霓石溶出金属离子对镜铁矿、霓石可浮性的影响_李明阳.pdf

霓石溶出金属离子对镜铁矿、 霓石可浮性的影响 李明阳 1， 2 陈泽 1 胡义明 1 刘军 3 张颖异 1 高翔鹏 1 （1. 安徽工业大学冶金工程学院， 安徽 马鞍山243032； 2. 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室， 安徽 马鞍山 243002； 3. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司， 安徽 马鞍山 243000） 摘要为了研究霓石表面溶出离子Fe3、 Na对十二胺体系中镜铁矿和霓石可浮性的影响， 以0.044～0.074 mm 粒级镜铁矿和霓石单矿物为研究对象， 进行单矿物浮选试验， 并通过Zeta电位测量和溶液化学计算研究其作用机 理。结果表明 十二胺对镜铁矿和霓石均具有较好的捕收作用； Fe3对镜铁矿的抑制效果强于霓石， Na对2种矿物 可浮性均无明显影响； 加入Fe3、 Na均能使镜铁矿和霓石矿物表面电位发生右移， 表面电位升高减弱了十二胺在矿 物表面的静电吸附； Fe3主要以亲水性Fe （OH）3沉淀形式吸附在矿物表面， 使矿物亲水性增大， 从而对矿物产生抑制 作用。 关键词镜铁矿霓石十二胺浮选金属离子 中图分类号TD923文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -04-053-05 DOI10.19614/ki.jsks.201904011 Effect of Dissolved Metal Ions from Aegirite on the Floatability of Specularite and Aegirite Li Mingyang1， 2Chen Ze1Hu Yiming1Liu Jun3Zhang Yingyi1Gao Xiangpeng12 （1. School of Metallurgy and Resource， Anhui University of Technology， Maanshan 243032， China； 2. Key Laboratory of Metallurgical Emission Reduction Resources Recycling， Ministry of Education， Maanshan 243002， China； 3. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.， Ltd. Maanshan 243000， China） AbstractIn order to research the effect of Fe3and Nadissolved from aegirite on the flotation of specularite and ae- girite in dodecylamine system，single mineral flotation experiment was carried out with 0.044～0.074 mm size fraction miner- als of specularite and aegirite. The mechanism was analyzed from views of Zeta potential measurement and solution chemical calculation. The results showed that dodecylamine had a good effect on the collection of specularite and aegirite，while Fe3 showed a stronger inhibitory effect on specularite than that of aegirite，and Nahad no significant depression effect on the floatability of these two minerals. The added Fe3and Naright shifted the surface potential of these two minerals， which wak- ened the electrostatic adsorption of dodecylamine. Fe3adsorbed on the surface of these two minerals mainly in the of hy- drophilic hydroxide precipitation， which increased the hydrophilicity of specularite and aegirite and inhibited their floatability. KeywordsSpecularite， Aegirite， Dodecylamine， Flotation， Metal ions 收稿日期2019-01-12 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51674001） ， 安徽省重点研究和开发计划项目 （编号 1804a0802207, 1804a0802212） ， 安徽工业大学青年 基金项目 （编号 RD17100188） 。 作者简介李明阳1985， 男， 博士， 讲师。通讯作者胡义明 （1964， 男， 教授。 氧化铁矿与含铁硅酸盐类脉石矿物的分离一直 是铁矿资源利用的难点， 与其他方法相比， 浮选法是 最有效和常用的分离方法 ［1-2］。在磨矿、 浮选等过程 中， 会使矿浆中融入一些金属离子， 如Na、 Ca2、 Mg2、 Al3、 Fe3等， 这些金属离子在浮选过程中会对矿物的 可浮性产生显著的影响 ［3-6］。 刘星等 ［2］研究发现， 在油酸钠体系中， Fe3、 Al3对 赤铁矿浮选起抑制作用， Ca2、 Mg2对石英和绿泥石浮 选起活化作用。李晔等 ［7］研究认为， 在阴离子捕收剂 体系中， Fe3对硅线石浮选起抑制作用， 而Al3在一定 范围内能够活化硅线石， Fe3和Al3均能活化石英。 张晋霞等 ［8］研究得出， 在十二胺体系中， Ca2和Mg2对 蓝晶石的浮选起一定活化作用， Al3和Fe3对蓝晶石、 石英的浮选起抑制作用。Fornasiero等 ［9］研究认为， Cu2 与Ni2 均可以活化绿泥石、 蛇纹石与石英的浮 选。崔瑞等 ［10］研究得出， 以水杨羟肟酸为捕收剂浮 矿物工程 总第 514 期 2019 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 514 April 2019 53 ChaoXing 金属矿山2019年第4期总第514期 选铅矾时， Fe2或Fe3会使铅矾回收率急剧下降。陈 俐全等 ［11］研究发现， 在油酸钠浮选体系中， Al3主要 以Al （OH）3沉淀吸附在石英表面起活化作用。总之， 金属离子在不同的浮选体系中对矿物浮选起不同的 作用， 其作用机理也不尽相同。在镜铁矿和霓石浮 选分离体系中， 矿物表面溶解组分主要为Fe3、 Na， 因此， 本研究以十二胺为捕收剂， 探究Fe3、 Na2种金 属离子对镜铁矿和霓石矿物浮选行为的影响， 并通 过Zeta电位测量、 溶液化学计算对其作用机理进行 了分析。 1矿样和药剂 1. 1矿样的制备 试验矿样中镜铁矿单矿物来自安徽霍邱李楼铁 矿， 霓石单矿物来自包头白云鄂博铁矿。将矿石经 破碎筛分陶瓷球磨处理后， 筛选出0.044～0.074 mm 粒级产品作为浮选矿样。对制得的试样进行 XRD分析， 结果如图1所示， 利用XRF对2种单矿物 进行化学元素分析， 结果见表1。 由图 1 和表 1 可知， 镜铁矿中 Fe2O3的含量为 95.74， 霓石纯度为91.20。 1. 2试验药剂 试验试剂有十二胺、 HCl、 NaOH、 FeCl36H2O、 NaCl， 以上试剂均为分析纯， 购自南京试剂公司。试 验用水为超纯水； 十二胺与盐酸按照摩尔比1 ∶ 1的比 例配制成浓度为1 g/L的十二胺盐酸盐溶液使用。 2试验方法 2. 1单矿物浮选试验 单矿物浮选试验在50 mL XFG型单槽浮选机上 进行， 浮选流程如图2所示， 每次试验称取2.0 g纯矿 物， 控制浮选机搅拌转数为1 400 r/min， 浮选3 min， 对所得泡沫产品和槽内产品分别进行烘干、 称重， 计 算回收率。 2. 2Zeta电位测量 将待测样品用三头研磨机研磨至2 m以下， 每 次称取 20 mg 矿样放入装有 50 mL 浓度为 110- 3 mol/L的KCl溶液中， 搅拌1 min后加入110-4mol/L 的Fe3或Na溶液， 待分散均匀后， 静置， 取上清液， 在 美国布鲁克海文ZetaPALS仪上进行Zeta电位测定。 3试验结果与分析 3. 1浮选试验 以0.25 mol/L的稀盐酸和氢氧化钠溶液为pH调 整剂， FeCl3 6H2O、 NaCl提供金属离子， 十二胺为捕收 剂， 对镜铁矿和霓石进行单矿物浮选试验。 3. 1. 1十二胺浓度对单矿物可浮性的影响 在矿浆pH6时， 分别对镜铁矿和霓石单矿物在 不同捕收剂浓度时的可浮性进行研究， 试验结果如 图3所示。 由图3可知 随着十二胺浓度的增加， 2种矿物的 可浮性均逐渐增大； 随着十二胺浓度由5 mg/L增大 54 ChaoXing 李明阳等 霓石溶出金属离子对镜铁矿、 霓石可浮性的影响2019年第4期 至10 mg/L， 镜铁矿回收率迅速上升， 由74.04升高 至85.89， 继续增大十二胺浓度， 镜铁矿的浮选回收 率基本保持不变； 而十二胺浓度为10 mg/L时， 霓石 的回收率仅为64.29， 当十二胺浓度增加到20 mg/L 时， 霓石的浮选回收率上升至85.47， 此后随着十二 胺浓度的增加趋于稳定。综合考虑， 选择十二胺浓 度为20 mg/L。 3. 1. 2矿浆pH对单矿物可浮性的影响 在十二胺浓度为20 mg/L条件下， 考察pH对镜铁 矿和霓石单矿物可浮性的影响， 结果如图4所示。 由图4可知 镜铁矿和霓石的浮选回收率均随矿 浆pH的增大而呈现出先上升后下降的趋势； 镜铁矿 的浮选回收率在pH值为8时达到最大值， 为82.51； 而霓石浮选的最佳pH为6， 对应回收率为87.61。 由于试验考察的是反浮选流程中霓石和镜铁矿的浮 选分离效果， 需保证霓石的最佳可浮性， 综合考虑， 控制矿浆pH值为6。 3. 1. 3Fe3浓度对单矿物可浮性的影响 在矿浆 pH 值为 6， 十二胺浓度为 20 mg/L 情况 下， 研究了Fe3浓度变化对2种单矿物可浮性的影响， 结果见图5。 由图5可知 随着Fe3浓度的增大， 镜铁矿和霓石 的浮选回收率均呈下降趋势； 当Fe3浓度增加到1.04 mg/L时， 镜铁矿的浮选回收率由79.80迅速下降至 24.61， 当Fe3浓度增大至3.11 mg/L时， 镜铁矿回收 率仅为10.23； 霓石的浮选回收率随Fe3浓度增加而 稳定下降， 当Fe3浓度为8.28 mg/L时， 霓石回收率为 8.12。综合考虑， 选择Fe3浓度为4.14 mg/L。 3. 1. 4矿浆pH对Fe3作用下单矿物可浮性的影响 在十二胺浓度为20 mg/L、 Fe3浓度为4.14 mg/L 的情况下， 研究pH值变化对镜铁矿和霓石单矿物可 浮性的影响， 结果如图6所示。 由图6可知， 在整个试验pH范围内， 霓石的可浮 性呈现先上升后下降再小幅上升的趋势， 在矿浆pH 6时达到最大值， 为43.56， 在整个浮选pH范围内， 霓石的回收率最低点在pH10时， 此时浮选回收率 低至12.49； 在Fe3浓度为4.14 mg/L的情况下， 镜铁 矿回收率始终维持在10以下。 3. 1. 5Na浓度对单矿物可浮性的影响 霓石的成分为NaFeSi2O6， 在矿浆中其晶体表面 铁、 钠元素同时溶出， 因此在十二胺浓度为20 mg/L 的情况下， 研究了不同Na浓度对霓石和镜铁矿可浮 性的影响， 结果见图7。 由图7可以看出， 向浮选体系中加入Na时， 镜铁 矿和霓石的回收率无明显变化， 2种矿物的回收率都 稳定在80～90范围内， 说明Na对2种矿物的可浮 性影响不大。 55 ChaoXing 3. 2金属离子作用机理分析 3. 2. 1Zeta电位测定 考察了Na、 Fe3对镜铁矿和霓石单矿物作用前 后表面的Zeta电位， 结果分别见图8和图9。 从图8和图9可以看出 在纯水中， 镜铁矿和霓 石的表面电位均随pH值的升高而逐渐降低， 且镜铁 矿和霓石的零电点分别为2.92和2.12； Fe3、 Na的添 加均使矿物表面电位在一定程度上右移， Fe3使镜铁 矿和霓石的零电点分别右移至7.48和6.79； 由于十二 胺主要通过静电形式吸附在镜铁矿和霓石表面， Na、 Fe3作用造成的表面电位升高减弱了十二胺与矿物 表面的吸附强度， 抑制了镜铁矿和霓石的上浮， Fe3 作用后镜铁矿表面电位值明显高于霓石的表面电 位。因此， Fe3对镜铁矿的抑制强度大于对霓石的抑 制作用。 3. 2. 2溶液化学分析 为了研究金属离子对镜铁矿和霓石的作用机理， 通过溶液化学计算 ［12］， 得出Fe3浓度1.010-4 mol/L时 的lgc-pH关系图， 如图10所示。 由图 10 可以看出 当 pH＜2.53 时， Fe3主要以 Fe3、 FeOH2的形式存在； 当pH＞2.53时， Fe3主要以 Fe （OH）3沉淀的形式存在； 在pH4～12范围内， Fe3主 要以Fe （OH）3沉淀的形式存在。由于Fe （OH）3属亲 水性物质， 因此Fe3抑制镜铁矿和霓石的原因在于亲 水性Fe （OH）3在镜铁矿和霓石表面吸附减弱了矿物 的疏水性， 对其产生抑制作用。 4结论 （1） 在不添加Na、 Fe3情况下， pH6、 十二胺浓度 为 20 mg/L 时， 镜铁矿和霓石的浮选回收率分别为 87.61和82.14。 （2） Fe3对镜铁矿和霓石均有抑制效果， 且在相 同的金属离子浓度下， Fe3对镜铁矿的抑制效果比对 霓石的抑制强， 抑制效果随着pH的增大先减弱后增 强； Na对镜铁矿和霓石的可浮性基本无影响。Fe3吸 附在镜铁矿和霓石表面， 一方面增大了矿物表面电 位， 减弱了十二胺在矿物表面的静电吸附， 另一方面 Fe3以亲水性Fe （OH）3的形式吸附在矿物表面， 使矿 物的疏水性下降， 抑制了镜铁矿和霓石的上浮。 参 考 文 献 周婷婷. 铁矿石浮选药剂研究及应用现状 ［J］ . 现代矿业， 2017， 33 （6） 98-102. Zhou Tingting. Research and application utilization status of the iron ore flotation reagents［J］ . Modern Mining，2017，33 （6） 98- 102. 刘星， 张晋霞， 徐亮， 等. 金属离子对赤铁矿、 石英、 绿泥石 可浮性的影响 ［J］ . 西部探矿工程， 2016， 28 （7） 93-95. Liu Xing，Zhang Jinxia，Xu Liang，et al. Effect of metal ions on the flotability of hematite，quartz and chlorite ［J］ . West-China Ex- ploration Engineering， 2016， 28 （7） 93-95. 李明阳， 胡义明， 皇甫明柱， 等. 金属离子对硅酸盐矿物浮选行 为影响的研究进展 ［J］ . 矿产保护与利用， 2018 （3） 61-66. Li Mingyang，Hu Yiming，Huangfu Mingzhu，et al. Research on the effects of metal ions on silicates flotation ［J］ . Conservation and Utilization of Mineral Resources， 2018 （3） 61-66. Fan X，Rowson N A. The effect of Pb （NO3）2on ilmenite flotation ［J］ . Minerals Engineering， 2000， 13 （2） 205-215. 艾光华， 蔡鑫， 毕康颖， 等. 金属离子对矿物浮选行为影响的 研究进展 ［J］ . 有色金属科学与工程， 2017， 8 （6） 70-74. Ai Guanghua，Cai Xin，Bi Kangying，et al. Research progress on the effect of metal ions on mineral flotation behavior［J］ . Nonfer- rous Metals Science and Engineering， 2017， 8 （6） 70-74. 李瑞， 邱显扬， 周晓彤. 金属离子对捕收剂作用影响的研究 ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ 金属矿山2019年第4期总第514期 56 ChaoXing 2019年第4期李明阳等 霓石溶出金属离子对镜铁矿、 霓石可浮性的影响 现状 ［J］ . 材料研究与应用， 2015， 9 （1） 16-19. Li Rui，Qiu Xianyang，Zhou Xiaotong. Current research status on the influence of metal ion on collectors functions ［J］ . Materials Re- search and Application， 2015， 9 （1） 16-19. 李晔， 雷东升， 许时. 矿浆中金属离子对硅线石与石英浮 选分离的影响 ［J］ . 硅酸盐学报， 2002 （3） 362-365. Li Ye，Lei Dongsheng，Xu Shi. Effect of metal ions in pulp on flo- tation separation of sillimanite from quartz ［J］ . Journal of the Chi- nese Ceramic Society， 2002 （3） 362-365. 张晋霞， 冯雅丽， 牛福生. 矿浆中金属离子对蓝晶石矿物浮选 行为的影响 ［J］ . 东北大学学报自然科学版，2014，35 （12） 1787-1791. Zhang Jinxia，Feng Yali，Niu Fusheng. Influence of metal ions in pulp on floatability of kyanite minerals ［J］ . Journal of Northeastern University Natural Science， 2014， 35 （12） 1787-1791. Fomasiero D， Ralaton J.Cu（II）and Ni（II）activation in the flota- tion of quartz lizardite and chlorite ［J］ . International Journal of Min- eral Processing， 2005， 76（1/2） 75-81. 崔瑞， 聂新羽， 兰星， 等. Fe2/Fe3对水杨羟肟酸捕收铅矾的 影响 ［J］ . 金属矿山， 2018 （6） 85-88. Cui Rui， Nie Xinyu， Lan Xing， et al. Effect of Fe2and Fe3on flo- tation of lead- alum with salicylhydroxamic acid as collector［J］ . Metal Mine， 2018 （6） 85-88. 陈俐全， 张凌燕， 陈志强， 等. 铝离子对油酸钠浮选石英的影响 及作用机理 ［J］ . 金属矿山， 2018 （1） 120-124. Chen Liquan，Zhang Lingyan，Chen Zhiqiang，et al. Effect and mechanism of aluminum ion on quartz flotation in the system of so- dium oleate ［J］ . Metal Mine， 2018 （1） 120-124. 王淀佐，胡岳华. 浮选溶液化学 ［M］ . 长沙湖南科技出版社， 1988 132-134. Wang Dianzuo，Hu Yuehua. Solution Chemistry of Flotation［M］ . Changsha Hunan Science Technology Press， 1988 132-134. （责任编辑王亚琴） ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ 57 ChaoXing