丁偉麗 ， 任玲玲 ， 王 唸 ， 鄭培利 ， 朱懷睿

(六盤水師范學(xué)院 礦業(yè)與機(jī)械工程學(xué)院 ， 貴州 六盤水 553004)

螢石礦大多以伴生型礦物為主，而其最常見的半生礦物大多都是碳酸鹽類，其典型代表為方解石[1]。因此方解石和螢石往往嵌布共生，兩者的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)極其相似。目前生產(chǎn)中所采用常規(guī)分選方法以浮選為主，但存在的問(wèn)題是難以實(shí)現(xiàn)螢石和方解石的有效分離[2]。因此浮選過(guò)程中必須研發(fā)更為高效的藥劑，現(xiàn)今浮選法有效處理該礦物的關(guān)鍵在于尋找到一種高效的抑制劑[3]。

截止目前，我國(guó)螢石浮選生產(chǎn)流程中普遍使用的抑制劑都以無(wú)機(jī)抑制劑為主。典型代表有：水玻璃、六偏磷酸鈉、碳酸鈉、硫酸鋁、氟化鈉等。上述抑制劑的使用中，最終生產(chǎn)的螢石精礦有少量碳酸鈣雜質(zhì)難以去除，因此使用效果都有一定的局限性[4]。經(jīng)過(guò)大量研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，單一抑制劑都有用量大、抑制效果不佳等問(wèn)題。而組合抑制劑的抑制效果通常強(qiáng)于單一抑制劑，具有較強(qiáng)的抑制能力和選擇性[5]。基于此，本文研究水玻璃和硫酸鋁組合抑制劑對(duì)螢石和方解石的抑制作用，由此驗(yàn)證組合抑制劑能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)螢石方解石的有效分離[6]。

1 浮選試驗(yàn)方法和儀器設(shè)備

1.1 試劑及設(shè)備

儀器設(shè)備：球磨機(jī)，XMQ-240x90；超純水儀，宏森10-150；精密電子天平，ES-103HA；精密pH計(jì)，雷磁PHS-3C；單槽浮選機(jī)，XFG5-35g；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，GZX -9420MBE；X射線衍射儀，X′Pert PRO MPD。浮選藥劑：pH調(diào)整劑，氫氧化鈉NaOH，分析純，鹽酸HCl，分析純；捕收劑，油酸鈉，C17H33CO2Na，分析純；抑制劑，水玻璃Na2SiO3，工業(yè)純，硫酸鋁Al2(SO4)3，分析純。

1.2 單礦物浮選實(shí)驗(yàn)

浮選實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用的是單槽浮選機(jī)，將浮選轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速定為1 600 r/min。稱取預(yù)先準(zhǔn)備好的礦樣3 g放進(jìn)40 mL浮選槽內(nèi)，加入35 mL去離子水開始充分?jǐn)嚢琛Ｔ偻ㄟ^(guò)NaOH溶液或者HCl溶液進(jìn)行pH值攪拌調(diào)漿(1 min)，后續(xù)再加入不同抑制劑充分?jǐn)嚢? min，最后加入捕收劑攪拌2 min后進(jìn)行刮泡，刮泡頻率為3 s/次。最終將精礦產(chǎn)品和尾礦產(chǎn)品分別過(guò)濾、烘干、稱重，并計(jì)算回收率。流程圖見圖1。

圖1 浮選流程

實(shí)驗(yàn)中的樣品取自貴州省某螢石選礦廠。經(jīng)過(guò)篩選的礦樣進(jìn)行破碎，并手工挑選結(jié)晶良好且純度高的純礦物顆粒。通過(guò)XRD不斷識(shí)別后進(jìn)入磨礦階段，細(xì)磨后的產(chǎn)品通過(guò)濕法篩分選出0.038～0.074 mm粒級(jí)的螢石與方解石作為純礦物浮選的備用樣品。

為了保證實(shí)驗(yàn)試樣滿足后續(xù)的浮選實(shí)驗(yàn)要求，因此將挑選后的螢石、方解石細(xì)粒樣品進(jìn)行X射線衍射分析，其X射線衍射分析結(jié)果見圖2。另外，將XRD檢測(cè)后的純礦物樣品進(jìn)行化學(xué)分析，得到兩種礦物的純度分別是99.3%、98.1%。

圖2 螢石、方解石純礦物的XRD圖譜

由圖2可知，螢石、方解石單礦物的XRD衍射圖譜特征峰明顯，并且尖銳、無(wú)雜峰。表明礦物結(jié)晶良好、雜質(zhì)含量低，礦物純度高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，手選的樣品的純度符合后續(xù)實(shí)驗(yàn)要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦漿pH值與捕收劑對(duì)螢石、方解石浮選行為的影響

2.1.1礦漿pH值對(duì)螢石和方解石回收率的影響

當(dāng)選擇油酸鈉作為捕收劑，無(wú)抑制劑條件下，油酸鈉用量為10 mg/L時(shí)，考察礦漿pH值對(duì)螢石和方解石浮選回收率影響。其結(jié)果見圖3。

圖3 pH值對(duì)螢石和方解石回收率的影響

由圖3可知，當(dāng)油酸鈉用量為10 mg/L時(shí)，此時(shí)的礦漿pH值為4～12，發(fā)現(xiàn)方解石的回收率一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；而螢石回收率波動(dòng)較大，出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)在礦漿pH值為6時(shí)，回收率達(dá)到最大值(80.09%)。而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中不常選用弱酸條件進(jìn)行浮選，原因是酸性礦漿對(duì)浮選容器具有一定腐蝕性。因此即便是礦漿的pH值為7時(shí)的螢石回收率比礦漿pH值為6時(shí)低，但仍采用該條件為后續(xù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件。后續(xù)實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)改變其他浮選條件來(lái)實(shí)現(xiàn)螢石回收率的提高，故選取pH值7時(shí)作為最佳浮選條件。

2.1.2油酸鈉用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響

確定最佳pH值為7時(shí)，無(wú)抑制劑條件下，考察油酸鈉的用量對(duì)螢石方解石回收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 油酸鈉用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響

由圖4可知，礦漿pH值為7時(shí)，隨著油酸鈉用量的增加，螢石和方解石回收率都出現(xiàn)先迅速升高的現(xiàn)象。而在油酸鈉用量>20 mg/L時(shí)，螢石和方解石的回收率則基本不隨藥劑用量發(fā)生改變。當(dāng)油酸鈉用量為20 mg/L，螢石最佳回收率為88.23%，方解石的最佳回收率是92.05%。此時(shí)方解石的回收率大于螢石，說(shuō)明在沒(méi)有抑制劑存在下，兩種礦物無(wú)法分離。因此，后續(xù)試驗(yàn)加入抑制劑來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種礦物的分離。此時(shí)選定油酸鈉用量為20 mg/L作為最佳浮選捕收劑用量。

2.2 抑制劑對(duì)螢石、方解石浮選行為的影響

2.2.1水玻璃抑制劑用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響

在油酸鈉用量為20 mg/L，pH值為7時(shí)，考察常規(guī)抑制劑水玻璃的用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 水玻璃用量對(duì)螢石、方解石回收率的影響

由圖5可知，當(dāng)?shù)V漿pH值為7時(shí)，油酸鈉用量為20 mg/L的浮選條件下，不加抑制劑硅酸鈉時(shí)螢石和方解石的回收率達(dá)到最大值，分別是91.06%、92.19%。然而，隨著水玻璃用量的不斷增大，螢石與方解石的回收率均呈現(xiàn)出明顯下滑趨勢(shì)。但方解石的回收率下滑的速度更快，也證明了水玻璃對(duì)方解石的抑制效果明顯。當(dāng)在水玻璃用量為80 mg/L時(shí)，此時(shí)，方解石的回收率降低至19.10%，而螢石回收率還仍有57.89%，說(shuō)明水玻璃能夠有效抑制方解石，但對(duì)螢石回收也有一定的影響。

2.2.2硫酸鋁抑制劑用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響

在油酸鈉用量為20 mg/L，pH值為7時(shí)，考察抑制劑硫酸鋁的用量對(duì)螢石和方解石回收率的影響，其結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著硫酸鋁用量的不斷增加，螢石和方解石的回收率也同樣有下降趨勢(shì)，但下降的幅度明顯小于水玻璃條件。并且在低用量下，螢石和方解石的回收率差異較小。而當(dāng)硫酸鋁用量高達(dá)至20 mg/L時(shí)，螢石和方解石回收率達(dá)到最低值，螢石的回收率是73.65%，而方解石回收率為60.03%。因此，單一使用硫酸鋁抑制劑對(duì)其分離效果不明顯。

圖6 硫酸鋁抑制劑用量對(duì)螢石、方解石回收率的影響

2.3 硫酸鋁與水玻璃質(zhì)量比對(duì)螢石和方解石浮選回收率的影響

為了保證抑制劑對(duì)方解石的抑制作用最大化，且降低對(duì)螢石的浮選回收影響，因此選用硫酸鋁和水玻璃進(jìn)行組合，采用新的組合抑制劑對(duì)其有效分離。通過(guò)不同的質(zhì)量比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步考察硫酸鋁和水玻璃的質(zhì)量比對(duì)螢石與方解石的回收率影響，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 硫酸鋁和硅酸鋁質(zhì)量比對(duì)螢石、方解石回收率影響

由圖7可以看出，硫酸鋁與水玻璃的質(zhì)量比在(1∶2)～(1∶4)時(shí)，螢石的回收率略微下滑，但平均回收率保持在79.43%左右。然而方解石回收率呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。而硫酸鋁與水玻璃的質(zhì)量比在(2∶1)～(2∶5)時(shí)，隨著組合抑制劑中水玻璃質(zhì)量逐漸增加，螢石的回收率保持穩(wěn)定。但組合抑制劑對(duì)方解石的抑制效果非常顯著。特別當(dāng)硫酸鋁與水玻璃的質(zhì)量比為2∶5時(shí)，螢石回收率可以高達(dá)79.86%，但方解石的回收率降低至11.21%。綜上可知，當(dāng)硫酸鋁與水玻璃的質(zhì)量比為3∶5時(shí)，螢石的回收率比質(zhì)量比為2∶5的條件下要高出8.87%，但方解石的抑制效果出現(xiàn)上升的波動(dòng)。故硫酸鋁硅酸鈉組合抑制劑的最佳質(zhì)量比為2∶5。

3 結(jié)論

①水玻璃作為單一抑制劑對(duì)方解石和螢石都出現(xiàn)明顯的抑制現(xiàn)象，對(duì)方解石的抑制效果更為顯著。當(dāng)水玻璃用量為80 mg/L時(shí)，螢石回收率僅為57.89%，方解石回收率為18.92%，分選效果不佳。②硫酸鋁作為單一抑制劑，對(duì)螢石和方解石的抑制效果有一定的效果，但分選效果不佳。其中硫酸鋁用量為20 mg/L時(shí)，螢石回收率為73.65%，方解石回收率可達(dá)60.03%。③最終確定組合抑制劑為硫酸鋁和水玻璃，兩者組合的抑制劑明顯對(duì)螢石抑制作用較小，而對(duì)方解石有明顯的抑制作用。不同的質(zhì)量比條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硫酸鋁和水玻璃質(zhì)量比為2∶5為最佳值，此時(shí)螢石回收率高達(dá)79.86%，方解石的回收率則低至11.21%。因此質(zhì)量比為2∶5的硫酸鋁硅酸鋁組合抑制劑實(shí)現(xiàn)螢石和方解石有效分離。