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        藍(lán)晶石、石英及黑云母的浮選動力學(xué)研究

        2014-04-01 02:45:12張晉霞譚晴晴張曉亮趙靖雯牛福生
        中國礦業(yè) 2014年11期
        關(guān)鍵詞:浮游黑云母收劑

        張晉霞,譚晴晴,張曉亮,趙靖雯,牛福生

        (1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063009;2.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)開發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 唐山 063009;3.河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì),河北 唐山 063000)

        浮選動力學(xué)主要是研究浮選過程在不同條件影響下隨時(shí)間的變化規(guī)律,認(rèn)為浮選過程動力學(xué)與一級化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的原理相似,即把礦粒與氣泡的相互作用等同于化學(xué)反應(yīng)過程中分子、原子或離子等粒子之間的相互作用。

        但是在后續(xù)的研究中發(fā)現(xiàn),浮選過程與化學(xué)反應(yīng)過程相似但還是有一定的偏差的,即浮選物料及其浮選性質(zhì)在浮選槽內(nèi)的空間分布是不均勻的。因此,同一物料的浮選速度常數(shù)在浮選過程中不是恒定不變的,于是對浮選動力學(xué)研究有了進(jìn)一步的發(fā)展。目前具有典型代表的浮選動力學(xué)模型有經(jīng)典一級浮選方程,n級浮選速度方程,矩形分布模型等。應(yīng)用浮選動力學(xué)模型分析礦物的浮游性,對于優(yōu)化浮選工藝流程、提高礦物分選指標(biāo)等具有重要的意義。

        本文以邢臺地區(qū)藍(lán)晶石礦為例,以十二胺為捕收劑,以淀粉作為抑制劑,對其主要的三種礦物(藍(lán)晶石、石英及黑云母),采用單礦物分批浮選的實(shí)驗(yàn)方法,從可浮性方面系統(tǒng)分析了礦物的浮游特性及其動力學(xué)特性,在此基礎(chǔ)上建立了礦物浮選的動力學(xué)模型,為改善浮選的選擇性及推動浮選新工藝的發(fā)展提供一定的參考。

        1 礦樣、試劑與實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 礦樣

        試驗(yàn)用的藍(lán)晶石、石英及黑云母礦樣均取自河北邢臺魏魯?shù)貐^(qū)。礦物純度分別為98.15%、99.80%和99.20%,粒度為—0.105+0.043mm,滿足試驗(yàn)要求。對制備好的純礦物進(jìn)行了熒光光譜分析,見表1。

        表1 試驗(yàn)用純礦物熒光光譜分析/%

        1.2 主要試劑

        本研究采用十二胺鹽酸鹽(DAH)作為浮選捕收劑,淀粉作為抑制劑。

        1.3 單礦物分批浮選試驗(yàn)

        每次試驗(yàn)用單礦物2.0g,在掛槽式浮選機(jī)(浮選槽容積為40mL)中進(jìn)行浮選試驗(yàn),按抑制劑、捕收劑的順序加藥后,開始分段、連續(xù)刮泡0.1min、0.2min、0.3min、0.4min 、1.0min、1.5min、1.5min,累計(jì)5min,分別得到精礦1、精礦2、精礦3、精礦4、精礦5、精礦6、精礦7。試驗(yàn)過程中浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1920r/min,試驗(yàn)結(jié)束后烘干精礦和尾礦并稱重,計(jì)算浮選回收率。

        2 礦物浮選試驗(yàn)結(jié)果

        2.1 無苛性淀粉條件下十二胺用量對礦物浮選的影響

        圖1表示在pH為6.5、不加苛性淀粉、不同十二胺用量條件下,礦物浮選累計(jì)回收率與浮選時(shí)間的關(guān)系。

        由圖1可以看出,三種礦物的浮游速度變化都比較大。對藍(lán)晶石而言,隨著浮選時(shí)間的增加,回收率也隨著捕收劑用量的增加而增加,在浮選時(shí)間為2.5min左右浮選基本結(jié)束,再隨著浮選時(shí)間的增加,回收率變化很小。十二胺的不同濃度對藍(lán)晶石的影響較大,在浮選時(shí)間2min時(shí),藍(lán)晶石的回收率由6mg/L的25.87%左右增加到24mg/L的59.50%。十二胺的濃度對石英的影響較小,當(dāng)十二胺的濃度為12mg/L,2.5min的回收率就可達(dá)到94.01%,后繼續(xù)增加十二胺的濃度,石英的回收率增加幅度較小。十二胺對黑云母的影響也較大,隨著浮選時(shí)間的增加浮游速度變化較大,后隨著時(shí)間的繼續(xù)增加浮游速度降低。十二胺對黑云母的影響與石英相似,在十二胺濃度為12mg/L時(shí),回收率峰值為71.01%。

        2.2 加入苛性淀粉條件下十二胺用量對礦物浮選的影響

        圖2為加入苛性淀粉條件下十二胺用量對不同礦物浮選的影響。

        由圖2可以看出,石英及黑云母的浮游速度變化較大,隨浮選時(shí)間的延長浮游速度降低。對石英而言,十二胺濃度達(dá)到12mg/L之前,5min累計(jì)回收率隨捕收劑用量的增加而略有增加,并最終穩(wěn)定在91%左右,回收率大于90%對用的浮選時(shí)間可以由5min左右減少到2.5min左右。十二胺對黑云母的影響與石英相似,回收率峰值為70.20%,回收率大于70%相對應(yīng)的浮選時(shí)間由5min減少到2.5min左右。對藍(lán)晶石而言,十二胺用量對其浮游性影響與其他兩種礦物不同,5min累計(jì)回收率由12mg/L的15.54%提高到36mg/L的24.52%??偟膩砜?,十二胺對石英、黑云母可浮性影響不大,對藍(lán)晶石影響較大,礦物可浮性的順序?yàn)槭?黑云母>藍(lán)晶石。

        圖1 不加苛性淀粉條件下礦物累計(jì)回收率與浮選時(shí)間的關(guān)系

        圖2 不同十二胺濃度條件下礦物累計(jì)回收率與浮選時(shí)間的關(guān)系

        2.3 苛性淀粉用量對礦物可浮性的影響

        圖3表示pH6.5,十二胺用量為12mg/L時(shí),不同苛性淀粉用量條件下,礦物浮選累計(jì)回收率與浮選時(shí)間的關(guān)系。

        圖3 不同苛性淀粉濃度條件下礦物累計(jì)回收率與浮選時(shí)間的關(guān)系

        由圖3可以看出,5min累計(jì)浮選回收率,藍(lán)晶石由不加苛性淀粉的43.27%下降到添加苛性淀粉20mg/L時(shí)的5.23%,石英由94.01%下降到88.00%,黑云母由71.01%下降到68.61%。經(jīng)分析可知,苛性淀粉對石英及黑云母的可浮性影響較小,而藍(lán)晶石可浮性有較大程度的降低,其浮選回收率下降了38.04%,浮選前期石英與黑云母的浮游速度都比較快,2min后浮選速度變得較為緩慢。整體而言,捕收劑用量一定時(shí),苛性淀粉對藍(lán)晶石與石英的可浮性影響較大,對黑云母的影響較小。

        3 礦物浮選速度常數(shù)及其分布

        (1)

        (2)

        式中,S表示礦物浮選過程K值的標(biāo)準(zhǔn)差。

        表2 礦物浮選速度常數(shù)

        由表2可以看出,不加抑制劑苛性淀粉時(shí)三種礦物的K值較大且趨勢是隨浮選的進(jìn)行K值先增大后降低,S標(biāo)準(zhǔn)差表明K值在浮選過程中波動較大。加入苛性淀粉后,藍(lán)晶石的K值變化較為明顯,而石英及黑云母的變化較小,尤其是黑云母,說明苛性淀粉的加入對黑云母的可浮性影響較小,這與前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。不加抑制劑時(shí),石英、黑云母與藍(lán)晶石之間的平均K值相比分別為1.63、1.24,加入苛性淀粉后,平均值之比變?yōu)?0.26、8.15,可見以十二胺為捕收劑,添加適量的苛性淀粉可顯著擴(kuò)大礦物浮游速度之間的差異。

        藍(lán)晶石、石英與黑云母的浮選過程 K 值的分布采用陳子鳴提出的積分復(fù)原法進(jìn)行分析,三種礦物的浮選速率常數(shù)分布計(jì)算結(jié)果見圖4。

        圖4 礦物浮選速度常數(shù)分布

        從圖4中可以看出,無苛性淀粉作用時(shí)礦物浮選速率常數(shù)分布范圍較寬,藍(lán)晶石礦K值分布在0~3.5min-1,2.45~2.92min-1占37.35%,0~1.29 min-1占19.96%,1.93~2.45 min-1占18.23%,2.92~3.50min-1占15.62%,1.29~1.93min-1占8.84%;石英的K值分布在0~6.35 min-1,2.62~4.76 min-1占79.66%,0~2.62 min-1占15.60%,4.76~6.35 min-1占4.74%;黑云母的K值分布在0~5.58 min-1,0~1.02 min-1占60.64%,1.02~2.59 min-1占28.50%,2.59~5.58 min-1占10.86。

        加入苛性淀粉后礦物的浮選速率常數(shù)分布范圍變窄,藍(lán)晶石K值分布在0~0.45 min-1,0~0.16 min-1占8.94%,0.16~0.45 min-1占91.06%;石英的K值分布在0~3.95min-1,0~2.62 min-1占15.96%,2.62~3.95 min-1占84.04%,黑云母的K值分布在0~3.45 min-1,0~1.02 min-1占79.93%,1.02~1.45 min-1占5.27%,1.45~3.45% min-1占14.80%。

        4 浮選動力學(xué)模型建立

        本論文對加入苛性淀粉后三種礦物的浮選回收率與浮選時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,研究采用了經(jīng)典的一級動力學(xué)模型。

        MATLAB是目前工科領(lǐng)域較常用的科學(xué)計(jì)算軟件,在解決非線性最小化、曲線擬合、方程求解等方面顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢,應(yīng)用MATLAB非線性最小二乘擬合函數(shù)lsqcurvefit對原始數(shù)據(jù)(表2中加入淀粉數(shù)據(jù))進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果見圖5。

        圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)虛線部分是用試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的曲線,而實(shí)線部分是擬合的曲線,從圖中可以看出石英與黑云母的決定系數(shù)較高,而藍(lán)晶石相對稍低一些。石英、黑云母、藍(lán)晶石的累計(jì)回收率擬合值域試驗(yàn)值相關(guān)性R2分別為0.97、0.98和0.96,表明模型擬合精度較高可模擬礦物的浮選過程。

        圖5 礦物浮選累計(jì)回收率擬合曲線

        5 結(jié)論

        1)以十二胺為捕收劑,pH值6.5時(shí),石英、黑云母和藍(lán)晶石存在一定的浮游性差異。十二胺對礦物可浮性的大小順序?yàn)槭?黑云母>藍(lán)晶石。加入抑制劑苛性淀粉后,石英及黑云母仍保持較好的浮游性,而藍(lán)晶石的浮游性較差,可較好的實(shí)現(xiàn)藍(lán)晶石與其他礦物之間的浮選分離。

        2)K值在浮選過程中不是恒定不變的,加入抑制劑后K值分布范圍明顯變窄。無抑制劑時(shí),石英、黑云母與藍(lán)晶石之間的平均K值相比分別為1.63、1.24,加入淀粉后,平均值之比變?yōu)?0.26、8.15??梢?,以十二胺為捕收劑,添加適量的淀粉可顯著擴(kuò)大礦物浮游速度之間的差異。

        3)采用經(jīng)典的浮選一級動力學(xué)進(jìn)行模擬,擬合后的石英、黑云母及藍(lán)晶石模型回收率擬合值與試驗(yàn)值相關(guān)性R2分別為0.97、0.98和0.96,表明模型擬合精度較高可模擬礦物的浮選過程。

        [1] 陳子鳴,吳多才.浮選動力學(xué)研究之二:浮選速度常數(shù)分布密度函數(shù)的復(fù)原[J].有色金屬:選冶部分,1978(11):27-33.

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