(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)方解石的湿法超
细研磨工艺与动力学研究
摘要：方解石是一种用途十分广泛的碳酸盐类矿物。本实验采用实验型SDF砂磨机为湿法
超细研磨设备，考察分散剂的品
种及用量、矿浆浓度和研磨时间对方解石超细研磨效果的影响，并采用数学回归方法研究了
磨矿动力学方程。结果表明，方解
石湿法超细研磨的适宜工艺务件为：分散剂采用六偏磷酸钠，用量为方解石质量的0.5%，矿
浆浓度为55%，研磨时间为90min；
方解石湿法超细研磨的动力学方程为：y(x,t)=1-[1-y(x,0)]e(-0.01921t-0.09363) 。
关键词：方解石；湿法超细粉碎；磨矿动力学
方解石是一种碳酸盐类矿物，其化学成分主要是碳酸钙，含极少量的氧化镁、氧化铁、
二氧化硅等[1]。超细重质碳酸钙是
方解石最主要的深加工产品之一，广泛用于造纸、塑料、橡胶、电缆、胶粘剂等领域[2]，
是目前市场需求量最大的非金属矿深
加工产品之一。
当前超细重质碳酸钙，特别是造纸颜料(浆料)级碳酸钙主要的生产技术是湿法超细研磨[3-4]，
其主要设备是超细搅拌磨或砂
磨机。在研磨设备确定的条件下，矿浆浓度、研磨时间、分散剂的品种及其用量对方解石超
细研磨效果有重要影响。
本实验以超细砂磨机为湿法超细研磨设备，研究了分散剂的品种及其用量、矿浆浓度和研磨
时间对方解石超细研磨效果的
影响，得出了方解石湿法超细研磨的适宜工艺条件，归纳得出了方解石在适宜工艺条件下的
磨矿动力学方程。
1 实验部分
1.1 原料
实验用方解石粉，其原料的粒度组成：D50=28.75μm，D97=115.17μm，-1μm含量为2.76%，
由江苏溧阳非金属矿粉末厂提
供。实验所用研磨介质为氧化铝陶瓷微珠，其密度为2.66g/cm3，粒径为0.6～1mm。实验中研
磨介质/物料质量比为4：1，磨
机转速始恒为2000r/min。
1.2 试剂
实验用分散剂：聚丙烯酸钠，密度为1.08，pH=7.0，美国罗门哈斯公司；六偏磷酸钠，AR级
，密度为2.48g/cm3,碱性，无
锡市灵达化工试剂厂。
1.3 主要实验设备及仪器
实验型SDF分散砂磨机，昆山雷城兴业机械有限公司；BT-9300H激光粒度分布仪，丹东
市百特仪器有限公司。
2 结果与讨论
2.1 工艺条件试验
2.1.1 分散剂种类
研磨样品200g，矿浆浓度为50%，分散剂的用量为方解石粉质量的0.5%。累计研磨2h，研磨过程
中每30min检测物料
粒度，本试验采用聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠进行比较试验，试验结果中位粒径D50与研磨时
间的关系见图1。
图1 分散剂种类对研磨效果的影响
由图1可知，在同样的研磨时间下，六偏磷酸钠相对于聚丙烯酸钠对方解石的助磨效果要
好，在磨矿时间为90min时，
采用六偏磷酸钠为分散剂时，物料中位径D50已经达到了0.66μm，而用聚丙烯酸钠为分散剂，
需120min才能达到0.68μm，
因此，以六偏磷酸钠作为方解石的分散剂比聚丙烯酸钠的磨矿效率更高。
2.1.2 分散剂用量
研磨样品200g，矿浆浓度为50%，分散剂为六偏磷酸钠，累计磨矿90min，D50、D97与研磨
时间的关系见图2。
图2 分散剂用量对研磨效果的影响
由图2可以看出，随着分散剂用量的增加，磨矿样品的细度降低，用量0.5%时，物料的中位粒
径D50达到了最低的0.66μm；
此后，随着分散剂用量的增加，粒度减小已不明显，继续增加分散剂的用量对超细磨矿已无显
著性的改善作用，只会增加
生产成本。因此，分散剂的适宜用量为物料质量的0.5%。
2.1.3 矿浆浓度
研磨样品200g，分散剂为六偏磷酸钠，用量为方解石粉质量的0.5%，累计磨矿90min，D50、
D97与研磨时间的关系见图3。
图3 矿浆浓度对研磨效果的影响
由图3可以看出，随着矿浆浓度的增加，相同时间(90min)内物料的细度降低，磨矿效率提高，
当磨矿浓度到55%时，
产物中位径D50达0.61μm，再提高磨矿浓度，矿浆和研磨介质粘附在一起无法进行搅拌研磨。
因此，适宜矿浆浓度为55%。
2.1.4 研磨时间
研磨样品200g，分散剂为六偏磷酸钠，用量为方解石质量的0.5%，磨矿浓度为55%，D50、
D97与研磨时间的关系见图4。
图4 研磨时间对研磨效果的影响
从图4中可见，随着磨矿时间的增加，D50、D97减小，当时间到90min以后，物料的粒度基本
不再减小，比表面积和
表面自由能增加，颗粒达到了粉碎和团聚的平衡状态，再增加磨矿时间只是在浪费能量。
因此，适宜磨矿时间为90min。
由以上实验可以得出方解石湿法超细研磨的适宜工艺条件为：分散剂采用六偏磷酸钠，
用量为方解石质量的0.5%，
矿浆浓度为55%，研磨时间为90min。
2.2 磨矿动力学[5-7]
Epstein提出了描述超细粉碎过程的选择函数和分布函数，Reid用这两个函数建立了间歇式超
细粉碎过程的动力学微分方程：
y(x,t)=1-[1-y(x,0)]e-s(x)t，0≤x≤xmax (1)
式中：y(x，0)为原料中小于粒度X的质量百分数；y(x，t)为t时刻小于粒度x的质量百分数；
s(x)为粉碎选择函数(表示
某一粒度的粉碎比速率)。
南非学者Tuzun经过研究发现有函数适用于间歇式搅拌磨超细粉碎过程的描述，并给出了
选择函数的表示式：
s(x)=αxβ (2)
式中：α为常数；β为指数。
将(2)式代入(1)式，可得：
y(x,t)=1-[1-y(x,0)]e-αxβt，0≤x≤xmax (3)
经过变换，并把(2)式代入，可得：
ln{[(1-y(x，t)]/[1-y(x，0)]}=-s(x)t=-αxβt (4)
研磨样品200g，矿浆浓度为55%，研磨时间为90min，分散剂采用六偏磷酸钠，其用量为方
解石质量的0.5%，检测不同
时刻样品的-1μm的含量(%)，结果见表1。按照(4)式计算并绘出磨矿动力学曲线，结果见图5。
图中分布的动力学点呈近似线性的关系，为一阶线性磨矿动力学关系，即ln{[(1-y(x，t)]/[1-y(x，0)]}
与时间t呈一次线
性关系。通过回归分析得方解石的粉碎比速率(曲线的斜率)s(x)为-0.01921。
Y=A+BX
其中X为研磨时间t；Y为ln{[(1-y(x，t)]/[1-y(x，0)]}；A为截距，值为-0.09363；B为斜率，
值为-0.01921；x为粒度；
y(x，0)为原料中小于粒度x的质量百分数；y(x，t)为研磨t时间后样品中小于粒度x的质量百分数。
曲线方程为：
ln{[(1-y(x，t)]/[1-y(x，0)]}= A+BX=-0.09363-0.01921t
通过换算，可以得出方解石湿式超细研磨的动力学方程为：
y(x,t)=1-[1-y(x,0)]e(-0.01921t-0.09363)
3 结论
1.方解石湿法超细研磨的适宜工艺条件为：分散剂采用六偏磷酸钠，用量为方解石
质量的0.5%，矿浆浓度为55%，
研磨时间为90min，此时，样品的D50可达0.61μm，D97可达1.46μm。
2.通过数学回归分析得出方解石湿法超细研磨动力学方程为：y(x,t)=1-[1-y(x,0)]e(-0.01921t-0.09363)。
参考文献
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