陸芳琴 侯寶宏 張明旭

摘 要：為了探索煤泥水中不同種類礦物在十二胺體系中的浮選特性，通過浮選試驗、Zeta電位測試分析，研究了十二胺作捕收劑條件下藥劑濃度以及溶液pH值對高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性影響.結果表明：高嶺石、石英在濃度為0.08mmol/L時，回收率較高，分別為70.14%、82.78%，蒙脫石在藥劑濃度為0.8mmol/L時，才有較好的可浮性，回收率為60.37%;高嶺石、石英以及蒙脫石在酸性、中性都有較好的可浮性，在強堿條件下是三種礦物的可浮性變差;高嶺石、石英以及蒙脫石在整個pH范圍內，顆粒表面Zeta電位主要為負值，加入十二胺后能顯著降低礦物顆粒表面的負電位.

關鍵詞：十二胺;浮選;高嶺石;石英;蒙脫石

中圖分類號：TD923? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）05-0039-03

由于采煤機械化，大量的矸石進入原煤中，而我國煤炭又大多采用濕法選煤技術，導致了煤炭洗選過程產(chǎn)生了大量的難處理的高泥化煤泥水[1].這些高泥化煤泥水具有顆粒粒度細、黏土含量高、荷負電和易水化等特點，導致煤泥水難沉降難脫水.高泥化煤泥水中含有大量的微細粘土礦物是其難以沉降澄清處理的一個重要原因[2]，而高嶺石、石英以及蒙脫石是高泥化煤泥水中礦物的主要成分之一[3]，同時，高嶺石、石英以及蒙脫石也是重要的工業(yè)原料[4-6]，如果將這些礦物從煤泥水中浮選分離出來，既能解決選煤廠因高泥化煤泥水難處理造成的眾多問題，還能避免資源浪費，能產(chǎn)生一定的社會經(jīng)濟效益.因此研究煤泥水中高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性是十分重要的.

目前，在選礦業(yè)中，高嶺石、石英浮選研究較多，而蒙脫石浮選研究較少.其中，季銨鹽與胺類藥劑是當今最常用的鋁土礦反浮選藥劑，它可以在廣泛的pH值范圍內從鋁土礦中浮選出高嶺石顆粒[7].曹學鋒[8]等進行了十二系列胺類在高嶺石浮選方面研究，發(fā)現(xiàn)N，N-二甲基十二烷基胺相較于其他十二系列胺類對高嶺石有更好的捕收性.劉長淼[9]等進行了十二系列叔胺對高嶺石與一水硬鋁浮選試驗研究，發(fā)現(xiàn)相與一水硬鋁相比，十二系列叔胺對高嶺石有較好的捕收性.沈亮[10]等進行十二烷基氯化銨和脂肪酸混合作為捕收劑對高嶺石浮選影響研究，研究表明混合后藥劑的浮選效果比單一藥劑的更好.陽離子捕收劑對石英有較好的捕收性[11，12]，牛艷萍[13]等進行了十二胺對石英浮選試驗，其結果表明石英在十二胺體系下有較好的可浮性.油酸鈉作為常見的陰離子捕收劑也被應用到石英浮選研究當中[14，15]，其中從金瑤[16]等進行了油酸鈉體系鈣離子活化石英浮選試驗研究，其結果表明在油酸鈉+鈣離子體系下，石英在強堿條件下有較好的可浮性.目前關于蒙脫石礦物浮選研究較少.由于高嶺石、石英以及蒙脫石這些礦物既是高泥化煤泥難處理的原因之一，同時又是重要的工業(yè)原料，如果將這些礦物從煤泥水中提取出來，能避免礦物資源的浪費和選煤廠高泥化煤泥水難處理等問題，同時還能提高社會經(jīng)濟效益.目前關于從煤泥水中提取分離高嶺石、石英以及蒙脫石等礦物的研究較少，因此本文研究了十二胺體系下高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性研究，為下一步從煤泥水中提取分選這些礦物提供理論依據(jù).

1 試驗部分

1.1 樣品及藥劑

試驗用煤系高嶺石取自淮北地區(qū)，石英取自徐州地區(qū)，蒙脫石取自六安地區(qū).高嶺石、石英、蒙脫石三種原礦經(jīng)過人工手選，顎式破碎機破碎，球磨機研磨后，分別取250g放入1L燒杯中與90mL雙氧水混合攪勻，靜置24h后用60℃水加熱分解剩余的雙氧水并去除雜質，除雜后的樣品人工篩分得到-0.25mm粒級試驗樣品，將得到的樣品在60℃溫度下烘干，裝瓶備用.

試驗所用藥劑：十二胺、冰醋酸、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純.其中試驗時所用的十二胺藥劑是由十二胺與醋酸按1：1的比例混合配制成的十二胺醋酸鹽.

采用EDX-3600K型X熒光光譜儀（XRF）對高嶺石、石英以及蒙脫石樣品進行了礦物組分分析，分析時用標準硼酸與樣品混合均勻后，在30-40MPa的壓力下壓片進行預處理，在X射線源：50kV、1Ma條件下進行測試分析，結果如表1所示.

由表1可知，高嶺石、蒙脫石主要成分是Al2O3以及SiO2，其中含有少量的雜質，石英的主要成分是SiO2，含有少量的Fe2O3、MgO、TiO2，三種礦物均符合試驗要求.

1.2 試驗儀器及方法

1.2.1 試驗儀器

試驗所采用的主要儀器：長沙市儀器設備有限公司XFG-35II型掛槽式浮選機、上海民橋精密科學儀器有限公司SL502型精密電子天平、金壇市榮華儀器制造有限公司PHS-3C型pH劑、美國Zeta probe Zeta電位測定儀、美國熱電檢測分析技術公司NICO-LET-380傅里葉紅外（FT-IR）光譜儀、長DX-3600K元素X熒光光譜儀.

1.2.2 浮選試驗

高嶺石、石英單礦物浮選試驗在XFG-35II型掛槽式浮選機中進行.每次取2g樣品試樣，加30mL去離子水，攪拌1min后用HCl或NaOH調節(jié)pH值，再加入一定濃度的捕收劑，然后進行浮選.加入藥劑后的攪拌時間均為1min，浮選時間為3min，浮選機轉速為1600r/min.浮選完畢后將泡沫產(chǎn)品與浮選槽內的產(chǎn)品進行烘干、稱重，計算回收率.回收率計算公式如下：

式中：γ為回收產(chǎn)率%;m1為浮選泡沫中礦物質量;m2為浮選尾礦中礦物質量.

1.2.3 Zeta電位測試

將高嶺石、石英樣品配制成質量分數(shù)為1%的懸浮液，用Zeta probe Zeta電位測定儀采用自動滴定方式進行測量，每個樣品循環(huán)測量3次，取平均值.

2 結果與討論

2.1 藥劑濃度對各礦物的浮選回收率的影響

在不調節(jié)pH值的條件下，考察十二胺濃度對-0.25mm粒級的高嶺石、石英與蒙脫石等礦物回收率的影響.其結果見圖1.圖（a）所示，在十二胺濃度0.01～0.1mmol/L范圍內，高嶺石的回收率在40%～71%之間，高嶺石回收率先隨著藥劑的增加而增加，當藥劑濃度大于0.6mmol/L，高嶺石回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在71%左右;圖（b）所示，在十二胺濃度0.01～0.1mmol/L范圍內，石英的回收率在60%～85%之間，而石英回收率先隨著藥劑的增加而增加，當藥劑濃度大于0.08mmol/L，石英回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在82%左右;圖（c）所示，在十二胺濃度0.1～1.0mmol/L范圍內，蒙脫石的回收率在13%～62%之間，而蒙脫石回收率先隨著藥劑的增加而增加，當藥劑濃度大于0.8mmol/L，蒙脫石回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在62%左右.按可浮性因此對于高嶺石與石英選擇0.08mmol/L的藥劑濃度，對于蒙脫石選擇0.8mmol/L的藥劑濃度為后續(xù)試驗的所用濃度.

2.2 pH值對各礦物的浮選回收率的影響

為了進一步了解十二胺體系中高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性，研究了溶液pH值對各礦物浮選回收率的影響.試驗條件：高嶺石、石英浮選藥劑濃度0.08mmol/L;蒙脫石浮選藥劑濃度0.8mmol/L.試驗結果如圖2.由圖2可知，高嶺石、石英以及蒙脫石的回收率先隨著溶液pH值的增大而增大，當pH值為4時，高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選回收率達到最大，分別為76.28%、84.47%和71.68%，隨后高嶺石、石英以及蒙脫石的回收率隨著pH值的增加而減小.高嶺石、石英以及蒙脫石三種礦物在酸性、中性條件下有較好的可浮性，在堿性條件下可浮性變差，其中在pH=12時，高嶺石回收率低于40%左右，而石英與蒙脫石回收率低于20%.綜合藥劑用量試驗以及pH值影響試驗結果，三種礦物按可浮性高低排列為石英>高嶺石>蒙脫石.

2.3 Zeta電位分析

利用Zeta電位分析來進一步了解十二胺條件下pH值對高嶺石、石英回浮選的影響規(guī)律，考察了高嶺石、石英以及蒙脫石在十二胺作用前后的Zeta電位的變化情況，試驗條件：高嶺石、石英浮選藥劑濃度0.08mmol/L;蒙脫石浮選藥劑濃度0.8mmol/L，試驗結果如圖3所示.由圖3可知，高嶺石、石英以及蒙脫石在去離子水中表面電位絕對值隨著pH值的增加而減小，高嶺石表面零點電位為pH=2.38，石英表面零點電位為pH=2.45，在pH值2～12范圍內，去離子水中的蒙脫石表面未出現(xiàn)零點電位，加入十二胺后，三種礦物的表面負電位均降低，高嶺石的表面零點電位升高為pH=4.26，石英的表面零點電位升高為pH=4.33，蒙脫石的表面出現(xiàn)零點電位為pH=2.65，這表明十二胺在三種礦物表面發(fā)生了吸附，使得礦物表面負電位降低.而高嶺石、石英以及蒙脫石與十二胺作用前后在pH值為4、6、8條件下電位變化最大，這與前面浮選試驗結果一致.

3 結論

（1）不調節(jié)pH的情況下，十二胺作捕收劑，高嶺石與石英在低濃度藥劑（0.06～0.1mmol/L）條件下都有較好的可浮性，而蒙脫石在較高濃度（0.6～1.0mmol/L）的藥劑條件下才有較好的可浮性.

（2）高嶺石、石英的浮選藥劑用量0.08mmol/L，蒙脫石的浮選藥劑用量0.8mmol/L，高嶺石、石英以及蒙脫石在酸性、中性都有較好的可浮性，在強堿條件下是三種礦物的可浮性變差，綜合藥劑用量試驗以及pH值影響試驗結果，三種礦物按可浮性高低排列為石英>高嶺石>蒙脫石.

（3）高嶺石、石英的浮選藥劑用量0.08mmol/L，蒙脫石的浮選藥劑用量0.8mmol/L，十二胺吸附在高嶺石、石英以及蒙脫石表面，使得三種礦物表面的負Zeta電位降低;三種礦物與十二胺作用前后在pH值為4、6、8條件下電位變化最大，與浮選試驗結果相吻合.

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