李洪強 母順興 張艷清 李洪潮 宋少先

(1.武漢工程大學資源與土木工程學院，武漢 湖北 430073；2.習水縣國土資源局，遵義 貴州 564600；3.中國北方稀土(集團)高科技股份有限公司，包頭 內蒙古 014010；4.國土資源部鄭州礦產綜合利用研究所，鄭州 河南 450006；5.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，武漢 湖北 430070)

原生金紅石礦是我國金紅石礦的主要工業(yè)類型，占金紅石資源總量的86%，金紅石砂礦僅占總儲量的14%[1]。我國原生金紅石礦主要以榴輝巖型存在，榴輝巖型金紅石礦的脈石礦物主要為石榴石、綠輝石。金紅石與石榴石的物理性質相近，二者較難高效分離。金紅石與石榴石有相近的密度(分別為4.16 g/cm3和4.03 g/cm3)，重選方法不能實現二者的高效分離。雖然金紅石具弱磁性，石榴石具中等磁性，但金紅石晶格中存在鐵的類質同象，表面易被鐵污染，導致其磁性增強，磁選分離也存在較大困難。因而浮選工藝技術就成為實現金紅石與石榴石高效分離研究的主要方向。

金紅石的捕收劑羧酸類及其皂捕收能力強，但浮選選擇性差[2]；膦酸類捕收劑如苯乙烯膦酸和烷胺二甲雙膦酸等浮選效果好，但藥劑成本高[3-4]；胂酸類捕收劑如芐基胂酸等浮選效果好，但其毒性大，污染環(huán)境。近年來，羥肟酸類捕收劑如C7-9羥肟酸、水楊羥肟酸等因選擇性好，價格相對較低，毒性相對較小而受到業(yè)界重視[5]，但其捕收能力和藥劑用量問題亟待解決。

煤油等烴油作為羥肟酸類捕收劑的輔助捕收劑添加時可增強捕收劑的捕收能力，提高目的礦物的回收率。周源等在某難選含金礦石的載體浮選研究中，采用丁基黃藥為主要捕收劑，磺化煤油為輔助捕收劑，明顯可以強化藥劑的協(xié)同效應，提高藥劑的捕收能力[6]。朱申紅等開展了氟碳鈰礦浮選混合捕收劑的研究，考察了羥肟酸與異辛醇、煤油等混用作捕收劑時的浮選效果，結果表明，羥肟酸與煤油混用時，協(xié)同捕收效應明顯[7]。孫宗華等進行了攀枝花細粒鈦鐵礦疏水絮凝浮選工藝研究，證實添加非極性油是疏水絮凝分選的要素之一，添加非極性油對細粒鈦鐵礦浮選非常必要[8]。

在金紅石與石榴石浮選分離過程中，以選擇性好的羥肟酸為捕收劑，乳化煤油為輔助捕收劑，重點研究了乳化劑對煤油的增效作用，確定了金紅石和石榴石浮選高效分離的藥劑制度，利用乳化煤油與羥肟酸的協(xié)同效應，提高了羥肟酸類藥劑的捕收能力，降低了藥劑用量，實現了藥劑成本的下降。

1 試驗原料與試驗藥劑

1.1 試驗原料

海南某海濱沙礦的搖床重選金紅石精礦，再經過瓷球磨、濕篩得到粒度為0.074～0.038 mm的金紅石單礦物試驗樣。取江蘇東海某石榴石磁選精礦中的+0.149 mm粒級進行干式磁選、振動磨礦、濕篩，得到粒度為0.074～0.038 mm的石榴石單礦物試驗樣。金紅石和石榴石單礦物試樣的X射線熒光光譜分析結果見表1，X射線衍射(XRD)分析結果見圖1、圖2。

表1 單礦物X射線熒光光譜分析結果

圖1 金紅石單礦物試樣的XRD分析結果

圖2 石榴石單礦物試樣的XRD分析結果

由表1、圖1和圖2可知，本試驗所用金紅石單礦物純度大于98%，石榴石單礦物純度大于92%，滿足純礦物浮選試驗的要求。

1.2 試驗藥劑

水楊羥肟酸(SHA，捕收劑)、甲基異丁基甲醇(MIBC，起泡劑)、硝酸鉛(活化劑)、煤油均為分析純試劑，乳化劑均為工業(yè)品，其中醚類非離子乳化劑TX-100為親水性的芐基酚聚氧乙烯醚，HLB值為14.5，酯類非離子乳化劑Span80為親油性較強的失水山梨醇脂肪酸酯，HLB值為4.5，水溶性比Span80大的Tween80為失水山梨醇脂肪酸酯環(huán)氧乙烷加成物，HLB值為15.0。

稱取一定量的煤油或SHA與水混合，再定量加入乳化劑得到100 mL煤油-乳化劑-水或者煤油-SHA-乳化劑-水的混合液，然后用高剪切攪拌機在10 000 r/min下攪拌1 min，得到不同乳化劑乳化的乳化煤油，濃度為1.0 g/L。

2 試驗方法

2.1 單礦物浮選試驗

單礦物浮選試驗采用100 mL的 RK/FGC35型掛槽浮選機，轉速為2 000 r/min，每次試驗的金紅石或石榴石單礦物質量為3.00 g。試驗時，先將礦漿攪拌2 min，然后順序加入鉛離子(礦漿中鉛離子濃度為1×10-4mol/L)、SHA、乳化煤油、MIBC(礦漿中的濃度為2.0×10-4mol/L)，每次加藥后攪拌3 min，浮選pH值為6.3附近。單礦物浮選刮泡3 min，每6 s刮泡1次，30 s加水1次。泡沫產品分別烘干、稱重，計算浮選精礦的上浮率。

2.2 混合礦浮選試驗

金紅石和石榴石單礦物按質量比1∶3混勻，獲得人工混合礦。試驗采用100 mL的 RK/FGC35型掛槽浮選機，轉速為2 000 r/min，每次試驗取3.00 g人工混合礦，先將礦漿攪拌2 min，然后順序加入鉛離子(礦漿中鉛離子濃度為1×10-4mol/L)、SHA、乳化煤油、MIBC(礦漿中的濃度為2.0×10-4mol/L)，每次加藥后攪拌3 min，浮選pH值為6.3附近?；旌系V物浮選刮泡3 min，每6 s刮泡1次，30 s加水1次。泡沫產品分別烘干、稱重、化驗，計算浮選精礦的回收率和品位。

3 試驗結果及討論

3.1 單礦物浮選試驗

3.1.1 乳化劑種類試驗

選取常見的3類乳化劑進行對比試驗，考察乳化劑種類對金紅石和石榴石可浮性的影響。試驗固定乳化劑與煤油的質量比為0.3%，礦漿中SHA的濃度為5.0×10-4mol/L，乳化煤油的濃度為50 mg/L，試驗結果見圖3。

圖3 乳化劑種類對金紅石和石榴石可浮性的影響

從圖3可以看出，添加未乳化的煤油，金紅石的上浮率為68.64%，低于添加乳化煤油情況，說明乳化劑在改善金紅石上浮率中不可缺少。3種乳化劑中以Tween 80的效果最好，金紅石的上浮率為94.95%，高于TX-100和Span80的75.22%和90.86%。無論是否使用乳化劑或使用何種乳化劑，石榴石的上浮率均低于5.00%，說明乳化煤油能選擇性提高金紅石的上浮率。

3.1.2 乳化煤油添加方式

SHA本身是陰離子表面活性劑，對煤油也具有一定的乳化能力，若SHA和乳化煤油混合一步添加，可減輕現場配藥工人的工作量，因而，考察乳化煤油的添加方式(即SHA與乳化煤油分步或一步添加)對金紅石可浮性的影響。

試驗固定乳化劑與煤油的質量比為0.3%，礦漿中SHA的濃度為5.0×10-4mol/L，乳化煤油的濃度為50 mg/L，試驗結果見圖4。

圖4 乳化煤油添加方式對金紅石可浮性的影響

從圖4可以看出，以TX-100為乳化劑，SHA與乳化煤油一步添加和分步添加時金紅石的上浮率分別為75.22%和92.13%；以Tween 80為乳化劑，SHA與乳化煤油一步添加和分步添加時金紅石的上浮率分別為94.95%和96.06%；以Span 80為乳化劑，SHA與乳化煤油一步添加和分步添加時金紅石的上浮率分別為90.86%和94.85%。表明與SHA和乳化煤油混合一步添加相比，SHA和乳化煤油分步添加更有利于金紅石的浮選。

3.1.3 乳化劑Tween80的添加量

基于以Tween80為乳化劑時金紅石的可浮性最好，因此，以Tween80為乳化劑進行添加量試驗。試驗固定礦漿中SHA的濃度為5.0×10-4mol/L，乳化煤油的濃度為20 mg/L，試驗結果見圖5。

圖5 Tween80與煤油的質量比對金紅石可浮性的影響

從圖5可以看出，Tween80與煤油的質量比從0提高到3.0%，金紅石的上浮率從66.11%提高到95.12%，說明在固定礦漿中乳化煤油濃度的情況下，金紅石的上浮率隨著Tween80與煤油質量比的提高而增大。Tween80在礦漿中的作用可能有2個方面：一方面，Tween80使煤油在水中更好地分散，Tween80用量增大，煤油分散得更充分、更穩(wěn)定[9]；另一方面，Tween80本身是表面活性劑，能與金紅石顆粒表面發(fā)生作用，使得金紅石上浮，藥劑用量越大浮選效果越好。

3.1.4 乳化煤油添加量與金紅石、石榴石的可浮性

以Tween80為乳化劑，Tween80與煤油的質量比為3.0%，礦漿中SHA的濃度為5.0×10-4mol/L，考察礦漿中乳化煤油濃度對金紅石及石榴石可浮性的影響，結果見圖6。

圖6 乳化煤油濃度對金紅石和石榴石可浮性的影響

從圖6可以看出，隨著乳化煤油用量的增大，金紅石的上浮率先上升后略微下降，礦漿中乳化煤油的濃度為30 mg/L時金紅石上浮率可達97.44%，說明乳化煤油的加入能有效提高金紅石的上浮率且最優(yōu)用量為30 mg/L。隨著礦漿中乳化煤油用量的增大，石榴石的上浮率也有明顯的升高。礦漿中乳化煤油的濃度為30 mg/L時石榴石的上浮率僅為7.10%，繼續(xù)增大至200 mg/L時，石榴石上浮率才到達90.31%，說明礦漿中乳化煤油的濃度為30 mg/L時，金紅石和石榴石浮選分離的選擇性非常理想。

3.2 混合礦浮選試驗

3.2.1 乳化煤油用量試驗

用人工混合礦模擬實際礦石進行浮選試驗，以檢驗試驗確定的藥劑在浮選分離金紅石和石榴石時的效果。試驗固定礦漿中SHA的濃度為5.0×10-4mol/L，考察礦漿中乳化煤油(Tween80與煤油的質量比為3.0%)濃度對金紅石和石榴石浮選分離效果的影響，結果見圖7。

從圖7可知，隨著乳化煤油用量的增大，金紅石精礦TiO2含量先顯著下降后降幅趨緩，TiO2回收率先顯著上升后升幅趨緩。綜合考慮，確定乳化煤油的用量為15 mg/L，對應的精礦TiO2含量為62.19%，金紅石回收率為89.78%。

3.2.2 SHA用量試驗

市場上SHA的售價高于煤油和Tween80，為了降低藥劑成本，希望能在有乳化煤油的情況下減少SHA的用量。SHA合適用量試驗固定礦漿中乳化煤油(Tween80與煤油的質量比為3.0%)的濃度為50 mg/L，試驗結果見圖8。

圖7 乳化煤油用量對金紅石和石榴石

圖8 SHA用量對金紅石和石榴石可浮性的影響

從圖8可以看出，當SHA用量為5.0×10-4mol/L，精礦金紅石回收率為97.44%，TiO2含量為32.99%；SHA用量大幅降低至5.0×10-5mol/L時，精礦金紅石回收率小幅降低至89.73%，TiO2含量升高為46.77%?？梢姡V漿中添加適量的乳化煤油，可大幅降低SHA的用量。

4 結 論

(1)單礦物浮選試驗表明：經Tween80乳化的煤油改善SHA浮選性能的效果最好；相比乳化煤油與SHA混合一步添加，分步添加的浮選效果更佳；增大乳化劑用量能提升金紅石的上浮率，乳化劑Tween80與煤油較好的質量比為3.0%。提高礦漿中乳化煤油的濃度，能大幅度提高金紅石上浮率，但會影響SHA對金紅石和石榴石浮選的選擇性。

(2)人工混合礦浮選試驗表明：以鉛離子為活化劑、SHA為捕收劑、乳化煤油為捕收增效劑、MIBC為起泡劑，浮選礦漿pH=6.3附近時，可實現金紅石與石榴石的高效分離。適當增大乳化煤油用量，能大幅度降低SHA的消耗，從而減少藥劑成本。

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