孟維,莫紅兵,周偉,許峰,徐偉箭?,歐恩才

(1.湖南大學 化學化工學院,湖南 長沙,410082; 2.湖南城市學院 材料與化學工程學院,湖南 益陽,413000)

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α-亞硝基-β-萘酚活化浮選氧化鋅礦試驗研究*

孟維1,2,莫紅兵1,周偉1,許峰1,徐偉箭1?,歐恩才1

(1.湖南大學 化學化工學院,湖南 長沙,410082; 2.湖南城市學院 材料與化學工程學院,湖南 益陽,413000)

采用α-亞硝基-β-萘酚為活化劑和十八胺為捕收劑對氧化鋅礦石浮選,并考察其作用機理.結(jié)果表明,活化劑、捕收劑、分散劑的類型和用量是影響鋅的品位和回收率的主要因素,α-亞硝基-β-萘酚是氧化鋅礦石浮選的有效活化劑.用木質(zhì)素磺酸鈣作為分散劑,經(jīng)α-亞硝基-β-萘酚活化后,在pH = 9.5時,鋅的品位從初始等級的22.30%達到了38.26%,回收率達到87.90%.紅外光譜分析表明,在礦物表面α-亞硝基-β-萘酚和Zn2+配位通過Zn-O鍵形成六元環(huán),從而增強礦物表面的疏水性.

α-亞硝基-β-萘酚;十八胺;活化劑;氧化鋅礦石;浮選

氧化鋅礦石資源極其豐富,是一種很有潛力的金屬資源[1].隨著易選硫化鋅資源的日益枯竭,人們越來越重視氧化鋅礦的利用和回收.黃原酸鹽和胺類是氧化鋅礦石浮選最常用的捕收劑,然而在浮選過程中,使用它們作為捕收劑不可避免地導致大量的試劑浪費、浮選效率低且工藝流程復雜[2-4].因此,為了解決這一問題,學者們非常關注有機螯合劑在浮選中的應用和機理,因為有機螯合劑能選擇性地與礦漿中活化金屬離子作用形成穩(wěn)定的可溶性螯合物,從而防止礦漿中活化金屬離子吸附到礦物表面[5].

目前,工業(yè)上用于氧化鋅礦石浮選最常用的技術是利用Na2S/NaHS的硫化作用,隨后通過常規(guī)的胺類陽離子捕收劑來處理[3-4,6-7].然而,由于硫離子的硫化作用使得礦物表面變得具有一定的親水性,導致氧化鋅礦石浮選效率低.因此,增強礦物表面的疏水性是氧化鋅礦石浮選過程的一個關鍵因素.α-亞硝基-β-萘酚是雙官能團的螯合劑,最初作為一種試劑用于鈷的測定,也作為捕收劑用于鈷鐵礦和黑鎢礦的浮選,它還能與Zn(II),Fe(III),Cu(II),Zr(IV),Ni(II),Pa(II)和Ur(VI)離子螯合形成不溶于水的絡合物,具有較高的選擇性[8].此外,α-亞硝基-β-萘酚衍生物作為活化劑用于赤鐵礦和鐵礬土的浮選[9-11].據(jù)我們所知,目前還沒見利用α-亞硝基-β-萘酚做活化劑浮選氧化鋅礦石的報道.本文以α-亞硝基-β-萘酚做活化劑和十八胺做捕收劑對氧化鋅礦石浮選,考察了pH值、試劑的濃度和不同分散劑對鋅的品位和回收率的影響,并通過紅外光譜研究探討了浮選作用機理,為α-亞硝基-β-萘酚活化浮選氧化鋅礦石提供了理論基礎.

1 實驗部分

1.1 礦樣

氧化鋅礦石標本取自重慶省石柱縣.將原礦用鄂式破碎機破碎,再用棒磨機磨細,然后篩分成不同粒級的樣品備用.機理研究中,原物(鋅的品位為35.73%)通過手選,為黃褐色的晶體.原礦主要成分分析和原礦物相組成分析分別列在表1和2中.

1.2 試劑和儀器

α-亞硝基-β-萘酚、六偏磷酸鈉、硅酸鈉、十八胺和木質(zhì)素磺酸鈣均為分析純.實驗用水為去離子水.

HF/PE 60×100(mm)顎式破碎機;Hf/XMB Φ200×240(mm)棒磨機;0.5 L XFD浮選單元;WQF-410傅立葉紅外光譜儀.

1.3 試驗方法

浮選工藝:稱取磨好的礦樣50 g,加去離子水定容至100 mL后攪拌調(diào)漿2 min,用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到終點,將樣品加入浮選機,加入一定濃度浮選藥劑(以調(diào)整劑、捕收劑、起泡劑順序添加)并每次加藥后攪拌5 min,測定 pH 值后,浮選5 min,將所得產(chǎn)品烘干、稱量,采用EDTA滴定法測定鋅的品位,并計算鋅的回收率.

機理研究:稱取50 g礦樣加入α-亞硝基-β-萘酚溶液中,加入適量的去離子水,置于浮選槽中,加入一定量的藥劑,攪拌20 min,然后將樣品進行離心、干燥處理,并用紅外光譜儀分析.

表1 原礦主要成分分析Tab.1 Main chemical compositions of mineral

表2 原礦物相組成分析

Tab.2 Component analysis on mineralogy of zinc in crude ore

礦物相ZnCO3Zn2SiO4Zn2SiO4·H2OZnFe2O4ZnSTotal質(zhì)量分數(shù)/%5.771.9413.251.120.2322.31

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 pH值對氧化鋅礦石浮選的影響

pH值是影響浮選過程的重要因素之一,它既能影響礦物表面性質(zhì),又能影響各種浮選藥劑的活性和性能[12].在浮選過程中,必須嚴格調(diào)控礦漿的pH值.為了確定最佳浮選條件,礦漿pH值范圍為8.5～11.5.在浮選過程中pH值對提高鋅的品位的影響如圖1所示.在初始階段pH = 8.5～9.5,pH值增大,鋅的品位和回收率增加;隨著pH值繼續(xù)增大,鋅的品位和回收率下降.這是因為在強堿性介質(zhì)中,胺陽離子轉(zhuǎn)變?yōu)榘贩肿?導致礦物與試劑之間的靜電作用下降.在強堿性條件下,鋅的品位和回收率降低,因此選定pH = 9.5.

圖1 pH值對鋅的品位和回收率的影響 ([六偏磷酸鈉] = 1000 g/t,[α-亞硝基-β-萘酚] = 2 × 10-5 M,[胺] = 400 g/t)Fig.1 Effect of pH on improving the Zn grade and recovery([sodium hexametaphosphate] =1 000 g/t，[α-nitroso-β-naphthol] = 2×10-5 M， [amine]=400 g/t)

2.2 十八胺用量對氧化鋅礦石浮選的影響

圖2是十八胺用量對浮選的影響,曲線A和B分別表示十八胺用量對鋅的品位和回收率的影響.從圖2可知,隨著十八胺用量的增加，鋅的品位和回收率都隨著增加,當十八胺用量超出1 200 g/t時,鋅的品位隨著胺用量的增加略有下降,而回收率基本趨于穩(wěn)定.因此,十八胺用量最佳為1 200 g/t,可以更有效地提高鋅的品位.

圖2 胺用量對浮選的影響(pH = 9.5,[六偏磷酸 鈉] = 1000 g/t,[α-亞硝基-β-萘酚]= 2 × 10-5 M)Fig.2 Effect of amine dosage on the flotation (pH = 9.5，[sodium hexametaphosphate] =1 000g/t， [α-nitroso-β-naphthol] = 2×10-5 M)

2.3 α-亞硝基-β-萘酚濃度對氧化鋅礦石浮選的影響

圖3是α-亞硝基-β-萘酚濃度對浮選的影響.由圖3可知,隨著α-亞硝基-β-萘酚濃度的增加,鋅的品位和回收率分別呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,當α-亞硝基-β-萘酚濃度為2×10-5mol/L時,浮選效果最好,鋅的品位和回收率分別達到32.26%和66.35%.因此,α-亞硝基-β-萘酚浮選氧化鋅礦石的最佳濃度為2×10-5mol/L.

圖3 α-亞硝基-β-萘酚濃度對浮選的影響(pH = 9.5,[六偏磷酸鈉] = 1000 g/t,[胺] = 1200 g/t)Fig.3 Effect of α-nitroso-β-naphthol concentration on the flotation(pH = 9.5， [sodium hexametaphosphate]=1000 g/t， [amine] =1200 g/t)

2.4 分散劑對氧化鋅礦石浮選的影響

氧化鋅礦石浮選過程中的主要問題是由于礦粉粒度細,比表面積高而具有非常強的物理吸附,從而導致藥劑消耗大,即所謂的“礦泥覆蓋”現(xiàn)象.這種現(xiàn)象會在某些情況下阻礙氧化鋅礦石的浮選[13].礦粉的分散性是決定氧化鋅礦石成功浮選的一個非常重要因素.我們選取六偏磷酸鈉、硅酸鈉、復合分散劑(六偏磷酸鈉∶硅酸鈉質(zhì)量比為1∶1)和木素磺酸鈣四種分散劑,研究分散劑對浮選過程的影響,如圖4～7所示.六偏磷酸鈉作為分散劑結(jié)果如圖4所示,當其用量為 800 g/t 時,鋅的回收率達到最高,為 74.66%,此時異極礦的品位為30.76%.如圖5和6所示,當硅酸鈉和復合分散劑作為分散劑時,鋅的品位分別為34.50%和35.00%,回收率小于50.00%,同樣不能滿足應用需求.當木質(zhì)素磺酸鈣作為分散劑,用量達到1 200 g/t時,鋅的品位和回收率分別達38.26%和87.90%,繼續(xù)增加木質(zhì)素磺酸鈣的用量,對浮選效果影響不大.四種分散劑中,木質(zhì)素磺酸鈣浮選效果最佳,因此選用木質(zhì)素磺酸鈣作為分散劑,用量為1 200 g/t.

圖4 六偏磷酸鈉用量對浮選的影響Fig.4 Effect of sodium hexametaphosphate dosage on the flotation

圖5 硅酸鈉用量對浮選的影響Fig.5 Effect of sodium silicate dosage on the flotation

圖6 復合分散劑用量對浮選的影響Fig.6 Effect of composite dispersants dosage on the flotation

圖7 木質(zhì)素磺酸鈣對浮選的影響(pH = 9.5, [α-亞硝基-β-萘酚] = 2×10-5 M,[胺] = 1200 g/t) [14] Fig.7 Effect of calcium lignosulphonate dosage on the flotation(pH=9.5，[α-nitroso-β- naphthol] = 2×10-5 M，[amine] = 1200 g/t)

3 機理探討

圖8 α-亞硝基-β-萘酚的紅外光譜Fig.8 FTIR spectrum of α-nitroso-β-naphthol

圖9 氧化鋅礦石的紅外光譜(a)和 α-亞硝基-β-萘酚作用后的氧化鋅礦石的紅外光譜(b)Fig.9 FTIR spectrum of oxidized zinc ore (a) and oxidized zinc ore chelated with α-nitroso-β-naphthol(b)

圖10 α-亞硝基-β-萘酚與Zn2+在礦物表面 的反應機理Fig.10 The reaction between α-nitroso-β-naphthol and Zn2+ on the mineral surface

4 結(jié) 論

1)采用α-亞硝基-β-萘酚做活化劑活化十八胺浮選氧化鋅礦石.得到的最佳浮選條件如下:pH = 9.5,十八胺、α-亞硝基-β-萘酚和木質(zhì)素磺酸鈣的用量分別是1 200 g/t,2×10-5M和1 200 g/t.在此條件下,鋅的品位達38.26%,回收率87.90%.

2)紅外光譜分析表明,α-亞硝基-β-萘酚和Zn2+在礦物表面通過α-亞硝基-β-萘酚的氧原子與Zn2+之間形成配位鍵,使礦物表面具有一定的疏水性,從而促進捕收劑十八胺在礦物表面的吸附.

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Flotation of Zinc Oxide Ore by Using α-nitroso-β-naphthol as Activator

MENG Wei1,2，MO Hongbin1，ZHOU Wei1，XU Feng1，XU Weijiang1?，OU Encai1

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China; 2.Department of Materials & Chemistry Engineering，Hunan City University，Yiyang 413000，China)

The flotation of oxidized zinc ore was investigated by using α-nitroso-β-naphthol as activator and octadecylamine as collector.The results indicated that the dosage of the activator and collector，the type and content of dispersant were the main affecting factors on the Zn grade and recovery from zinc oxide ore.The artificial mixture flotation tests indicated that the grade of zinc was up to 38.26% from the initial grade of 22.30%，and the optimal flotation recovery was found at 87.90% using calcium lignosulphonate as dispersant after activation with α-nitroso-β-naphthol at pH 9.5.It implied that α-nitroso-β-naphthol was an effective activator for the flotation of oxidized zinc ore.The results of IR spectrum suggested that a six membered ring coordinated from O to Zn was formed between α-nitroso-β-naphthol and Zn2+on the mineral surface，resulting in the enhancement of the hydrophobicity of the mineral surface.

α-nitroso-β-naphthol; octadecylamine; activator; oxidized zinc ore; flotation

1000-2472(2017)06-0107-05

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.06.018

2016-12-06

國家自然科學基金資助項目(21301057),National Natural Science Foundation of China(21301057); 湖南省自然科學基金資助項目(2017JJ3011),Natural Science Foundation of Hunan Province (2017JJ3011)

孟維(1985—)，男，湖南益陽人，湖南城市學院講師，博士?通訊聯(lián)系人，E-mail: weijxu@hnu.edu.cn

TD953

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