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Mg2对油酸钠捕收石英的活化机理研究 张臻 1 张凌燕 1， 2 吴建新 3 管俊芳 1 陈志强 3 张冲 3 段树桐 3 （1. 武汉理工大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070； 2. 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室， 湖北 武汉 430070； 3. 蚌埠玻璃工业设计研究院， 安徽 蚌埠233018） 摘要石英矿物中常伴生有Mg2， 为了解Mg2对油酸钠浮选石英的影响， 进行了石英纯矿物浮选试验， 并采用 Zeta电位测试、 溶液化学计算和红外光谱分析方法对Mg2活化石英的机理进行了研究。结果表明 ①在没有Mg2存在 的情况下， 油酸钠对石英没有捕收能力； 当矿浆pH10.5， Mg2浓度为3.7510-4mol/L， 油酸钠浓度为6.2510-4mol/L 时， 石英的浮选回收率可达92.40％。②Zeta电位分析表明， 吸附在石英表面的Mg2是油酸钠吸附的活性位点， 因而 Mg2对油酸钠浮选石英有活化作用。③溶液化学分析表明， Mg2活化石英的有效成分为MgOH。④红外光谱分析表 明， 有Mg2存在的情况下， 油酸钠才能吸附到石英颗粒表面。 关键词石英镁离子油酸钠活化 中图分类号TD923.1文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -05-084-04 DOI10.19614/ki.jsks.201905015 Activation Mechanism of Magnesium Ions to Sodium Oleate Capture Quartz Zhang Zhen1Zhang Lingyan1， 2Wu Jianxin3Guan Junfang1Chen Zhiqiang3 Zhang Chong3Duan Shutong312 （1. School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China； 2. Hubei Key Laboratory of Mineral Resources Processing and Environment， Wuhan 430070， China； 3. Bengbu Research Institute for Glass Industry， Bengbu 233018， China） AbstractMagnesium ions are often associated with quartz minerals. In order to research the effect of magnesium ion on the quartz flotation by sodium oleate，the flotation tests of pure quartz minerals were carried out. The mechanism of magne- sium ion activating quartz was studied by Zeta potential test，solution chemistry calculation and infrared spectroscopy analy- sis. The results showed that ①sodium oleate can not float quartzwithout magnesium ion； The flotation recovery rate of quartz can reach 92.40 under the condition that the pulp pH10.5，the concentration of magnesium ion is 3.7510-4mol/L，and the concentration of sodium oleate is 6.2510-4mol/L. ②Zeta potential analysis shows that magnesium ion adsorbed on the sur- face of quartz is the active site of sodium oleate adsorption， so magnesium ion has an activation effect on sodium oleate flota- tion of quartz. ③Solution chemical analysis showed that the main active composion in the process of magnesium ion activation of quartz was MgOH. ④Infrared spectroscopy analysis showed that sodium oleate can adsorb to the surface of quartz particles with the help of magnesium ion. KeywordsQuartz， Magnesium ions， Sodium oleate， Activation 收稿日期2019-02-16 基金项目安徽省科技重大专项 （编号15czz02044） 。 作者简介张臻 （1994） ， 男， 硕士研究生。 石英是建筑材料、 光学玻璃、 化学工业等行业的 重要原料， 广泛存在于自然界中。随着天然水晶资 源的枯竭， 研究提纯石英矿制备高纯度石英逐渐成 为热门。石英的常见共、 伴生矿物为硅酸盐矿物， 可 采用浮选工艺分离提纯。 目前， 石英的浮选主要有2种方法， 其一是用胺类 捕收剂直接浮选石英， 其二是用金属离子活化石英， 再用阴离子捕收剂进行浮选 ［1］。对于金属离子活化石 英的作用机理目前尚无统一说法。Fuerstenua M C ［2］ 认为， 在多价金属离子活化石英的过程中， 起作用的 是一价羟基金属离子， Ejtemaei M ［3］、 陈琳璋［4］持有相 同的观点； 王淀佐 ［5］、 陈荩［6］等认为多价金属离子活 总第 515 期 2019 年第 5 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 515 May 2019 84 ChaoXing 化石英过程中起作用的是金属离子的氢氧化物沉 淀。由于Al3、 Fe3等高电价、 小半径的金属离子活 化石英的pH范围较广， 国内外许多人对其活化机理 做了大量的工作 ［7-9］。而在石英的浮选实践中， Mg2 也是常见的难免离子， 但业界对其活化石英的研究 却较少， 因此有时候会对石英的浮选造成干扰。 Yin R M ［10］以SAS为捕收剂， 发现石英的疏水性主要 由Mg （OH） RSO3所致， 且当溶液中Mg （OH）2沉淀达到 一定浓度时， 石英的浮选开始被抑制。周坤 ［11］发现 低浓度的Mg2对HAY浮选石英具有一定的活化作 用， 但当Mg2浓度较高时反而抑制石英的浮选。 本研究将通过浮选试验、 Zeta电位测定、 溶液化 学分析以及红外光谱分析等方法揭示在油酸钠体系 下Mg2活化石英的效果和机理。 1试样与试剂 试验用石英矿石取自安徽某石英矿， 主要化学 成分分析结果见表1。 从表1可知， 石英试样纯度很高， SiO2含量高达 99.65； 主要杂质为Al2O3、 Fe2O3、 TiO2、 CaO、 Na2O等， 含量均较低， 满足石英纯矿物试验要求。 试 验 所 用 试 剂 油 酸 钠（C17H33CO2Na）、 盐 酸 （HCl） 、 氢氧化钠 （NaOH） 、 氯化镁 （MgCl2） 均为分析纯 试剂。 2试验方法 （1） 试样经破碎、 筛分， 0.15～0.074 mm粒级用于 Zeta 电位分析， 0.074～0.038 mm 粒级用于浮选试 验， -0.038 mm粒级用于红外测试。 （2） 浮选试验。试验在RK/FGC-35型挂槽浮选 机上进行， 浮选槽的有效容积为140 mL， 浮选机搅拌 器转速为2 060 r/min， 浮选浓度为5。每次试验取 7 g试样加入浮选槽中， 加入一定量的去离子水搅拌 均匀后用盐酸或氢氧化钠调节矿浆pH， 加入一定量 的活化剂MgCl2后再搅拌3 min， 最后加入油酸钠并搅 拌3 min， 充气30 s后刮泡， 然后根据槽内产品和泡沫 产品质量计算石英的回收率。 （3） Zeta电位测定。所有仪器为BDL-B型表面 电位粒径仪。准确称取0.05 g试样加入烧杯中， 向其 中加入适量去离子水和药剂， 用磁力搅拌器搅拌充 分， 再用细胞粉碎仪超声粉碎， 静置， 取上层清液进 行Zeta电位测定。 （4） 红外光谱测试。取适量试样与溴化钾于研 钵中充分研磨， 用压片机将混合粉末压制成薄片， 再 用美国Nicelet公司生产的IS-10型傅立叶红外变换 光谱仪进行测试。 3试验结果与讨论 3. 1浮选试验 3. 1. 1pH影响试验 在 Mg2浓度为 6.2510-4mol/L， 油酸钠浓度为 6.2510-4mol/L情况下研究矿浆pH对浮选结果的影 响， 试验结果见图1。 由图1可以看出， 在未添加Mg2情况下， 油酸钠 对石英的捕收能力很弱； 添加Mg2后， 石英的浮选回 收率随pH值的增大先显著上升后显著下降， 在pH 9.5～11情况下， 石英的浮选回收率达80～90， 高 点在pH10.5时。 3. 1. 2Mg2浓度影响试验 在pH10.5， 油酸钠浓度为6.2510-4mol/L情况 下研究Mg2浓度对浮选结果的影响， 试验结果见图 2。 从图2可以看出， Mg2浓度从1.510-4mol/L提高 至3.7510-4mol/L， 石英的浮选回收率从接近于零快 速提高至91.40； 继续提高Mg2浓度， 石英的浮选回 收率不再上升。因此， 确定后续试验的Mg2浓度为 2019年第5期张臻等 Mg2对油酸钠捕收石英的活化机理研究 85 ChaoXing 3.7510-4mol/L。 3. 1. 3油酸钠浓度影响试验 在pH10.5， Mg2浓度为3.7510-4mol/L情况下 研究了油酸钠浓度对石英浮选结果的影响， 试验结 果见图3。 从图3可以看出， 油酸钠浓度从0.7510-4mol/L 提高至6.010-4mol/L， 石英的浮选回收率呈先快后 慢的上升趋势； 继续提高油酸钠浓度， 石英的浮选回 收率下降。油酸钠浓度过高， 石英浮选回收率下降 与油酸钠在溶液中水解产生的油酸抑制石英的浮选 有关 ［12］。油酸钠浓度为6.2510-4mol/L时的石英浮 选回收率为92.40。 3. 2机理研究 3. 2. 1Zeta电位分析 石英在Mg2浓度为3.7510-4mol/L的水溶液中 和纯水中的Zeta电位见图4。 从图4可以看出 ①石英在纯水中的零电点在 pH2左右； pH值增大， 石英表面的Zeta电位下降。 因此， 理论上说， 石英在无Mg2活化时不能被油酸钠 浮选， 这与试验结果吻合。②在有Mg2存在的情况 下， 矿浆pH从8.5提高至10.3， 石英表面的Zeta电位 上升； pH在10～11.3时， 石英表面的Zeta电位上升为 正值； pH＞11.0后继续增大矿浆pH， 石英表面的Zeta 电位下降。结合石英浮选试验结果可以发现， 经Mg2 处理的石英表面Zeta电位变化趋势与石英浮选回收 率的变化趋势一致， 这是因为吸附在石英表面的Mg2 成为了吸附油酸钠的活性位点， 从而有利于石英的 浮选。 3. 2. 2溶液化学分析 根据Mg2的水化平衡方程可进行溶液平衡计算， 结果见图5。 由图5可以看出， 当溶液pH＜7.7时， MgCl2主要 以 Mg2形式存在， 且浓度较为稳定； 当溶液的 pH 7.7 时， MgOH的浓度为10-7mol/L； 溶液的pH 从7.7 增长至10.0， MgOH的浓度上升； 当溶液的pH10.0 时， MgOH 的浓度达到最大； 继续增大溶液的 pH 值， MgOH与 Mg2的浓度迅速下降， 同时伴随 Mg （OH）2 （s）的出现， 并迅速达到较高的浓度。结合纯矿 物浮选试验结果可知， 石英浮选回收率的变化与 MgOH浓度的变化吻合度非常高， 因此， 推测MgOH 是活化石英的主要成分。 3. 2. 3红外光谱分析 将试样、 与浓度为6.010-4mol/L的油酸钠溶液 作用后的试样、 与Mg2油酸钠溶液 （浓度为3.75 10-46.010-4mol/L） 作用后的试样进行红外光谱测 试， 结果见图6。 由图6可以看出 ①纯净石英的红外光谱、 与油 酸钠作用后石英的红外光谱在 1 166.87、 1 082.90、 金属矿山2019年第5期总第515期 86 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ 796.61、 693.90、 459.26 cm-1处均出现了石英的特征 峰， 且与油酸钠作用后石英的红外光谱中未出现新 的特征峰， 表明油酸钠并未吸附在石英表面。②将 与Mg2油酸钠作用后石英的红外光谱与纯净石英的 红外光谱进行对比， 可以发现与Mg2、 油酸钠共同作 用下的石英红外光谱中出现了新的特征峰 2 923.42 cm-1处为CH2的伸展振动峰， 2 852.55 cm-1处为 CH3的伸展振动峰， 1 560.51 cm-1处为C O的伸 展振动峰， 1 457.18 cm-1处为CH2的弯曲振动峰， 而这些特征峰为油酸钠的特征峰， 表明油酸钠吸附 到了石英表面。 4结论 （1） 在没有Mg2存在的情况下， 油酸钠对石英没 有捕收能力； 当矿浆pH10.5， Mg2浓度为3.7510-4 mol/L， 油酸钠浓度为6.2510-4mol/L时， 石英的浮选 回收率可达92.40％。 （2） Zeta电位分析表明， 吸附在石英表面的Mg2 成为了油酸钠吸附的活性位点， 因而在用油酸钠浮 选石英时Mg2具有活化作用。 （3） 溶液化学分析表明， Mg2活化石英的主要成 分为MgOH。 （4） 红外光谱分析则表明， 在有Mg2存在的情况 下油酸钠才能吸附到石英颗粒表面。 参 考 文 献 石云良， 邱冠周， 胡岳华， 等.石英浮选中的表面化学反应 ［J］ .矿 冶工程， 2001 （3） 43-45. 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