采用分散处理来强化氟石矿的浮选试验研究

摘要：本文采用粒度分析和扫描电子显微镜的测量方法对墨西哥某氟石矿浆中的异性凝聚进行了试验研究。试验研究结果表明，在pH为9.0时，氟石矿浆中有强烈的异性凝聚，以矿泥罩盖的形式存在。这可能是由于悬浮液中氟石或者石英颗粒和方解石或者石英颗粒之间的的双电层引力，和很弱的氟石或者方解石颗粒之间的双电层斥力导致的。为了强化氟石在浮选中的可选性，采用了分散剂(CMC或水玻璃)对异性凝聚的消除进行了深入的研究。试验结果表明，采用CMC作为分散剂进行分散处理能够有效的提高氟石矿的可选性，氟石的回收率从72%提高至78.5%，同时CaF₂品位提升为98%。

关键字:非金属矿石, 细颗粒加工, 泡沫浮选

引言

当矿浆中含有部分细粒径颗粒时，我们常常观察到异性凝聚现象，它们由悬浮液中的两种或更多种矿物颗粒聚集在一起而形成。这不仅适用于各种各样细粒矿物颗粒之间的作用，同时也适用于细粒矿物与各种各样的粗粒矿物之间的作用。但后一种情况，我们称之为“矿泥罩盖”。矿浆中存在四种矿泥罩盖：脉石矿物罩盖粗粒脉石矿物、有价矿物罩盖粗粒有价矿物、脉石矿物罩盖粗粒有价矿物和有价矿物罩盖粗粒脉石矿物。前两种情形在泡沫浮选中已有所使用，其作用是用来强化矿粉的可浮性，俗称载体浮选。后两种情形对任何选矿情况下的工艺都非常有害，因为这个罩盖部分不论是以精矿回收还是尾矿进行收集，精矿品位或者回收率都会有所下降。因此，在任何选别工艺开始之前，有效消除矿浆中异性凝聚作用是非常必要的步骤，这就像选别有价矿物之前必须走的粉碎流程。

采用专门的分散剂进行分散处理，异性凝聚作用通常能够被减弱甚至消除。选矿中常用的分散剂有水玻璃、六偏磷酸钠、糊精、氟硅酸钠、CMC、丹宁酸和木质素磺酸盐等。当分散剂吸附在矿物颗粒表面的时候，悬浮液中颗粒之间的互斥力便会急剧增长。这样就形成了一个很高的势垒，阻止颗粒之间的进一步接近，这可以使矿浆保持在一个很好的分散状态。

本次试验中，我们试图探究氟石矿浆(来源于墨西哥圣路易斯波托西州的某选厂)中的杂聚物，同时在分散处理对氟石浮选的影响这一方向也进行了研究。氟石矿中含量为85%，主要与石英和方解石共生。为了满足氟石市场需求，必须通过分离石英的方法来生产CaF₂为97%的高品位氟石精矿。这一要求在选厂中已经实现，该厂以油酸为捕收剂，栲胶为分散剂进行泡沫浮选。该浮选回路包括一段粗选和两段精选，氟石回收率能够达到70%。很明显，浮选回路中氟石回收率还有进一步增长的余地。由于该厂处理能力非常大，如果改善工艺，使回收率进一步提高，则会使该厂获得巨大的经济利益。本次研究旨在探究分散处理在氟石浮选过程中，以提高回收率和精矿品位的形式强化氟石浮选的可能性。

2.试验

2.1原料

试验矿样取至MLC选厂的氟石浮选回路的给料部分。矿样中CaF₂含量85.86%，CaCO₃和SiO₂含量分别为6.41%和4.29%。试样颗粒的粒度分布见图1。试样中d₆₀为111um。

试验中，分散剂采用水玻璃(产于墨西哥)和CMC(产于墨西哥)，捕收剂为PQM-1710(一种油酸)，起泡剂为PQM-1704(一种醇，产于墨西哥)，分散剂为栲胶(产于墨西哥)。矿浆pH调整剂为纯碱。所有这些药剂都是工业纯。试验所用水全部取至选厂氟石浮选回路循环水。

2.2试验方法

2.2.1粒度分析

采用一系列的泰勒筛对试样进行粒度分析。首先，取200g干样与2L水在搅拌桶中混合30min，然后添加2%(质量百分比)的六偏硫酸钠作为分散剂。使用分散剂的目的是消除矿浆中细矿物颗粒的凝聚。接着将矿浆依次通过筛子，矿浆就被分为若干个粒级部分。然后烘干每一个部分的产品，并称重，从而得到矿样的粒度分布。当然，如果在没有分散剂的情况下进行粒度分析，那么矿浆中的凝聚物就会被认为是大颗粒。

2.2.2 SEM分析

采用A Philips MICROSPEC WDX电子扫描显微镜观察了矿浆中细粒矿物颗粒的凝聚和分散现象，获得分散颗粒和凝聚颗粒的SEM照片。此外，在SEM中结合 EDAX能谱仪来确定SEM照片中的矿物颗粒。

2.2.3浮选试验

采用丹佛实验室浮选槽进行浮选试验。首先，取500g矿样与2L水制备矿浆，同时添加足够的纯碱调节矿浆pH至9.0。然后添加1kg/t的分散剂(栲胶)和1kg/t捕收剂(PQM-1710)，并将矿浆至于浮选槽中静置10min。在某些情况下，在这一步添加一定量的分散剂，然后添加40g/t的起泡剂(PQM-1704)，并使矿浆静置30s。然后进行浮选粗选，再用两段浮选精选来提高粗选精矿。在浮选精选过程中不添加任何药剂。通过这个过程，将获得一个精矿、一个尾矿和两个中矿，将所有产品进行干燥、称重，并进行化学分析。每次试验重复三次。论文中使用的精矿品位和回收率均是三次试验结果的算数平均值。品位和回收率误差分别控制在plusmn;0.3%和plusmn;0.2%的范围内。

3.结果与讨论

试验过程中，粒度分析和SEM照片均用于研究萤石矿浆中聚合物(矿泥罩盖)。图1表明pH为9.0的矿浆在用六偏磷酸钠作为分散剂进行分散处理前后的粒度分布情况。从图中可知，萤石矿的粒度分布由于分散处理发生了改变。细粒部分(-38um)的质量百分数增加了7%，同时粒度在 38-45um、 45-75um和 75-106um范围内的质量百分数分别下降了2.5%、3.2%和0.7%。其他粒度范围基本无变化。众所周知，矿浆中如果有凝聚和矿泥罩盖现象，细粒级的颗粒将会进入粗粒级部分。这就导致细粒级部分(一般是-10um)的质量百分比小于实际的粒度分布，而粗粒级部分的质量百分比高于实际粒度分布。因此，图1所示结果表明萤石矿浆中有凝聚现象存在。

正如以前说过的，萤石、方解石、石英是萤石矿中的主要矿物存分。这些矿物都有他们各自的等电点，萤石、方解石和石英的等电点分别为9.0-10.0、9.5和1.8。在pH为9.0时，石英颗粒带负点，萤石和方解石颗粒带正电，但是趋向于零电点。根据DLVO理论，胶状悬浮液中集合体的稳定性取决于颗粒之间潜在的势垒。这种势垒是由于双电层和范德华力的相互作用导致，它能够阻止颗粒相互靠近。对于胶装悬浮液中的萤石-石英和方解石-石英系统，在溶液pH值为9.0时，颗粒之间的范德华力和双电层力都是引力，这是因为相互作用的粒子带相反电荷。因此，萤石颗粒与石英颗粒或者方解石颗粒与石英颗粒之间的相互作用的总势能在任意距离之内都表现为引力。换句话说，这些颗粒之间没有势垒。因此，萤石-石英和方解石-石英颗粒中有强烈的杂聚现象。对于胶状悬浊液中的萤石-方解石系统，在pH值为9.0时，颗粒之间的范德华力表现为引力，而双电层力表现为微弱的斥力，因为这两种矿物的零电点均趋向于0，导致颗粒之间一个微弱的势垒，因此形成杂聚物。这个萤石、方解石和石英的杂聚机理可应用于pH值为9.0时的萤石矿浆，如图1所示。

图2所示为pH值为9.0的不加分散过程的萤石矿浆中矿物颗粒的SEM照片。通过EDS分析已鉴定出各具体矿物。如图2a所示，粗粒萤石颗粒被许多粒度在0~5um的细粒方解石罩盖。图2b所示则刚好相反，粗粒方解石颗粒被许多细粒萤石罩盖。事实上在pH为9.0时，萤石矿悬浊液中有很强的矿泥罩盖现象。

对于萤石原矿分散处理前后的每一个粒级都进行了化学分析，来获取CaF2、CaCO₃和SiO₂含量。结合分析结果和图1所示的粒度分布，萤石、方解石和石英在每一粒级中的分布进行了统计和阐述，见图3。读图可知，经过分散处理的矿浆中，萤石、方解石和石英在-38um粒级中的分布(真实的分布)分别为25.3%、33.1%和49.2%。这意味着矿样中的脉石矿物，特别是石英矿要比萤石矿细的多。然而，在未经过分散处理的萤石矿浆中，萤石、方解石和石英在相同粒级中的分布分别为22.1%、19.9%和18.8%。两者之间萤石、方解石和石英的差别分别为3.2%、13.3%和30.4%。同时，处理过程还能减少以上三种矿物在38-106um粒级的分布。在粒级为38-45um的减少要明显高于在粗粒级的减少。显而易见，萤石矿浆中存在杂聚现象，-38um的细粒级以聚合物和矿泥罩盖的形式进入38-106um粒级中。杂聚现象不仅出现在细粒脉石矿物中，在细粒萤石矿中也有。当然，结果表明在矿浆中，细粒方解石和石英比细粒萤石更容易聚集。在pH为9.0时，石英颗粒表面带很强的负电荷，细粒的石英颗粒不可能发生聚集和矿泥罩盖。因此，细粒石英会罩盖在粗粒萤石或方解石颗粒上，这就阻止了粗粒萤石颗粒在浮选过程中被选出来。

从上面试验结果表明，通过消除矿浆中的聚合物能够有利于萤石浮选。因此本次试验研究了分散处理对萤石浮选的强化试验。本次萤石浮选试验采用常规浮选方案，以油酸作为捕收剂，烤胶作为分散剂。(Crozier, 1992;Raju and Prabhakar, 2000) 图4表明萤石浮选过程中采用或不采用分散处理所得精矿中CaF2品位的变化。图中所示结果为一次粗选和两次精选所得。由图可知，不采用分散处理，能够获得回收率大约为72%，CaF₂品位为98%的精矿。然而，采用分散处理过程，CaF₂品位和回收率曲线上移，表明萤石浮选效率有所改善。以水玻璃和CMC作为分散剂进行分散处理，能够分别提高萤石回收率到75%和78.5%，增量分别为3%和6.5%，并且保证精矿品位不变。确实，分散过程能够很大的改善萤石矿的浮选效率。

萤石浮选精矿品味和回收率与分散过程中水玻璃添加剂含量之间的曲线关系见图5。由图可知，随着水玻璃含量从0变至1kg/t，精矿中CaF₂品位从97.8%提升至98.4%，提高幅度较小。这标明分散过程消除了细粒萤石颗粒罩盖与粗粒脉石矿物颗粒表面，从而防止了脉石颗粒被选入浮选精矿中。回收率随着水玻璃添加剂的增加先有小幅升高，到达最大值以后开始降低。在水玻璃用量为0.5kg/t时，回收率的增量为2%。回收率小幅升高的原因应该是由于消除了矿浆中细粒脉石矿物颗粒在粗粒萤石矿物颗粒上的罩盖，导致萤石矿物被选入精矿中。

萤石浮选精矿品味和回收率与分散过程中CMC添加剂含量之间的曲线关系见图6。由图可知，CaF2品位和回收率随着CMC添加剂用量的增加而增加。CaF2品位和回收率的增加幅度在CMC用量较低时明显高于CMC用量较高时。在CMC用量为1kg/t时，CaF₂品位增量为大约为0.7%，回收率的增量大约为4%。表明CMC在强化萤石浮选过程中是很好的分散剂。

以CMC为分散剂对萤石矿浆进行分散处理，并对其中的颗粒进行SEM分析。图7为颗粒SEM分析中的一张图片。读图可知，粗粒萤石颗粒和粗粒方解石颗粒表面都没有矿泥罩盖现象。标明这个分散处理对于消除萤石矿浆中的杂聚物十分有效。

众所周知，CMC(羧甲基纤维素)是一种以beta;-alpha;-葡萄糖为基础单元的聚合物(Laskow- ski and Pugh, 1992)，葡萄糖单元如图8所示。羧基的出现使它成为一种阴离子聚合物，在碱性溶液中会完全的电离。随着羧基与矿物表面的相互靠近，CMC分子吸附在矿物水化物的表面形成长链聚合物层。根据空间稳定理论(Morrison and Ross, 2002; Hiemenz and Rajagopalan, 1997; Sato and Ruch, 1980)，表面吸附有长链聚合物的颗粒之间会形成很强的空间位阻，致使胶态溶液处于很好的分散状态。在本试验中，CMC在pH值为9.0的悬浊液以化学吸附的形式吸附中的萤石颗粒和方解石颗粒表面，形成羧酸钙(Crozier, 1992)，从而是矿物颗粒表面带负电。这种吸附会使悬浮液中的萤石颗粒和方解石颗粒之间产生很强的空间位阻，从而使矿物颗粒形成稳定的分散状态。换句话说，在pH值为9.0的悬浊液中石英颗粒表面带有很强的负电，阻止阴离子聚合物(CMC)的靠近，使CMC无法吸附在石英水化膜表面。然而，CMC在萤石矿颗粒表面的吸附使颗粒表面带负电，使悬浮液中的萤石-石英颗粒之间的双电层相互作用由相互力由引力变成斥力。这个斥力会在悬浊液中的颗粒之间形成很高的势垒，阻止矿浆中的石英和萤石颗粒的杂聚。这有可能是CMC充分的分散萤石矿浆而改善萤石浮选流程的机理，如图6所示。

4.结论

Minera de los Cuervas选厂的浮选回路矿浆在pH值为9.0时有很强的聚合现象，以矿泥罩盖的形式存在，不利于萤石矿的浮选。聚合物的形成机理可能是由于悬浊液中萤石/石英颗粒与方解石/石英颗粒之间的引力，和萤石/方解石颗粒之间的微弱斥力导致的。采用化学分散剂进行分散处理能够有效消除聚合现象，强化萤石矿的浮选效果。研究表明，萤石浮选过程中采用CMC作为分散剂进行分散处理，能够提高萤石回收率从72%至78.5%，同时保证精矿品位达到98%。

致 谢

向墨西哥国家科学技术委员会的财政支持表示感谢

参考文献

Atesok, G., Boylu, F., Celik, M.S., 2001. Carrier flotation for desulfurization and deashing of difficult-to-float coals. Minerals Engineering 14, 661–670.

Conley, F.R., 1996. Practical Dispersions: A Guide to Understanding and Formulating Slurries. Wiley-VCH, New York.

Crozi

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[150501]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word