磁化对油酸钠溶液物化性质和矿物浮选的影响_周文波.pdf

收稿日期2020-02-15 基金项目省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室青年基金项目 （编号 2018QN19） ， 省级大学生创新项目 （编号 201710488023） 。 作者简介周文波 （1973） ， 男， 副教授， 硕士研究生导师。 总第 526 期 2020 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE 磁化对油酸钠溶液物化性质和矿物浮选的影响 周文波 1， 2 李赛 2 陶黎明 2 李青青 2 余凡 2 张力 21 （1. 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室， 湖北 武汉 430081； 2. 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室， 湖北 武汉 430081） 摘要对油酸钠溶液进行磁化处理， 探究磁化对溶液的pH值、 吸光度、 表面张力和电导率等物化性质的变 化， 并研究磁化处理对矿物浮选结果的影响。试验结果表明 在磁感应强度320 mT、 磁化时间10 min条件下， 磁化 处理油酸钠溶液后， 溶液的 pH值、 吸光度和电导率较未磁化时分别提高了 0.53、 0.113和 1.7 μS/cm， 表面张力下降 了14.44 mN/mT； 方解石、 萤石的Zeta电位绝对值较未磁化时分别降低了2.90 mV和7.41mV； 方解石、 萤石的浮选回 收率较未磁化时分别提高了19.77、 12.81； 方解石、 萤石表面的油酸钠吸附量较未磁化时分别增加了0.236 mg/g、 0.189 mg/g。 关键词油酸钠磁化物化性质浮选回收率吸附量 中图分类号TD925.7文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -04-093-06 DOI10.19614/ki.jsks.202004016 Effect of Magnetization on Physicochemical Properties of Sodium Oleate Solution and Mineral Flotation Zhou Wenbo1， 2Li Sai2Tao Liming2Li Qingqing2Yu Fan2Zhang Li22 （1. State Key Laboratory of Refractory Materials and Metallurgy Jointly Built by Provincial and Ministry， Wuhan 430081， China； 2. Hubei Provincial Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgical Mineral Resources， Wuhan 430081， China） AbstractThrough the magnetization treatment of sodium oleate solution, the changes of physicochemical properties such as pH value, absorbance, surface tension and electrical conductivity of the solution were investigated, and the influence of magnetization on the results of mineral flotation was studied. The test results shows that the pH value, absorbance and con- ductivity of the sodium oleate solution were increased by 0.53, 0.113 and 1.7 μS/cm respectively, after the sodium oleate solu- tion was magnetized under the conditions of magnetic induction intensity of 320 mT and agnetization time of 10 min, the sur- face tension decreased 14.44 mN/mT; Zeta potential absolute value of calcite and fluorite decreased by 2.90 mV and 7.41 mV respectively; flotation recovery of calcite and fluorite increased by 19.77 and 12.81, respectively; sodium oleate ad- sorption on calcite and fluorite increased 0.236 mg/g, 0.189 mg/g respectively. KeywordsSodium oleate， Magnetization， Physicochemical property， Flotation recovery， Adsorption amount Series No. 526 April 2020 油酸常作为浮选药剂， 在选矿中广泛应用。但 油酸不易溶解和分散， 选择性差， 不耐硬水和低温， 用量却较大。因此大量科研人员对如何提高油酸的 捕收性能进行了探究。王宇斌等 ［1］发现电化学预处 理能够提高油酸根离子和白云母相互作用的概率， 增加油酸钠的捕收性能。 浮选是一种物理和化学过程， 若所加入药剂的 物化性质发生改变， 会影响浮选结果。而非铁磁流 体在磁场作用下， 可使流体的某些物化性质发生变 化， 甚至能提高生产效率和使用效率 ［2-3］。因此， 许多 研究人员在浮选中采用了磁化处理技术来提高浮选 指标。有研究报道 ［4-6］ 水经过磁化处理后， 其pH、 吸 光度、 电导率、 Zeta电位、 表面张力、 颗粒在水中的分 散性和黏结性等性质都发生一定程度的变化。边炳 鑫 ［7］和邱廷省［8］等发现， 磁化处理后明显影响药剂的 捕收性能。磁化处理技术操作简单快捷， 投资成本 93 ChaoXing 金属矿山2020年第4期总第526期 低， 因此具有很大的潜在价值。 本论文探索了油酸钠经过磁化处理后， 油酸钠 溶液的pH值、 吸光度、 表面张力和电导率等物化性 质的变化， 以及对方解石和萤石浮选效果的影响。 1试样、 药剂与设备 1. 1试样、 药剂及仪器 方解石来自安徽 （CaCO3的含量为99.52） ， 萤石 来自江西 （CaF2的含量为99.31） 。方解石经行星球 磨机磨细， 筛分得到37～106 μm的矿样。萤石矿物经 手选块矿， 对辊破碎， 瓷磨机磨细， 筛分得到37～106 μm的矿样。 试验用水均为去离子水； 调整剂为氢氧化钠， 分 析纯； 捕收剂为油酸钠， 化学纯， 配置成浓度为 5 mmol/L的溶液使用。 1. 2磁化装置 磁化装置采用Nd-Fe-B磁铁块， 其示意图如图1 所示。Nd-Fe-B中心磁感应强度与磁铁块距离之间 的关系如表1所示。 1. 3试验主要分析仪器 试验所用到的主要分析和测量仪器 PHS-3C精 密pH计、 JA2003型精密电子天平、 Zetasizer NanoZs90 型 Zeta 电泳仪、 UV-1100 型紫外可见光光度计、 JK99C型全自动张力仪、 DDSJ-319L型电导率仪以及 FGC挂槽浮选机。 2试验方法 （1） 磁化装置的使用方法。通过调节磁铁块之 间的间距来改变中心磁感应强度的大小， 将装有油 酸钠溶液的烧杯放在磁铁中间， 使搅拌器转子浸没 在烧杯的水溶液中， 调节电动搅拌器的速率， 进行均 匀搅拌。 （2） pH值和电导率测定。用PHS-3C型精密pH 计分别测定油酸钠溶液在不同磁化条件下的pH值， 用DDSJ-319L型电导率仪测量油酸钠溶液磁化处理 前后电导率的变化， 每组试验测量3次， 取平均值。 （3） 吸光度测定。在分析波长225 nm下对不同 磁化条件下的油酸钠溶液进行吸光度测试。每组试 验测量3次， 取平均值。 （4） 表面张力测定。取少量油酸钠溶液到表面 张力仪测量皿内， 利用JK99C型全自动张力仪， 测量 磁化前后油酸钠溶液的表面张力， 每个试验样品重 复3次， 取平均值。 （5） Zeta电位测定。取20 mg粒度为-5 μm的萤石 或方解石纯矿物于70 mL、 pH8的油酸钠溶液中， 溶 液与矿物混合后搅拌10 min， 静置10 min， 取其上清液 注入Zetasizer NanoZs90型Zeta电泳仪样品池中进行 Zeta电位测定， 每个试验样品重复3次， 取平均值。 （6） 浮选试验。纯矿物浮选试验在 FGC挂槽浮 选机中进行， 固定浮选机搅拌速度为1 680 r/min。每 次称取5.0 g粒度在37～106 μm的纯矿物矿样放入浮 选槽， 加入70 mL磁化后的油酸钠溶液， 与纯矿物作 用时间为2 min， 刮泡5 min。泡沫产品和槽内产品分 别进行过滤、 烘干、 称重， 计算回收率。 （7） 吸附量试验。配置油酸钠浓度为 510-3 mol/L的溶液， 在波长为225 nm条件下测定不同浓度 下油酸钠溶液的吸光度， 得到标准曲线。每次称取1 g矿样， 加入一定体积的所需pH值水溶液， 按浮选条 件添加药剂， 根据试验要求进行相应的磁化处理， 搅 拌10 min后过滤， 通过测定滤液的吸光度计算油酸 钠在萤石表面的吸附量。 3试验结果与分析 通过磁化时间和磁感应强度单因素试验， 得到油 酸钠溶液在不同磁化条件下的pH值、 吸光度、 表面张 力和电导率的试验结果。试验过程中， 油酸钠浓度为 1.0710-4mol/L； 磁化时间为变量时， 磁感应强度为 320 mT； 磁感应强度为变量时， 磁化时间为10 min。 3. 1磁化对pH值的影响 油酸钠溶液 pH值随磁化时间或磁感强度变化 的影响结果如图2所示。 由图2可知 油酸钠溶液经磁化处理后， 其pH值 增大； 随着磁化时间的延长， pH值的变化先增加后降 低， 磁化时间为 10 min 时， pH 值提高到最大值为 8.53， 说明短时间的磁化作用药剂就能影响溶液中的 电离水解平衡， 进而影响溶液的pH值， 随着磁化时间 94 ChaoXing 2020年第4期周文波等 磁化对油酸钠溶液物化性质和矿物浮选的影响 的增加， 溶液中的电离水解平衡又向相反的平衡转 换， pH值降低； 在磁感应强度条件试验中， 随着磁感 应强度的增加， pH值逐渐增加， 在一定范围内， 磁感 应强度越大， 对溶液中的电离水解平衡影响越明显。 3. 2磁化对吸光度的影响 油酸钠溶液吸光度随磁化时间或磁感强度变化 的影响结果如图3所示。 由图3可知 油酸钠溶液经磁化后， 其吸光度值 明显增加； 磁化时间为10 min时， 油酸钠溶液的吸光 度由 0.646 增加到最大为 0.759； 在磁感应强度试验 中， 磁感应强度为320 mT时， 油酸钠溶液吸光度增加 了 0.113。吸光度的增加表明磁化影响了溶剂的变 化， 磁化作用使得液态油酸含量增加， 当液态的油酸 增加到一定值， 随着磁化时间的增大， 液态的油酸向 着溶液态的油酸平衡进行， 吸光度降低。 3. 3磁化对表面张力的影响 油酸钠溶液表面张力随磁化时间或磁感应强度 变化的影响结果如图4所示。 由图4可知 油酸钠溶液的表面张力随着磁化时 间的增加而先降低后增加， 但总体明显降低， 在磁化 时间条件试验中， 磁化时间为10 min时， 其表面张力 从未磁化的49.56 mN/m减小到35.12 mN/m； 随着磁 感应强度的增加， 油酸钠溶液的表面张力逐渐减小； 磁感应强度为320 mT时， 油酸钠溶液的表面张力由 未磁化时的49.56 mN/m下降至35.12 mN/m。表面张 力的降低， 表明磁化降低了溶液中分子之间的相互 作用力， 磁场的作用， 影响了分子的极性， 磁化时间 较短时， 磁场作用使得正负粒子朝相反方向运动， 变 化明显， 随着磁化时间的增加， 磁场的作用力与正负 粒子之间的作用力达到平衡， 影响分子的极性程度 发生变化。 3. 4磁化对电导率的影响 油酸钠溶液电导率随磁化时间或磁感强度变化 95 ChaoXing 金属矿山2020年第4期总第526期 的影响结果如图5所示。 由图5可知 油酸钠溶液的电导率随着磁化时间 的增加先提高后降低； 在磁化时间条件试验中， 磁化 时间10 min时， 油酸钠溶液的电导率从未磁化时的 27.7 μS/cm增加到最大值， 为29.4 μS/cm； 在磁感应强 度条件试验中， 随着磁感应强度的增加， 油酸钠溶液 的电导率逐渐增加， 在磁感应强度为320 mT时， 电导 率最高， 为29.4 μS/cm。电导率的增加， 表明磁化使 溶液中离子浓度增加， 磁化使pH值增大， H浓度减 少， 电离平衡向右移， 油酸阴离子浓度也随之增加。 但当增加到一定值时， 电离反应朝着相反方向进行， 离子浓度降低， 电导率降低。 3. 5Zeta电位测量试验结果 在磁化时间为10min条件下， 磁感应强度的改变 对方解石和萤石矿物Zeta电位的影响如图6所示。 由图6可知 方解石和萤石的Zeta电位绝对值随 着磁感应强度的增加而降低； 在磁感应强度为 320 mT时， 方解石和萤石的Zeta电位绝对值从未磁化的 40.92 mV 和 48.89 mV 分别降至 38.02 mV 和 41.48 mV； 在此磁化过程中方解石的Zeta电位 （负电性） 降 低了2.90 mV， 萤石的Zeta电位 （绝对值） 降低了7.41 mV。 3. 6浮选试验结果 磁化时间、 磁感应强度的变化对方解石和萤石 矿物浮选回收率的影响如图7所示。 由图7可知 随着磁化时间的增加， 方解石和萤 石的浮选回收率先升高后降低， 但是回收率较未磁 化时明显增加， 在磁化时间为10 min时， 方解石和萤 石的浮选回收率分别从 74.34和 80.92增加到最 大， 为94.11和93.73； 随着磁感应强度的增加， 方 解石和萤石的浮选回收率逐渐增加， 在磁感应强度 为320 mT时， 方解石和萤石回收率较未磁化时分别 提高了19.77和12.81个百分点。 3. 7机理分析 3. 7. 1溶液化学分析 油酸的溶解度S为10-7.6mol/L， 在通常浮选用量 下， 矿浆中油酸钠的浓度均大于其溶解度， 此时， 水 溶液中溶解的油酸HOl（aq）与不溶液态油酸HOl（l）间形 成饱和溶液， 根据溶液化学原理 ［9］， 油酸钠水溶液中 存在的化学平衡反应如下所示。 96 ChaoXing 2020年第4期周文波等 磁化对油酸钠溶液物化性质和矿物浮选的影响 RCOONa⇌RCOO-Na，（1） RCOO-H2O⇌RCOOHOH-，（2） 2RCOO-⇌ （RCOO） 2 2- ，（3） RCOOH⇌RCOO-H，（4） RCOOHRCOO-⇌H （RCOO） 2 - .（5） 计算可得不同pH值下的各组分浓度， 如图所8 示。磁化后， 油酸钠溶液的pH值增加， 促进了油酸 钠的电离， 使得阴离子的浓度增加， 溶液中的油酸根 离子数目的增多， 使得溶液的电导率增大。 磁化前后， 温度、 油酸钠的浓度无变化， 因此， 磁化后， 油酸钠吸光度的改变是由于磁场影响了溶 剂的性质， 使不溶液态的HOl（l）增多， 油酸钠溶液的 吸光度增加 ［10］。磁化后， 溶剂分子内部的极性发生 变化， 使其将溶液表面的空间大量占据， 提高了油 酸钠溶液的疏水性， 使得油酸钠溶液的表面张力降 低。 在方解石和萤石矿浆中， 矿物表面均有Ca2解离 出来， 磁化处理能促进油酸钠的电离， 使得油酸根离 子数目增加， 因此油酸钠对于方解石和萤石的捕收 能力增强， 化学吸附反应加剧， 导致矿物表面在溶液 中电离出的离子大量减少， 2 种纯矿物的 Zeta 电位 （绝对值） 降低。 3. 7. 2磁化对矿物表面吸附量的影响 磁化时间、 磁感应强度的变化对油酸钠在方解 石和萤石矿物表面吸附量的影响如图9所示。 由图9可知 随着磁化时间的增加， 油酸钠在矿 物表面的吸附量先增加后趋于平缓， 在磁化时间为 10 min时， 油酸钠在方解石、 萤石表面的吸附量达到最 大， 分别为1.1 mg/g、 1.129 mg/g； 随着磁感应强度的增 加， 油酸钠在方解石和萤石表面的吸附量逐渐增加， 在磁感应强度为320 mT时， 油酸钠在方解石和萤石表 面的吸附量增加量最大， 分别为 0.236、 0.189 mg/g。 这与前面浮选结果相一致， 表明磁化使矿物表面的 药剂吸附量增加， 提高矿物的浮选指标。 4结论 （1） 在磁感应强度320 mT、 磁化时间10 min条件 下， 磁化处理油酸钠溶液后， 油酸钠溶液的pH值、 吸 光度和电导率较未磁化时分别增加了0.53、 0.113和 1.7 μS/cm， 表面张力下降了14.44 mN/mT。 （2） 磁化处理会提高油酸钠的捕收性能， 增强其 与矿物的化学吸附能力。在磁感应强度320 mT、 磁 化时间10 min条件下磁化处理使方解石的Zeta电位 绝对值降低了2.90 mV， 使萤石的Zeta电位绝对值降 低了7.41 mV。 （3） 不同磁化条件会对油酸钠的捕收效果产生 不同影响。在磁感应强度 320 mT、 磁化时间 10 min 条件下磁化处理， 方解石和萤石的浮选回收率分别 从 未 磁 化 的 74.34 和 80.92 增 加 到 94.11 和 93.73； 方解石浮选回收率较未磁化时增加了19.77 个百分点， 萤石浮选回收率较未磁化时增加了12.81 个百分点。 （4） 磁化后， pH值的变化反映了磁化影响了油酸 钠在水溶液中的化学平衡反应， pH值的增大使水溶 液中油酸根阴离子浓度增加， 有利于与方解石、 萤石 表面Ca2结合， 吸附量试验结果也证实了磁化使得矿 物表面吸附的油酸根阴离子量增多。 97 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 参 考 文 献 王宇斌，文堪，王森，等. 电化学预处理对油酸钠性质及 捕收性能影响 ［J］ . 非金属矿， 2018， 41 （4） 4-6. Wang Yubin，Wen Kan，Wang Sen， et al. Effects of electrochemi- cal pretreatment on properties and collecting perance of sodi- um oleate ［J］ .Non-Metallic Mines， 2018， 41 （4） 4-6. 张军，李书光，胡松青. 磁处理技术的应用与研究进展 ［J］ . 青岛大学学报自然科学版， 2002， 15 （4） 71-74. Zhang Jun， Li Shuguang， Hu Songqing. Advanced research and ap- plication of magectic treament technology［J］ . Journal of Qingdao UniversityNatural Science Edition， 2002， 15 （4） 71-74. 罗仙平， 邱廷省， 方夕辉， 等. 磁处理技术的理论及其在矿冶中 的应用 ［J］ . 江西理工大学学报， 2001， 22 （2） 85-89. Lou Xianping，Qiu Tingsheng，Fang Xihui，et al. Theory of mag- netic treatment technique and its applications in mining and metal- lurgy［J］ . Jiangxi University of Science and Technology Journal， 2001， 22 （2） 85-89. 李永明， 韩建伟. 磁化水的物理化学性质探究 ［J］ . 中国科技财 富， 2009 （18） 74. Li Yongming，Han Jianwei. Study on physicochemical properties of magnetized water ［J］ . China Science and Technology Fortune Maga- zine， 2009 （18） 74. 姜丽丽， 姚夏妍， 侯新刚， 等.循环水磁防垢除垢作用机理及影 响因素分析 ［J］ .中国冶金， 2017， 27 （4） 67-72. Jiang Lili，Yao Xiayan，Hou Xingang，et al. Analysis on mecha- nism and influencing factors of scale removal by magnetized circu- lating water treatment for anti-scaling ［J］ .China Metallurgy，2017， 27 （4） 67-72. 王信良， 徐国勇， 王岳兴， 等. 关于磁化水性质的实验研究 ［J］ . 物理， 1992， 21 （2） 113-114. Wang Xinliang，Xu Guoyong，Wang Yuexing，et al. Experimental study on the properties of magnetized water ［J］ . Physical， 1992， 21 （2） 113-114. Bian Binxing，Xiao Jianli，Chen Qingru， et al. Research on effect of magnetized pulp on coal slime flotation ［J］ .Journal of China Uni- versity of Mining and Techonlogy， 2004， 14 （1） 37-41. 邱廷省， 崔立凤， 方夕辉. 磁化对浮选药剂及浮选过程的影响 ［J］ . 中国有色金属学报， （7） 1338-1344. Qiu Tingsheng，Cui Lifeng，Fang Xihui. Effect of magnetization on flotation reagents and process［J］ .The Chinese Journal of Nonfer- rnous Metals， 2009 （7） 1338-1344. 覃文庆，邹松，刘三军，等. 油酸钠浮选菱锰矿的溶液化学 机理研究 ［J］ . 武汉理工大学学报， 2014， 36 （7） 124-129. Qin Wenqing，Zou Song，Liu Sanjun，et al. Solution chemistry mechanism of flotation of sodium oleate on rhodochrosite ［J］ .Jour- nal of Wuhan University of Technology， 2014， 36 （7） 124-129. 崔立凤. 磁场条件下硫化铜矿浮选电化学过程及机理研究 ［D］ . 赣州江西理工大学， 2009. Cui Lifeng. Study on Electrochemical Process and Mechanism of Copper Sulfide Ore Flotation under Magnetic Field［D］ .Ganzhou Jiangxi University of Science and Technology， 2009. 金属矿山2020年第4期总第526期 98 ChaoXing