（中国粉体技术网/班建伟）石墨是我国一种重要的非金属矿物，它具有导电、导热、耐高温、抗热震、化学性质稳定、润滑、可塑等性能，广泛应用于冶金、机械制造、电气、化工、核工业等领域。其中超细石墨主要应用于电子、航空工业，如显像管石墨乳和石墨电极、油基胶体石墨、电池和铅笔。
我国是世界上主要的石墨生产国和出口国，同我国其他矿种的开发状况类似，石墨开发仍以生产原矿及低附加值的初级产品为主，尤其在国际贸易中，更是以中低档的原料级产品作为主流，平均价格只有152.84美元/t。同时与原料生产大国不协调的是，我国还大量进口高质量、超细粒度的石墨，而且进口产品中有些是以我国石墨为原料的制品，但价格却是我国石墨出口价格的几倍甚至几十倍。因此在石墨超细粉碎工业中，提高石墨的超细程度，降低生产成本是一个急待解决的问题。
石墨超细加工磨矿设备各种各样，主要有高速机械冲击式磨机、气流磨、振动磨、介质搅拌磨、胶体磨五大类。石墨超细加工工艺分干法和湿法两种，干法生产工艺不需要后续的过滤和干燥过程，所以工艺较为简单、操作维护也比较方便。可是如果加工产品要求高的时候，干法磨矿就显得能耗高，产品细度不易达到要求。尤其是超细产品可以以滤饼或浆体的状态销售的时候，湿法磨矿就显示出其优越性。
近几十年来国内外的科研生产研究表明，在粉碎微米—亚微米级矿物的时候，搅拌磨的磨矿效率是滚筒球磨机的1 0 倍以上，且能耗低，生产相同的产品，其电耗是气流磨的1/13，且无震动、低噪音、湿磨无粉尘、作业环境好。因此，石墨超细粉碎试验研究我们选用搅拌磨作为试验设备，从磨矿浓度、球矿比、球径配比、磨矿转速、助磨剂用量、磨矿时间等几个方面探索对石墨超细磨矿的相互关系及其有关规律。通过试验，初步取得了十分有益的结果。
1 石墨矿样的性质、试验设备性能、测试仪器
石墨样品采用山东平度生产的产品，粒度为-325目、品位为92.2%的鳞片石墨。该石墨属于片状矿物，在超细磨矿中有着不同于其他矿种的特殊特点，由于本身是典型的层状结构和原子结构，因此它具有良好的润滑性和天然的疏水性，使得进行超细磨矿时，磨矿介质与石墨之间容易形成水层，介质与石墨不容易直接接触，给石墨超细磨矿带来了很大的难度。
试验使用的设备为ZJM-20型介质搅拌球磨机，球磨桶内径20cm，有效容积3.6L，桶体内壁设置有树脂内衬，外壁有水冷套冷却装置，磨矿过程不会对产品造成污染。
粒度检测仪器为日本产SKC-2000型光透过式粒度分布测定仪，测量粒度范围为0.1～800μm。
2 试验过程及讨论
2.1 超细磨矿介质的选择
介质搅拌磨矿工艺中，磨矿介质的选择非常重要，一般对磨矿介质的要求是比重大、污染小、磨耗值低、价格便宜。目前，磨矿介质主要有天然砂、氧化锆球、氧化铝球、玻璃球、钢球、铬球。
这几种球中，氧化锆球、氧化铝球和玻璃球的污染比较小，它们的密度(g/cm3)分别是氧化锆球5.5、氧化铝球3.6、玻璃球2.6。就磨耗值来比较氧化锆球最少，氧化铝球次之，玻璃球最差。从价值上比较，这三种球的价格之比为20∶2∶0.4。综合考虑以上各项因素，并根据以往超细磨矿介质对比试验经验，最终确定选用氧化铝球作为本次超细磨矿试验的磨矿介质。
2.2 磨矿浓度的研究
一般矿物颗粒外形基本上属于球形，经过湿式超细磨矿后，球形超细微粒之间不容易产生静电吸附，而且矿浆分散性好。但是，石墨矿物属于片状矿物，超细磨矿过程中，磨矿细度越高，石墨矿的表面能越大，不规则矿物的片状边缘之间容易产生静电吸附，同时矿物微粒之间容易叠加，所以石墨超细磨矿过程中矿浆分散性比较差。根据上述情况，石墨超细磨矿试验的磨矿浓度不宜参照常规的磨矿试验，应根据石墨的实际情况，制定相应的磨矿浓度。磨矿试验条件：研磨介质3mm的氧化铝球，球矿比10∶1，搅拌器转速600r/min，磨矿时间1h，磨矿浓度分别定为15%、20%、25%、30%，表1是不同磨矿浓度下的产品细度。
 从表1 可以看出，当磨矿浓度逐渐增加，磨矿细度(-2μm含量)相应的增加，磨矿效率逐渐提高。但是，浓度增加到25%以后，磨矿细度开始下降，这是因为高浓度时石墨的分散性低，容易结成絮团，不利于超细磨矿。因此，石墨超细磨矿浓度约为25%是最佳条件。
2.3 超细磨矿球径的探索
搅拌磨磨矿主要通过搅拌器搅拌研磨介质产生冲击、摩擦和剪切力等作用使物料粉碎，研磨介质粒径大小对研磨效率和产品粒径有着直接的影响。理论研究表明，介质的粒径越大，产品的粒径越大，反之，介质的粒径越小，产品愈细。为了提高磨矿效率，研磨介质的粒径应大于1 0 倍的给矿平均粒径。由于石墨本身润滑性比较好，层间垂直硬度大于6，因此，研磨过程中要求冲击力比较大。所以，磨矿介质的球径不能太小。磨矿条件同上，表2为不同球径研磨试验产品的细度。
由表2 可以看到，随着研磨介质粒径增大，磨矿产品细度增加，这是因为介质粒径越大，研磨时的冲击力越大，磨矿效率提高。但是如果研磨介质球径继续增大，造成球与球之间的三角空隙增加，反而使得磨矿效率降低。因此，当研磨介质为2 ～0.5mm时，磨矿效率最高，产品中-2μm含量最多。
2.4 添加助磨剂的探索
超细磨矿粉碎过程中，当颗粒的粒度减小至微米级别以后，粉碎难度大大增加，颗粒的比表面积及表面能显著增大，微细颗粒之间相互团聚的趋势明显增强。加入表面活性剂分子后，可以降低矿物的表面能，使颗粒之间的吸附力减弱，阻止微细颗粒的二次团聚。同时表面活性剂分子还可以减少微细颗粒在研磨介质上的粘附，提高磨机内物料的流动性，从而提高产品细度，降低粉碎极限和单位细粒产品的能耗。通过对常规助磨剂的试验探索，没有找到起明显助磨作用的助磨剂，为解决此问题，本次试验采用的是自配的有机助磨剂。试验条件同上，表3 是不同用量助磨剂对产品细度的影响。
由表3 可以清楚地看到，添加助磨剂可明显提高石墨超细磨矿效率，说明该助磨剂可以有效降低石墨微细颗粒表面的表面能，阻止石墨颗粒之间的团聚，大幅提高石墨超细磨矿的极限。同时也可看出助磨剂用量超过5% 以后，磨矿效率不再提高。所以，助磨剂添加量约为5% 比较合适，同时，也表明此种助磨剂对石墨超细磨矿有非常明显的作用。
2.5 超细磨矿球矿比的探索
超细磨矿的球矿比直接影响微细产品的产率，当球矿比较小时，物料在磨机内填充量较大，此时能源利用率高，但是，产品中- 2μm 含量下降。当球矿比过大时，物料填充量小，产品的-2μm含量上升，但是磨矿介质磨损率高、能耗大。因此，适当的球矿比，既可以得到高的产品产率，又可以保持较低的能耗。该试验的试验条件是：2～0.5mm氧化铝球，磨矿浓度为25%，转速600r/min，助磨剂用量5%，磨矿时间1h，通过不同的球矿比考察-2μm含量的变化规律。表4 是各种球矿比对产品细度的影响结果。
从表4的试验结果可以看出，过高过低的球矿比都不合适，只有当球矿比为10∶1时，产品中-2μm含量最高。
2.6 超细磨矿时间试验
超细磨矿工艺中，需要以最短的时间获得最大的产品产率。因此，磨矿时间的探索直接与经济成本有关，低成本高产出一直是磨矿工艺探索的基本原则。本次试验在其他条件不变的情况下，通过对不同磨矿时间产品细度的考察，来探索最佳的磨矿时间。表5 是不同磨矿时间的产品细度结果。表5 中的数字表明，磨矿时间达到2 h 后，磨矿产品中-2μm含量增加缓慢，从能耗、生产成本等方面考虑，磨矿时间2h 比较适宜。
3 结论
(1)搅拌磨是石墨比较有效的超细磨矿设备，磨矿效率高、工艺简单、产品粒度细，可以有效地节省物力、财力，降低石墨超细磨矿的成本。
(2)石墨是一种片状矿物，在超细磨矿时，磨矿浓度不能参照常规的磨矿浓度，应该考虑到石墨的疏 水性和分散性较差的特点，才能探索出最佳的矿浆浓度规律。
(3)新研制的助磨剂可以改变磨矿结构，提高磨矿极限，因此，这种新的助磨剂在石墨超细磨矿中起着非常重要的作用。
(4)球矿比、磨矿转速、磨矿时间对磨矿效率都有很大的影响，过高过低都不适宜，最佳的磨矿条件应在有针对性和创新性的试验中获得。
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