下使物料粉碎，颗粒总是沿有裂隙、晶格缺陷或晶体解理面的方向破碎，所以其产物呈针状、片状和条形状的较多。这样，其比表面积就较大。而且这种条状、针状的颗粒在造球过程中引起的搭桥式机械咬合力也加强了生球的强度。

    另外，物料经高压辊磨后，粉碎生成新表面，颗粒粒度减小，比表面积增大，从而颗粒表面自由能增大，活性增强。不难推断，随着物料粒度的减小，规整的晶面在颗粒体系总表面上所占比例减小，键力不饱和的质点(原子、分子)占全部质点数的比例增多，在尖角、棱边处不饱和程度高的质点数亦增多，从而大大提高了颗粒的表面活性。

    可见，颗粒表面能的数值不仅取决于比表面积的大小，还取决于断裂面的几何形状和质点所处的位置。而后两种情况，在表面能的理论估算乃至部分实验测量中也是难以分析和确定的。然而，它们在增强表面活性方面有着重要的作用，粒度越小越突出。

4．4润湿热

    润湿热是单位(1 cm²)固体表面浸润至湿时所释放的热量。润湿热可表征固体表面总能量的变化。为探询铁精矿经预处理后被水浸润时的表面总能量，采用了法国产C80型热导式量热仪对其润湿热进行测定。表6是铁精矿基准样、辊磨样的润湿热。

    从表6可看出，铁精矿经辊磨处理后，润湿热随其比表面积的增大而增大，这说明物料经预处理后被水润湿的表面总能量增加幅度较大，即机械活化后润湿热高，在造球过程中更具活性。

5  结  论

    经过以上的检测与分析可知，铁精矿经高压辊磨预处理后，颗粒的表面活性得到提高，具体表现在：

    1)辊磨处理后，铁精矿比表面积增大，其表面的吸附能力得到提高，增加了其表面活性。

    2)辊磨处理后，铁精矿的粒度分布更为合理，其粒径分布近似正态分布，特别是一10μm粒级含量由15．2l％提高到24．36％。

    3)铁精矿辊磨处理后，其颗粒形貌多为针状、片状和条形状，并且有些颗粒明显存在裂隙。这种条状、针状的颗粒因其表面能的提高及其特殊的形状在造球过程中引起的搭桥式机械咬合力加强了生球的强度。

    4)辊磨处理后，铁精矿润湿热提高，在造球过程中更具活性。

                                                                                        (1．武汉科技大学化资学院2．武钢大冶铁矿)