二元组合捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的机理研究.pdf

2 0 1 9 年第2 期有色金属 选矿部分 1 0 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 2 ．0 2 1 组合捕收剂浮选分离一水硬铝石与 高岭石的机理研究 丁明辉1 ，卢毅屏2 ，陈宏伟1 ，徐龙华3 ，孟玮4 1 ．中国黄金集团建设有限公司，北京1 0 0 0 1 2 ；2 ．中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ； 3 ．西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳6 2 1 0 1 0 ； 4 ．北矿机电科技有限责任公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要以油酸钠为主要捕收剂，与苯甲羟肟酸组合使用，复配出二元组合捕收剂，再通过单矿物浮选试验考察二元组 合捕收剂对一水硬铝石和高岭石两种铝硅矿物的捕收性能。通过表面张力测定和激光粒度测试，系统研究了二元组合捕收 剂的浮选作用机理，旨在为我国铝土矿浮选脱硅捕收剂的开发提供理论指导。结果发现，二元组合捕收剂N a O L ／B H A 对一 水硬铝石和高岭石伴生的铝硅酸盐矿物的浮选效果明显超过单一油酸钠捕收剂，研究的二元组合捕收剂中油酸钠与苯甲羟 肟酸的最佳摩尔配比为9 1 。二元组合捕收剂溶液的表面张力随着B H A 浓度的增加而下降，在较低浓度下表面张力明显下 降到拐点达到稳定值，该现象表明组合捕收剂活性高，捕收性能强，拐点处对应的两种药剂摩尔配比与单矿物浮选实验得出 的最佳组合摩尔比一致。二元组合捕收剂可以明显促进一水硬铝石颗粒表观粒度增大，使其形成疏水性聚团，致使浮选回收 率增大，而对高岭石表观粒度几乎没有影响。 关键词一水硬铝石；高岭石；二元组合捕收剂；油酸钠；苯甲羟肟酸 中图分类号T D 9 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 19 0 2 0 1 0 3 0 5 S t u d yo nt h eM e c h a n i s mo fF l o t a t i o nS e p a r a t i o no fD i a s p o r ef r o mK a o l i n i t e b yt h eB i n a r yM i x e dC o l l e c t o r D J N GM i n g h u i l ，L 【，Y i p i n 。，C H E NH o n g w e i l ，X U L o n g h u a3 ，M E N GW 西4 j ．C h i n aN a t i o n a lG o l dE n g i n e e r i n gC o r p o r a t i o n ，B e i j i n gj 0 0 0 1 2 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fM i n e r a lP r o c e s s i n ga n dB i o e 以g i 咒P P r i 咒g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ， C h a n g s h a4 10 0 8 3 ，C h i n a ；3 ．S c h o o lo fE n v i r o n m e n ta n dR e s o u r c e ，S o u t h w e s tU n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，M i a n y a n gS i c h u a n6 2 1 0 1 0 ，C h i n a ；4 ．B G R I M MM a c h i n e r ya n dA u t o m a t i o n T e c h n o l o g yC o ．L t d ．，B e i j i n gj 0 0 16 0 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h i sp a p e r ，s o d i u mo l e a t ei Su s e da st h em a i nc o l l e c t o ra n dc o m b i n e dw i t h b e n z o h y d r o x a m i ca c i d ，a n dt h e nt h eb i n a r ym i x e dc o l l e c t o ri sp r e p a r e d ．T h ef l o t a t i o np e r f o r m a n c ef o r d i a s p o r ea n dk a o l i n i t eb yt h eb i n a r ym i x e dc o l l e c t o ri st e s t e dt h r o u g ht h es i n g l em i n e r a l sf l o t a t i o nt e s t s ．T h e f l o t a t i o nm e c h a n i s mo f b i n a r ym i x e dc o l l e c t o ri ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h r o u g hs u r f a c et e n s i o n m e a s u r e m e n t sa n dl a s e rp a r t i c l es i z et e s t s ，i no r d e rt op r o v i d et h et h e o r e t i c a lg u i d a n c ef o rt h ed e v e l o p m e n t o fd e s i l i c o n i z a t i o nc o l l e c t o ri nb a u x i t ef l o t a t i o n ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eN a 0 L ／B H Aw a sm o r e s e l e c t i v ei nt h ef l o t a t i o ns e p a r a t i o no fd i a s p o r ef r o mk a o l i n i t e ，t h a nt h es i n g l es o d i u mo l e a t ec o l l e c t o r ．T h e s u r f a c et e n s i o no ft h eb i n a r ym i x e dc o l l e c t o rs o l u t i o nd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fB H A c o n c e n t r a t i o n ，a n d t h ei n f l e x i o nc a nr e a c has t a b l ev a l u ea tal o w e rc o n c e n t r a t i o n ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h em i x e dc o l l e c t o rh a s g r e a ta c t i v i t ya n ds t r o n gc o l l e c t i n ga b i l i t y ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o nr a t i oo ft h ec o m p o u n da tt h ei n f l e x i o ni s c o n s i s t e n tw i t ht h eo p t i m u mc o m b i n a t i o nm o l a rr a t i oo b t a i n e db yt h es i n g l em i n e r a lf l o t a t i o nt e s t s ．T h e b i n a r ym i x e dc o l l e c t o rc a no b v i o u s l yp r o m o t et h ei n c r e a s eo ft h ea p p a r e n tg r a i ns i z eo fd i a s p o r ea n df o r m h y d r o p h o b i ca g g r e g a t e s ，w h i c hl e a d st ot h ei n c r e a s eo ft h ed i a s p o r ef l o t a t i o nr e c o v e r y ，b u th a sl i t t l ee f f e c t o nt h ea p p a r e n tg r a i ns i z eo fk a o l i n i t e ． K e yw o r d s d i a s p o r e ；k a o l i n i t e ；b i n a r ym i x e dc o l l e c t o r ；s o d i u mo l e a t e ；b e n z o h y d r o x a m i ca c i d 收稿日期2 0 1 8 - 0 8 2 3修回日期2 0 1 8 - 1 2 - 2 9 作者简介丁明辉 1 9 8 6 ～ ，女，山东日照人，硕士。工程师，从事选矿工艺及装备的研究。 元二 万方数据 1 0 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 近年来我国工业对铝土矿需求量越来越大，而 我国铝土矿资源量逐渐下降，品质逐渐降低，“贫、 细、杂”的特点1 3 趋显著，铝硅比 A ／S 逐年下降，铝 土矿脱硅更加困难。因此，必须通过合理的选矿脱 硅方法提高我国铝土矿的质量，使其满足拜耳法生 产氧化铝的工业要求[ 】。2 ] 。 众所周知，浮选是铝土矿脱硅的主要方法，有正 反浮选，而正浮选的应用最广泛[ 3 。4 j 。正浮选常用捕 收剂是脂肪酸类阴离子型捕收剂，但该种捕收剂存 在分散性差、低温浮选性能差、不耐硬水、利用率低 的问题E 5 。6 ] 。而工业生产中对产品质量的要求更高， 研发新型捕收剂是铝土矿浮选分离的关键问题。研 究发现，某些螯合捕收剂具有很好地选择性、分散 性，已有实例成功应用于其他氧化矿浮选中[ 78 1 。因 此，对脂肪酸类捕收剂与螯合捕收剂进行组合使用， 并探究与矿物的作用机理成为一个比较受关注的课 题[ 9 。⋯。本文在前人研究的基础上，进行单矿物的单 一捕收剂及二元组合捕收剂浮选试验，结合组合捕 收剂间的协同作用，开展二元捕收剂对一水硬铝石 与高岭石浮选性能与机理作用的研究，为铝土矿浮 选脱硅提供新的理论依据。 1 实验 1 ．1 矿样、试剂与主要仪器 试验所用一水硬铝石和高岭石分别取自河南洛 阳和山西孝义。块矿经手选、破碎、瓷球磨后，用 7 4 “m 的筛子筛分，筛下的用于试验。 所用p H 值调整剂H C l 和N a O H ，捕收剂油酸 钠 N a O L 、苯甲羟肟酸 B H A 均为分析纯试剂，试 验所有用水均为去离子超纯水。 仪器设备X F G 型挂槽式浮选机；G L 一2 0 G I I 型 离心机；P H S 一3 C 型p H 计。 1 ．2 单矿物浮选试验 浮选试验采用X F G 实验室浮选机，将浮选机转 速设定为16 5 0r ／r a i n 。称取单矿物样一水硬铝石或 高岭石2 ．0g 放人4 0m L 浮选槽中，加入蒸馏水搅 拌1m i n 后，按照流程图添加相应药剂并调浆，浮选 时间为2 m i n ，然后对精矿产品和尾矿产品分别过滤 烘干，称重，计算出产率。浮选流程如图1 所示。 1 ．3 表面张力测试 表面张力测试采用I L M S 表面科学综合测试 仪，为法国G B X 公司生产，使用W i l h l m y 铂 P t 吊 片法测定多种药剂对溶液表面张力的影响。 2g 矿样 3 5m L 蒸馏水 2 调浆搅拌、沔 2 调p H 4 捕收剂 浮选 选时间单位m i n 泡沫产品槽内产品 图1单矿物浮选流程图 F i g ．1 F l o w s h e e to fs i n g l em i n e r a lf l o t a t i o n 1 ．4 激光粒度测试 利用该测试来检测浮选产品的表观粒度变化及 颗粒间的聚团行为。 样品制备方法按图1 流程加药调浆，调浆完成 后不刮泡，直接通过激光粒度仪对人选矿浆样的表 观粒度分布进行检测。 2 结果与讨论 2 ．1单一捕收剂对一水硬铝石和高岭石的浮选 行为 首先考察油酸钠作为捕收剂时，矿浆p H 值和 捕收剂用量对一水硬铝石和高岭石两种铝硅矿物浮 选的影响。图2 为油酸钠浓度在1 1 0 。4 m o l ／L 时， p H 对两种铝硅矿物浮选行为的影响。由图2 中可 看出，油酸钠浮选一水硬铝石的最佳p H 值为9 左 右，而浮选高岭石最佳p H 值为6 左右。即在p H 值 一9 的条件下，油酸钠对一水硬铝石捕收能力最强， 达到9 0 ％，而对高岭石捕收能力较弱，仅为1 0 ％，具 有较好的选择性。 图2p H 值对单一捕收剂油酸钠浮选一水硬 铝石和高岭石的影响 F i g ．2p Ha f f e c to nt h es o d i u mo l e a t ef l o t a t i o no f a l u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l s 万方数据 2 0 1 9 年第2 期丁明辉等二元组合捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的机理研究 1 0 5 根据p H 值条件试验的结果，固定p H 值一9 ，考 察油酸钠用量对一水硬铝石和高岭石浮选的影响， 结果如图3 所示。由图3 可以看出，一水硬铝石的 回收率随油酸钠用量的增大先增加后降低，当油酸 钠用量为1 1 0m o l ／I 。时，一水硬铝石和高岭石的 浮选回收率分别为9 0 ％、1 0 ％；当油酸钠用量为2 1 0m o l ／I ．时，一水硬铝石产率最大达到9 5 ％，高岭 石产率为2 0 ％。当油酸钠用量为1 1 0 _ 4m o l ／L 时，油酸钠对两种铝硅矿物的选择性最好。 油酸钠用量“X1 0 4 t o o l L 。 图3油酸钠用量对铝硅矿物浮选的影响 F i g ．3D o s a g eo fs o d i u mo l e a t ea f f e c to nf l o t a t i o n o fa l u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l s 再研究螫合剂单一苯甲羟肟酸作为捕收剂时，矿 浆p H 值和捕收剂用量分别对一水硬铝石和高岭石的 浮选影响。图4 为苯甲羟肟酸浓度在3 1 0 _ 4 m o l ／L 时，p H 对一水硬铝石和高岭石浮选行为的影响。由 图4 可知，苯甲羟肟酸浮选一水硬铝石的最优p H 值 为7 ．0 ～8 ．0 ，高岭石浮选最优的p H 值是6 ．0 左右。 故取p H 为7 ．5 ，来研究苯甲羟肟酸用量对一水硬铝 石和高岭石浮选行为的影响，见图5 。 图4p H 值对单一捕收剂苯甲羟肟酸浮选一水硬 铝石和高岭石的影响 F i g ．4p Ha f f e c to nt h eb e n z o h y d r o x a m i ca c i d f l o t a t i o no fa l u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l s 苯甲羟肟酸用量／ x1 0 。t o o l 。L - 1 图5 苯甲羟肟酸用量对铝硅矿物浮选的影响 F i g ．5D o s a g eo fb e n z o h y d r o x a m i ca c i da f f e c t o nf l o t a t i o no fa l u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l s 由图5 可知随着苯甲羟肟酸用量增大，一水硬 铝石浮选回收率逐渐增大，当苯甲羟肟酸用量高达 6 ．7 1 0 _ 4 m o l ／L 时，一水硬铝石的浮选回收率达到 6 0 ％左右，而高岭石浮选回收率基本上不随浓度变 化，回收率维持在8 ％以下，说明苯甲羟肟酸对一水 硬铝石和高岭石有较好的浮选选择性。故将油酸钠 及苯甲羟肟酸两种药剂组合后作为捕收剂，来研究 是否可提高两种铝硅矿物的选择性。 2 ．2 二元组合捕收剂对一水硬铝石和高岭石的浮 选行为 图6 为油酸钠与苯甲羟肟酸组合作为捕收剂 时，p H 值对一水硬铝石和高岭石两种铝硅矿物浮选 行为的影响，总药剂用量为1 1 0m o l ／L ，其中油 酸钠与苯甲羟肟酸摩尔比为6 4 。由图6 可知，油 酸钠／苯甲羟肟酸二元组合捕收剂对一水硬铝石的 浮选回收率与单一油酸钠差别不大，但可以降低高 岭石的浮选回收率，同时对一水硬铝石的最佳浮选 p H 值为8 ．5 左右。在p H 值为8 ．5 左右，总药剂用 量为1 1 0 ～m o l ／I ．，进行了二元组合捕收剂油酸钠 与苯甲羟肟酸的摩尔配比试验，结果见图7 所示。 由图7 可知，二元组合捕收剂油酸钠与苯甲羟肟酸 的最佳摩尔比为9 1 。 然后，在p H 值一8 ．5 、油酸钠与苯甲羟肟酸的 摩尔比一9 1 的条件下，考察了二元组合捕收剂总 用量对两种铝硅矿物浮选行为的影响，同时将其与 单一油酸钠浮选铝硅矿物的用量结果进行对比，结 果如图8 所示。由图8 可知，对比单一油酸钠作为 捕收剂时，二元捕收剂对一水硬铝石的浮选没有太 大影响，但可明显降低对高岭石的回收，故该二元捕 收剂对这两种矿物有着更好的选择性，可更好地浮 万方数据 1 0 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 选分离这两种矿物。 p H 图6p H 值对二元组合捕收剂浮选一水硬 铝石和高岭石的影响 F i g ．6p Ha f f e c to nt h eb i n a r yc o m b i n a t i o n c o l l e c t o rf l o t a t i o no fa l u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l s N a O L B H A 的摩尔比 图7 二元组合捕收剂中油酸钠与苯 甲羟肟酸的不同摩尔比对 矿物浮选行为的影响 F i g ．7 M o l er a t i oo fs o d i u mo l e a t ea n d b e n z o h y d r o x a m i ca c i da f f e c to nf l o t a t i o no f a l l 】m i nL 】m s i l i c o nm i n e r a l S 总药剂用量， 1 0 。t o o l L - 1 图8二元组合捕收剂用量与油酸钠用量 对矿物浮选行为的影响 F i g ．8D o s a g eo fd i n a r yc o m b i n a t i o nc o l l e c t o r a n ds o d i u mo l e a t ea f f e c to nf l o t a t i o no f a 】u m i n u m s i l i c o nm i n e r a l 8 2 ．3 二元组合捕收剂溶液的表面张力 图9 表征的是在p H 值一9 ．0 左右、油酸钠浓度 为1 1 0 叫m o l ／L 的体系下苯甲羟肟酸在不同浓度条 件下对二元捕收剂溶液表面张力的影响。从图中可 看出苯甲羟肟酸与一般表面活性剂不同，在苯甲羟 肟酸低浓度区间内，二元捕收剂溶液表面张力会随其 浓度的增加迅速降低，随其浓度的继续增长，表面张 力值开始增加，最后趋于恒定。从图中可知，表面张 力最低时对应的苯甲羟肟酸浓度为1 ．1 1 0 一m o l ／L ； 表面张力恒定时，对应浓度是6 ．8 1 1 0m o l ／L 。图 中曲线拐点处油酸钠与苯甲羟肟酸的浓度比为9 1 ， 与单矿物浮选试验中二者最佳配比一致。与单一捕 收剂相比，二元捕收剂溶液在较低浓度时会形成临界 胶团，所以表面张力降得更低，这表明二元捕收剂有 更强的选择性捕收能力，与前述浮选试验结果一致。 ， 吕 ● Z 昌 b 浓度“1 0 4t o o l ‘L - 1 图9 苯甲羟肟酸浓度变化对二元组合 捕收剂溶液表面张力的影响 F i g ．9D o s a g eo fb e n z o h y d r o x a m i ca c i da f f e c t o nt h es o l u t i o ns u r f a c et e n s i o no ft h eb i n a r y c o m b i n a t i o nc o l l e c t o r 2 ．4 二元组合捕收剂对一水硬铝石和高岭石表观 粒度的影响 为了进一步考察二元组合捕收剂对一水硬铝石 和高岭石两种矿物浮选分离的机理，进行了单一捕 收剂油酸钠与二元组合捕收剂对这两种铝硅矿物颗 粒表观粒度的影响试验，其中油酸钠与苯甲羟肟酸 的摩尔比为9 1 ，试验结果分别如图1 0 、1 1 所示。 由图1 0 可以看到二元组合捕收剂N a O L ／B H A 可 以促进一水硬铝石表观粒度增大，比单一捕收剂浓 度为2 1 0 _ 4m o l ／L 时还高。二元组合捕收剂更容 易促使一水硬铝石颗粒形成疏水性聚团，容易上浮， 对浮选很有利，可以强化铝矿物的浮选。图1 1 可 知，在整个过程中高岭石表观粒度呈降低趋势，说明 二元捕收剂不会与高岭石形成疏水性聚团，理论上 万方数据 2 0 1 9 年第2 期丁明辉等二元组合捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的机理研究 1 0 7 不会促进其上浮。试验结果与单矿物浮选试验结果相吻合。 3结论 塞 萋 鳖 图1 0 不同捕收剂对一水硬铝石表观粒度的影响 F i g ．10 C o l l e c t o ra f f e c to nd i m e n s i o no fM o n o h y d r a t e ■厂⋯7 ’ ；／哟删删 粒度／斗m 图1 1 F i g ．1 1 药剂种类及用量 不同捕收剂对高岭石表观粒度的影响 C o l l e c t o ra f f e c to nd i m e n s i o no fK a o l i n i t e 二元组合捕收剂N a O L ／B H A 可提高一水硬铝 石的回收率，同时降低高岭石的回收率。即二元组 合捕收剂N a O L ／B H A 对一水硬铝石和高岭石这两 种矿物浮选分离的选择性要优于单一捕收剂 油酸 钠 。通过研究得出二元组合捕收剂中油酸钠与苯 甲羟肟酸的最佳摩尔配比为9 1 。测试苯甲羟肟酸 与油酸钠的组合溶液的表面张力发现，二元组合捕 收剂溶液的表面张力随着B H A 浓度的增加而下降， 在较低浓度范围下会出现拐点，然后升高，达到稳定 值，这说明二元组合捕收剂的活性更大，捕收能力更 强。同时表面张力曲线拐点处对应的药剂浓度比值 与单矿物浮选实验得出的最佳组合摩尔配比一致。 激光粒度测试结果表明，二元捕收剂可显著增大一 水硬铝石表观粒度，促使其形成疏水性聚团，使浮选 回收率增大，而对高岭石表观粒度几乎没有影响。 参考文献 [ 1 ] 冯其明，卢毅屏，欧乐明，等．铝土矿的选矿实践E J ] ．金属 矿山，2 0 0 8 1 0 1 - 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