翟高松 張晉霞,2 劉 星 徐 亮 劉忠義

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點實驗室)

某微細粒赤鐵礦純礦物的絮凝試驗研究*

翟高松1張晉霞1,2劉 星1徐 亮1劉忠義1

(1.華北理工大學礦業(yè)工程學院；2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點實驗室)

絮凝團聚可增大微細粒礦物的尺寸，有利于后續(xù)選別。以平均粒徑為10.13 μm的司家營赤鐵礦純礦物為試驗礦樣，分別考察絮凝劑種類及用量、礦漿pH、攪拌制度等因素對絮團粒度和沉降率的影響。試驗結(jié)果表明：以支鏈淀粉為絮凝劑、用量為120 mg/L，在礦漿pH值為6、攪拌速度為1 000 r/min、攪拌時間3 min的最佳條件下，赤鐵礦純礦物可絮團至35 μm左右，沉降率高于97%，指標較好，可為赤鐵礦絮凝分選提供參考依據(jù)。

赤鐵礦純礦物 絮凝 絮團粒度 沉降率

隨著我國鐵礦石資源的不斷開發(fā)利用，貧難選鐵礦石逐漸成為鐵的主要來源。赤鐵礦占我國鐵礦資源的97%，結(jié)構(gòu)復雜、嵌布粒度極細，需較大磨礦細度才能有效解離，成為國內(nèi)外公認的選別難度最大的鐵礦石之一，至今仍未有經(jīng)濟有效的選別利用方法。鞍本地區(qū)的赤鐵礦石需要磨至-0.076 mm占90%左右時，赤鐵礦才能有效單體解離[1-3]。唐山司家營鐵礦入選的磨礦細度需達到-0.054 mm占90%、太鋼袁家村鐵礦則需磨礦至-0.045 mm占90%左右時才能有效選別，但仍有部分赤鐵礦與石英、綠泥石及黏土類礦物夾雜共生，影響鐵金屬的回收率。但當?shù)V物粒度小至10～15 μm時，浮選已基本不能有效進行，而絮凝分選可以顯著增大目的礦物的有效尺寸，滿足后續(xù)分選的粒度要求[4]。絮凝分選具有選擇性好、工藝設(shè)備簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點，自20世紀30年代開始應(yīng)用，近年來廣泛應(yīng)用于微細粒赤鐵礦石的選別。楊慧芬[5]等以草分枝桿菌作為絮凝劑，采用重力沉降法分別絮凝赤鐵礦、石英。結(jié)果表明，草分枝桿菌對赤鐵礦的絮凝能力明顯優(yōu)于石英。劉安榮[6]等利用改性聚丙烯酰胺作為絮凝劑對貴州某高鋁硅赤鐵礦石進行絮凝分選試驗研究，最終獲得了鐵品位為54.40%、回收率為71.16%的鐵精礦。R.D.帕斯克[7]等利用油酸鈉作為絮凝劑分離赤鐵礦和石英，發(fā)現(xiàn)油酸鈉對赤鐵礦具有較好的絮凝效果，明顯提高了其回收率。因此，探索出在不同絮凝分選條件下微細粒赤鐵礦絮凝的效果，對于合理開發(fā)利用該鐵礦資源具有重要意義。

對司家營微細粒級赤鐵礦純礦物試樣進行絮凝試驗，以確定適宜的絮凝條件，并獲得良好的試驗指標。

1 試樣性質(zhì)

赤鐵礦純礦物的主要化學成分分析結(jié)果見表1，粒度分析結(jié)果見圖1，XRD分析結(jié)果見圖2。

表1 試樣主要化學成分分析結(jié)果 %

成分Fe2O3SiO2CaOAl2O3MgOK2OP2O5Na2O含量96.982.350.090.630.320.050.600.06

圖1 試樣粒度分析結(jié)果

圖2 試驗XRD分析結(jié)果

從表1可知，試樣Fe2O3含量為96.98%，雜質(zhì)成分以SiO2為主，占2.35%，Al2O3、P2O5等少量。XRD分析結(jié)果也表明該試樣純度較高。從圖1中可以看出，試樣粒度分布在9～20 μm，占74.39%，其次為0～9 μm，占25.60%，+100 μm及其他粒級含量較少。計算知赤鐵礦試樣平均粒徑為10.13 μm，粒度較細。

2 試驗儀器與方法

主要試驗儀器：TZC-4型顆粒測定儀是由高精度電子沉降天平和計算機及顆粒度數(shù)據(jù)處理軟件組成的全智能化顆粒粒度測定儀器，上海衡平儀器儀表廠生產(chǎn)。配套的沉降玻璃杯，最大刻度為1 600 mL；H2025G型電動攪拌器是由單片機控制的儀器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司生產(chǎn)。

取2 g試樣(W0，礦物質(zhì)量)置于沉降玻璃杯中，加入500 mL蒸餾水后，用氫氧化鈉或硫酸(均為分析純)調(diào)節(jié)礦漿pH，經(jīng)超聲震蕩10 min，再加入絮凝劑配成的溶液并加蒸餾水至1 100 mL刻度處，然后采用H2025G型電動攪拌器在一定攪拌制度下攪拌。攪拌后迅速移至TZC-4型顆粒儀上進行絮團粒度和沉降率測定。待顆粒測定儀中電子沉降天平讀數(shù)(W，已沉降礦物的質(zhì)量)穩(wěn)定后，計算沉降率Es。

通過測定赤鐵礦純礦物試樣絮凝沉降后絮團的粒度大小和沉降率來表征絮凝效果。絮團粒度以30～40 μm為佳，沉降率越接近100%說明赤鐵礦絮凝效果越好。分別考察不同絮凝劑種類、用量和絮凝溶液pH值和不同攪拌制度等因素對試樣絮凝效果的影響。

3 絮凝試驗結(jié)果與討論

3.1 絮凝劑種類和pH值條件試驗

在攪拌速度1 000 r/min、攪拌時間為2 min的攪拌制度下，分別添加120 mg/L的支鏈淀粉、氧化淀粉、木薯羥丙基淀粉、馬鈴薯醋酸酯淀粉為絮凝劑，礦漿取不同pH值。分別考察4種不同絮凝劑在不同礦漿pH條件下微細粒級赤鐵礦純礦物試樣的絮團粒度大小和沉降率的影響，絮凝結(jié)果分別見圖3和圖4。

從圖3可以看出，對于支鏈淀粉，隨著礦漿pH值的逐漸增大，絮團粒度先減小后增大，當?shù)V漿pH值為9時絮團粒度達到最小值。對于氧化淀粉、羥丙基淀粉、醋酸酯淀粉，絮團粒度則呈先增大后減小的趨勢，當pH值為9時，以氧化淀粉和羥丙基淀粉為絮凝劑絮團粒度達到最大值。醋酸酯淀粉在pH值為6時團粒度達到最大值。由于絮團最佳粒度為30～40 μm，因此pH值為6時選擇支鏈淀粉作為絮凝劑，絮團粒度接近35 μm。pH值為9時氧化淀粉作為絮凝劑最為適宜。

圖3 不同絮凝劑、不同pH值對絮團粒度的影響

從圖4可以看出，對于支鏈淀粉，礦漿pH值對赤鐵礦絮團沉降率的影響不大，沉降率均維持在95%以上的較高水平。對于氧化淀粉，隨著礦漿pH值的增大，赤鐵礦沉降率在礦漿pH值為6時達到最大值但不足90%。對于羥丙基淀粉，在礦漿pH值增大到9以上時，赤鐵礦沉降率達到以支鏈淀粉為絮凝劑時的沉降率水平。絮凝劑為醋酸酯淀粉時，赤鐵礦沉降率在礦漿pH值為6時達到最大值仍不到90%?？紤]pH調(diào)整對成本的影響和沉降率隨礦漿pH值的波動程度，選擇支鏈淀粉作為絮凝劑為宜。

圖4 不同絮凝劑、不同pH值對赤鐵礦絮團沉降率的影響

綜合考慮絮團粒度，確定在pH為6時，以支鏈淀粉為絮凝劑絮凝效果最好。此時絮團粒度接近35 μm，沉降率高達97%。

3.2 不同用量的支鏈淀粉對赤鐵礦絮凝試驗的影響

固定礦漿的pH值為6、攪拌制度為攪拌速度 1 000 r/min、攪拌時間為2 min，考察不同用量的支鏈淀粉對絮凝效果的影響，結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 不同用量的支鏈淀粉對赤鐵礦絮團粒度的影響

圖6 不同用量的支鏈淀粉對赤鐵礦沉降率的影響

從圖5、圖6可以看出，絮團粒度和赤鐵礦沉降率均隨支鏈淀用量的增加而呈先上升后下降的趨勢。在支鏈淀粉用量為120 mg/L時，絮團粒度和沉降率均達到峰值，絮團粒度為36 μm，沉降率為97%左右。因此選擇絮凝劑支鏈淀粉用量為120 mg/L。

3.3 不同攪拌速度對赤鐵礦絮凝效果的影響

在礦漿pH值為6、支鏈淀粉用量為120 mg/L、攪拌時間為2 min的條件下，進行攪拌速度條件試驗，結(jié)果見圖7。

圖7 不同攪拌強度對赤鐵礦絮團粒度的影響

從圖7可以看出，隨著攪拌速度的增加，絮團粒度逐漸降低。強烈攪拌會導致支鏈淀粉的分子鏈斷裂，降低絮凝效果，攪拌速度過慢則使絮團粒度過大。盡管攪拌速度為800 r/min時絮團粒度較大，但粒度變化較大。當攪拌速度達到1 000 r/min后，絮團粒度下降很慢，絮團較為穩(wěn)定。因此選擇攪拌速度為1 000 r/min，此時絮團粒度大于30 μm，符合要求，沉降率指標也較好。因此，確定轉(zhuǎn)速為1 000 r/min時最為適宜。

3.4 不同的攪拌時間對赤鐵礦絮團粒度的影響

在礦漿pH值為6、攪拌速度為1 000 r/min的條件下，加入120 mg/L支鏈淀粉，進行攪拌時間條件試驗，結(jié)果見圖8。

圖8 不同攪拌時間對赤鐵礦絮團粒度的影響

從圖8可以看出，隨著攪拌時間的延長，赤鐵礦絮團粒度逐漸增大，增大幅度先快后慢。當攪拌時間為3 min時，繼續(xù)延長攪拌時間，絮團粒度增大不明顯，逐漸穩(wěn)定。原因為攪拌時間延長，絮凝劑與微細粒礦物顆粒表面的作用時間增加，絮凝劑分子在礦物顆粒上的吸附量增加，有利于體系的絮凝。而絮凝體的產(chǎn)生，降低了礦漿中礦物顆粒濃度，單位時間內(nèi)微細粒礦物表面的藥劑吸附量也會降低，生成絮團的速度變慢。綜合考慮到攪拌實際操作的可行性和絮團粒度穩(wěn)定性，絮凝時間確定為3 min，絮團粒度為35 μm，此時沉降率高達98%。

在條件試驗的最佳絮凝條件對赤鐵礦純礦物進行絮凝，最終可獲得粒度為36 μm，沉降率98.5%的絮團，指標較好。

4 結(jié) 論

(1)司家營赤鐵礦純礦物Fe2O3含量為96.98%，粒度較細，平均粒徑為10.13 μm。以絮團粒度和赤鐵礦沉降率為絮凝效果衡量指標，采用TZC-4型顆粒測定儀對其進行絮凝試驗，考察不同絮凝劑、礦漿pH值和攪拌制度對微細粒級赤鐵礦純礦物絮凝效果的影響。

(2)以支鏈淀粉為絮凝劑，赤鐵礦沉降率較氧化淀粉、木薯羥丙基淀粉、馬鈴薯醋酸酯淀粉受礦漿pH值影響較小，表現(xiàn)出較高的沉降水平。絮團粒度在礦漿pH為6時接近35 μm，沉降率高達97%。在支鏈淀粉用量為120 mg/L時，在最佳的礦漿pH和攪拌制度下，赤鐵礦純礦物試樣可絮團到30～40 μm的理想粒度，且赤鐵礦沉降率均在97%以上，取得了較好的試驗效果。

[1] 李宏建,劉軍.國內(nèi)赤鐵礦選礦技術(shù)進展[J].山東工業(yè)技術(shù),2014(18):62.

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[4] 牛福生，張晉霞，白麗梅，等.微細粒鐵礦物絮凝分選技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].金屬礦山，2014(12)：85-89.

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[6] 劉安榮,聶登攀,趙偉毅,等.貴州某高鋁硅赤鐵礦絮凝分選試驗[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(9):88-90.

[7] R.D.帕斯克,E.道哈特,吳永云.赤鐵礦的油酸鈉剪切絮凝和浮選[J].國外選礦快報,1998(24):4-7.

*國家大學生創(chuàng)新項目(編號：201410081022)。

2015-07-10)

翟高松(1993—)，男，063009 河北省唐山市路南區(qū)新華西道46號。