细粒白云石疏水聚团的原位研究-sup-①-_sup-_叶军建.pdf

返回 相似 举报
细粒白云石疏水聚团的原位研究-sup-①-_sup-_叶军建.pdf_第1页
第1页 / 共4页
细粒白云石疏水聚团的原位研究-sup-①-_sup-_叶军建.pdf_第2页
第2页 / 共4页
细粒白云石疏水聚团的原位研究-sup-①-_sup-_叶军建.pdf_第3页
第3页 / 共4页
细粒白云石疏水聚团的原位研究-sup-①-_sup-_叶军建.pdf_第4页
第4页 / 共4页
亲,该文档总共4页,全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
资源描述:
细粒白云石疏水聚团的原位研究 ① 叶军建1,2,3, 张 覃1,2,3, 李先海1,2,3, 王贤晨1,2,3, 沈智慧1,2,3, 卯 松1,2,3 (1.贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550025; 2.喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州 贵阳 550025; 3.贵州省非金属矿产 资源综合利用重点实验室,贵州 贵阳 550025) 摘 要 采用聚焦光束反射测量仪和颗粒录影显微镜原位观测了-30 μm 细粒白云石在脂肪酸类药剂 GJBW 以及煤油诱导下的疏 水聚团尺寸和形貌,考察了 GJBW 浓度、煤油用量、油滴粒度、pH 值和搅拌速度的影响。 结果表明,GJBW 诱导形成了疏松的支链结 构聚团,微米级油滴能显著增大聚团尺寸和强度,形成较紧密的球形结构聚团。 搅拌速度较高时聚团有所破坏,但当搅拌速度降低 时,聚团可以重构。 原位表征能更准确地揭示细颗粒的疏水聚团过程。 关键词 疏水聚团; 白云石; 聚团尺寸; 聚团形貌; 乳化煤油; 磷灰石; 浮选 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2020.03.010 文章编号 0253-6099(2020)03-0039-04 In⁃situ Investigation of Hydrophobic Agglomeration of Fine Dolomite YE Jun⁃jian1,2,3, ZHANG Qin1,2,3, LI Xian⁃hai1,2,3, WANG Xian⁃chen1,2,3, SHEN Zhi⁃hui1,2,3, MAO Song1,2,3 (1.Mining College, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China; 2.National & Local Joint Laboratory of Engineering for Effective Utilization of Regional Mineral Resources from Karst Areas, Guiyang 550025, Guizhou, China; 3.Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Nonmetal Mineral Resources, Guiyang 550025, Guizhou, China) Abstract The hydrophobic agglomeration of fine dolomite particles (-30 μm) induced by fatty acids agent GJBW and kerosene were investigated. The size and morphology of the aggregates were in⁃situ observed with focused beam reflectance measurement and real⁃time particle vision and measurement methods. The effects of GJBW dosage, kerosene dosage, kerosene droplet size, pulp pH value and stirring speed were studied. It is found that the induction of GJBW can result in the formation of loose branched⁃chain structured aggregates, and then kerosene droplets of micron⁃scale can greatly increase the size and strength of aggregates, which results in the aggregates being of compact and spherical shape. The aggregates will be disintegrated at an increased stirring speed, but can be reconstructed as the speed is slowing down. The in⁃situ characterization techniques can be utilized to precisely reveal the hydrophobic agglomeration process of fine particles. Key words hydrophobic agglomeration; dolomite; aggregate size; aggregate morphology; emulsified kerosene; apatite; flotation 从中低品位沉积型磷块岩、磷矿泥和磷尾矿中浮 选回收细粒磷灰石是目前的难题[1-2]。 一方面,磷灰 石与脉石矿物白云石同属含钙矿物,表面物理化学性 质相似,浮选分离困难[3],目前主要在酸性条件下采 用脂肪酸捕收剂反浮选白云石[4]。 另一方面,细粒由 于质量小和比表面积大的特点,导致浮选速度慢和浮 选指标较差[5]。 疏水聚团是改善细粒浮选的有效途径之一,研究 者们已经对多种细粒矿物的疏水聚团进行了研究,如 赤铁矿、钛铁矿、硫化矿、黏土矿物等[6-9],并开发了一 系列细粒浮选工艺,如剪切絮凝浮选、载体浮选和团聚 浮选等[9]。 但对于细粒磷灰石和白云石的疏水聚团 行为研究较少。 另外,主要采用非原位手段表征聚团, 如激光粒度分析仪和显微镜,这会对聚团造成干扰和 ①收稿日期 2020-01-19 基金项目 国家自然科学基金(51474078) 作者简介 叶军建(1986-),男,山西大同人,博士研究生,主要研究方向为难选矿石选矿及资源综合利用。 通讯作者 张 覃(1967-),女,贵州毕节人,博士,教授,博士研究生导师,主要从事难选矿石选矿及资源综合利用研究。 第 40 卷第 3 期 2020 年 06 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №3 June 2020 ChaoXing 改变。 目前聚焦光束反射测量仪(FBRM)和颗粒录影 显微镜(PVM)等原位表征手段逐渐被引入矿物加工 领域,用于表征细粒矿物絮凝[10],获得了满意的结果。 本文采用 FBRM 和 PVM 原位观测了-30 μm 细 粒白云石在脂肪酸类药剂 GJBW 以及煤油诱导下的疏 水聚团尺寸和形貌,考察了 GJBW 浓度、煤油用量、油 滴粒度、pH 值和搅拌速度的影响,为细粒嵌布磷矿石 聚团浮选脱镁提供理论指导。 1 样品性质及试验方法 1.1 样品和药剂 白云石纯矿物取自贵州瓮福集团,经手选、破碎、 磨矿、筛分制得-30 μm 粒级样品。 X 射线衍射结果表 明样品纯度较高,满足试验要求。 激光粒度分析仪测 得样品平均粒径为 15.91 μm。 GJBW 是一种用于磷矿石反浮选脱镁的脂肪酸类 捕收剂[11],在本试验中用来诱导白云石疏水聚团;煤 油用于强化疏水聚团。 前期探索试验表明直接添加煤 油并不能强化细粒白云石疏水聚团,而且还会抑制浮 选泡沫层的形成,因此将其制备成乳化煤油后再添加。 为了不引入其他表面活性剂,采用 GJBW 作为乳化剂, 考察了机械搅拌和超声波两种方式制备的乳化煤油的 疏水聚团效果。 乳化煤油制备过程如下将一定量煤 油与80 mL 质量浓度5%的 GJBW 溶液混合,控制其中 煤油与 GJBW 质量比分别为 0.5∶1、1∶1、2∶1,通过均质 机9000 r/ min 搅拌3 min,或通过超声波粉碎机在150 W 下作用 3 min 制得水包油型煤油乳化液。 机械搅拌法 制备的乳化煤油稳定性较差,容易分层,采用 FBRM 测定了其中油滴的粒度分布,油滴中值弦长约为 5 μm,而超声波制备的乳化煤油稳定性较强,不发生 分层,经纳米粒度分析仪(美国贝克曼 DelsaTM Nano) 测定其油滴粒径在纳米级。 体积分数10%硫酸、10%磷酸和质量分数5%氢氧 化钠用于调节悬浊液 pH 值。 GJBW 为工业品,其他所 有药剂均为分析纯。 试验用水为电阻率 18.25 MΩcm 的去离子水。 1.2 疏水聚团试验 将 25 g 白云石与 1 000 mL 去离子水混合制备成 质量浓度 2.5%的悬浊液,经超声波充分分散 2 min 后,全部转移到搅拌槽中,添加适量的 GJBW 溶液或乳 化煤油,之后添加硫酸、磷酸或氢氧化钠调节矿浆 pH 值,搅拌速度范围在 450 ~ 650 r/ min 之间。 整个试验 过程中采用聚焦光束反射测量仪FBRM(梅特勒Particle Track G400)和颗粒录影显微镜 PVM(梅特勒 Particle View V19)持续监测聚团弦长分布和形貌。 文中展示的 PVM 图像是选取的有代表性的图像,FBRM 每次测量结 果都提供了一个不加权弦长分布和一个加权弦长分布。 不加权弦长分布类似数量分布,对细粒级更敏感;加权 弦长分布类似体积分布,考虑了大体积的颗粒,更适合 聚团。 FBRM 和 PVM 的工作原理详见文献[10]。 2 结果与讨论 2.1 GJBW 浓度的影响 搅拌速度 550 r/ min,通过 FBRM 监测白云石悬浊 液的颗粒数、平均弦长(加权)和中值弦长(不加权), GJBW(50/50/50/50/200/200/200/200 mg/ L) 分别在 0221/0700/1212/1502/1817/2200/2738/3219 时添加,累计 GJBW 浓度分别为 50/100/150/200/ 400/600/800/1 000 mg/ L,试验结果见图 1,相应的聚 团 PVM 图像见图 2。 时间mmss GJBW浓度/mg L-1 50000 40000 30000 20000 10000 0 颗粒数⁃150 m 弦长/m 0000120006001800300024003600 50100150 200 400 6008001000 250 200 150 100 50 0 100 80 60 40 20 0 颗粒数150 ~ 1000 m 颗粒数⁃10 m 颗粒数10 ~ 50 m 颗粒数50 ~ 150 m 颗粒数150 ~ 300 m 颗粒数300 ~ 1000 m▲ ▲ ◆ ■● 中值弦长不加权 平均弦长加权 图1 GJBW 浓度对细粒白云石悬浊液颗粒数和聚团尺寸的影响 图 1 表明白云石原始颗粒数主要分布在-10 μm 粒级和 10~50 μm 粒级,平均弦长(加权)和中值弦长 (不加权)分别为 30 μm 和 10 μm;当 GJBW 浓度为 50 mg/ L 时,-50 μm 颗粒数急剧降低,而50~300 μm 颗 粒数急剧增加,平均弦长(加权)急剧增大到 80 μm, 表明细颗粒形成聚团,随着搅拌时间延长,聚团尺寸逐 渐降低到 57 μm,这是由于聚团强度较低,不能抵抗长 时间的剪切。 随着 GJBW 浓度逐渐提高到 200 mg/ L, 聚团的平均弦长(加权)逐渐增大到 63 μm,而且随着 搅拌时间延长,聚团尺寸降低得比较缓慢,表明提高 GJBW 浓度可以提高聚团强度,但当 GJBW 浓度超过 600 mg/ L 时,聚团尺寸显著降低,甚至当 GJBW 浓度 达到 1 000 mg/ L 时,聚团重新分散,聚团尺寸接近初 始的平均弦长。 由图 2 也可以看出,初始白云石颗粒呈 较好的分散状态;当存在适量的 GJBW 时,大量疏松的枝 链结构聚团形成;但当 GJBW 浓度过大,达到 800 mg/ L 04矿 冶 工 程第 40 卷 ChaoXing 图 2 不同 GJBW 浓度下白云石颗粒或聚团的 PVM 图像 (a) 0 mg/ L; (b) 100 mg/ L; (c) 200 mg/ L; (d) 400 mg/ L; (e) 800 mg/ L; (f) 1 000 mg/ L 或 1 000 mg/ L 时,聚团尺寸显著降低直至重新分散。 另外,由 PVM 图像中的比例尺可以估计颗粒或聚团的 尺寸,发现分散颗粒的尺寸与不加权的弦长吻合,聚团 的尺寸与加权的弦长吻合。 GJBW 浓度对聚团尺寸的影响主要与白云石的表 面润湿性有关,GJBW 浓度较低时在白云石表面呈单 层吸附,使表面疏水;但当 GJBW 浓度较高时,形成亲 水基向外的双层结构,使表面亲水[12]。 2.2 油滴粒度和煤油用量的影响 非极性油可以强化疏水聚团[9]。 对比了机械搅 拌和超声制备的乳化煤油对疏水聚团尺寸和形貌的影 响,结果如图 3 和表 1 所示,试验中添加不同煤油与 GJBW 质量比的乳化煤油,保持 GJBW 浓度为 400 mg/ L。 由图 3 可知,煤油能显著增大聚团尺寸。 在相同的乳化 煤油用量下,机械搅拌法制备的乳化煤油诱导的白云 石聚团尺寸明显大于超声乳化煤油,而前者的油滴粒 径显著大于后者,表明油滴粒径对疏水聚团有重要影 响,这证明了非极性油强化疏水聚团机理中油桥的重 要作用,油滴作为两个疏水颗粒桥连的载体需要合适 的粒径。 另外,随着煤油与 GJBW 质量比增大,即随着 煤油用量增大,两种乳化煤油诱导的白云石聚团尺寸均 逐渐增大,但机械搅拌法制备的乳化煤油诱导的白云石 聚团尺寸增幅更大,聚团平均弦长(加权)从 176 μm 增大到 254 μm,而超声乳化煤油诱导的白云石聚团平 均弦长(加权)从 102 μm 增大到 148 μm。 相应的聚 团 PVM 图像(见表 1)也证明了以上结果,而且煤油使 得疏松的枝链聚团变为紧密的球形聚团。 煤油与乳化剂GJBW质量比 300 240 180 120 60 0 白云石聚团平均弦长加权/ m ∶2 1∶1 1∶0.5 1 机械搅拌 超声乳化 图 3 乳化煤油对白云石疏水聚团尺寸的影响 表 1 乳化煤油诱导的白云石疏水聚团的 PVM 图像 煤油与 GJBW 质量比 白云石疏水聚团 PVM 图像 机械搅拌超声乳化 0.5∶1 1∶1 2∶1 2.3 pH 值的影响 硫酸和磷酸是磷矿石反浮选脱镁常用的 pH 值调 整剂和抑制剂。 当乳化煤油(煤油与 GJBW 质量比 2∶1)中 GJBW 浓度为 400 mg/ L 时,分别采用硫酸、磷 酸或氢氧化钠调节悬浊液 pH 值,考察了 pH 值对白云 石疏水聚团尺寸的影响,结果如图 4 所示,由于 GJBW 呈碱性,添加乳化煤油后,白云石悬浊液 pH 值变为 10.3, 试验过程中搅拌速度为 550 r/ min。 由图 4 可知,添加 乳化煤油后,白云石聚团平均弦长(加权)为 285 μm, 当采用硫酸和磷酸调节悬浊液 pH 值到酸性时,白云 石聚团平均弦长(加权)均会增大,而用氢氧化钠调节 悬浊液 pH 值到碱性时,白云石聚团平均弦长(加权) 减小,这主要与 pH 值对矿物 Zeta 电位的影响有关。 14第 3 期叶军建等 细粒白云石疏水聚团的原位研究 ChaoXing 通常矿物的 Zeta 电位绝对值随 pH 值增大而增大。 酸 性条件下 Zeta 电位较低,静电斥力较小,容易聚团,而 碱性条件下 Zeta 电位增大,静电斥力增强,容易分散。 pH值 400 320 240 160 80 0 白云石聚团平均弦长加权/ m 4.5 H2SO4 5.010.311.7 H3PO4 NaOH 无 图 4 pH 值对白云石聚团尺寸的影响 2.4 搅拌速度的影响 剪切絮凝表明疏水聚团的形成需要足够的剪切力 使颗粒克服静电斥力,另外,疏水聚团需要能够承受浮 选机转子的剪切。 因此当乳化煤油(煤油与 GJBW 质 量比 2∶1)中 GJBW 浓度为 400 mg/ L 时,考察了搅拌 速度对疏水聚团尺寸的影响,结果如图 5 所示,其中实 线表示聚团尺寸随搅拌速度增加的变化,虚线表示聚 团尺寸随搅拌速度降低的变化。 搅拌速度/r min-1 300 280 260 240 220 200 白云石聚团平均弦长加权/m 450550500600650 ■ ■ ■ ■ ■■ 图 5 搅拌速度对细粒白云石疏水聚团尺寸的影响 由图 5 可知,随着搅拌速度从 450 r/ min 提高到 650 r/ min,聚团平均弦长(加权) 从 289 μm 降到了 266 μm,表明聚团发生了一定程度的破坏,但聚团尺寸 仍然较大;当搅拌速度从 650 r/ min 再降至 450 r/ min, 聚团尺寸又恢复到 286 μm,表明当颗粒疏水性较强 时,疏水聚团的破坏是可逆的。 另外,在较低的搅拌速 度时就能形成聚团,而且聚团形成速度很快,并不需要 长时间搅拌,这与剪切絮凝描述的需要较强的搅拌速 度和较长的搅拌时间才能形成聚团不一致。 前人也有 一些报道,如果颗粒有足够强的疏水性,即使不搅拌也 能形成聚团[12]。 3 结 论 1) 聚焦光束反射测量仪和颗粒录影显微镜适合 原位表征疏水聚团尺寸和形貌。 2) GJBW 诱导形成疏松的枝链结构聚团, 但 GJBW 过量时聚团会重新分散。 煤油能强化疏水聚 团,油滴粒度是一个重要因素,机械搅拌制得的微米级 油滴比超声波制得的纳米级油滴产生的聚团尺寸更 大,具有较紧密的球形结构。 3) 疏水聚团能在较低的搅拌速度下形成。 搅拌 速度增大,聚团有所破坏,当搅拌速度降低时,聚团可以 重构。 酸性条件下,聚团尺寸增大;碱性条件下,聚团尺 寸减小,主要与 pH 值对矿物 Zeta 电位的影响有关。 参考文献 [1] 张 覃,何发钰,卯 松,等. 胶磷矿和白云石的嵌布特征及磨矿 细度试验[J]. 化工矿物与加工, 2010(12)8-11. [2] Oliveira M S, Santana R C, Atade C H, et al. Recovery of apatite from flotation tailings[J]. Separation and Purification Technology, 2011,79(1)79-84. [3] 唐川黔,张 覃,卯 松. 白云石与胶磷矿纯矿物浮选行为差异研 究[J]. 化工矿物与加工, 2010(3)1-3. [4] 余永富,葛英勇,潘昌林. 磷矿选矿进展及存在的问题[J]. 矿冶 工程, 2008,28(1)29-33. [5] 邱冠周,胡岳华,王淀佐. 颗粒间相互作用与细粒浮选[M]. 长 沙中南工业大学出版社, 1993. [6] Yin W, Yang X, Zhou D, et al. Shear hydrophobic flocculation and flotation of ultrafine Anshan hematite using sodium oleate[J]. Transac⁃ tions of Nonferrous Metals Society of China, 2011,21(3)652-664. [7] 范桂侠,曹亦俊. 微细粒钛铁矿和钛辉石的剪切絮凝浮选行为[J]. 中国矿业大学学报, 2015,44(3)532-539. [8] 陈 军,闵凡飞,刘令云,等. 高泥化煤泥水的疏水聚团沉降试验 研究[J]. 煤炭学报, 2014(12)2507-2512. [9] 宋少先,卢寿慈. 疏水絮凝理论与分选工艺[M]. 北京煤炭工业 出版社, 1993. [10] Liang L, Peng Y, Tan J, et al. A review of the modern characteriza⁃ tion techniques for flocs in mineral processing[J]. Minerals Engi⁃ neering, 2015,84130-144. [11] 黄维骏,张 覃,叶军建,等. 组合抑制剂对某中低品位钙镁质磷 矿石反浮选的影响[J]. 化工矿物与加工, 2014(11)1-4. [12] Pascoe R D, Wills B A. Selective aggregation of ultrafine hematite and quartz under high shear conditions with conventional flotation collectors[J]. Minerals Engineering, 1994,7(5-6)647-656. 引用本文 叶军建,张 覃,李先海,等. 细粒白云石疏水聚团的原位研 究[J]. 矿冶工程, 2020,40(3)39-42. 24矿 冶 工 程第 40 卷 ChaoXing
展开阅读全文

资源标签

最新标签

长按识别或保存二维码,关注学链未来公众号

copyright@ 2019-2020“矿业文库”网

矿业文库合伙人QQ群 30735420