石英与蛇纹石异相凝聚及其对黄铁矿浮选的影响.pdf

7 6 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第1 期 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 5 ．0 1 ．0 1 8 石英与蛇纹石异相凝聚及其对黄铁矿浮选的影响 谢宝华，卢毅屏，冯其明，欧乐明，朱树生 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要通过单矿物和人工混合矿的浮选试验、Z e t a 电位测试、吸附量测试，研究了蛇纹石和石英异相凝聚的机理， 以及对黄铁矿浮选的影响，以进一步探索多种矿物的体系中，蛇纹石对硫化矿物浮选影响的主要原因。结果表明通过添加 石英，可以恢复黄铁矿对捕收剂的吸附量，减弱蛇纹石的不良影响，不同粒级的石英与蛇纹石的异相凝聚作用强弱不同，粒 缀越细的石英，与蛇绞石的异相凝聚作用越强。 关键词黄铁矿；蛇纹石；石英；异相凝聚；浮选 中图分类号T D 9 2 3 “ ．9 文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 5 0 1 - 0 0 7 6 0 4 H e t e r o g e n e o u sC o a g u l a t i o nb e t w e e nS e r p e n t i n ea n dQ u a r t za n di t s I n f l u e n c eo nt h e F l o t a t i o no fP y r i t e X ／EB a o h u a ，L UY i p i n g ，F E N GQ i m i n g ，o uL e m i n g ，Z H US h u s h e n g S c h o o lo fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o n e n g i n e e r i n g ，C e n t e r a lS o u t hU n i v e r s i t y ， C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h r o u g hs i n g l em i n e r a l a n da r t i f i c i a lm i x e dm i n e r Mf l o t a t i o nt e x t ，Z e t a p o t e n t i a l a n d a d s o r p t i o nt e s t ，t h em e c h a n i s mo fh e t e r o g e n e o u sc o a g u l a t i o nb e t w e e ns e r p e n t i n e a n dq u a r t za n di t si n f l u e n c e o nt h ef l o t a t i o no fp y r i t eh a sb e e ns t u d i e d ，f u r t h e r m o r e ，av a r i e t yo fm i n e r a ls y s t e ma n dt h em a i nr e a s o nf o r t h es e r p e n t i n e i n f l u e n c i n g s u l f i d em i n e r a lf l o t a t i o nw a sa l s oe x p l o r e d ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t b y a d d i n g q u a r t z ，p y r i t e c a l lb er e s t o r e dt ot h ec o l l e c t o ra d s o r p t i o nc a p a c i t y ，r e d u c et h ea d v e r s ee f f e c t so fs e r p e n t i n e ． D i f f e r e n ts i z ef r a c t i o n so f q u a r t z a n ds e r p e n t i n eh a v et h ed i f f e r e n te f f e c t so nh e t e r o g e n e o u sa g g r e g a t i o n i n t e n s i t y ．T h ef i n e rg r a i ns i z e o fq u a r t z ，t h e s t r o n g e re f f e c t o fh e t e r o g e n e o u sc o a g u l a t i o nb e t w e e nq u a r t za n d s e r p e n t i n ec a nb ea c h i e v e d ． K e yw o r d s p y n t e ；s e r p e n t i n e ；q u a r t z ；h e t e r o g e n e o u sa g g r e g a t i o n ；f l o t a t i o n 在硫化镍矿石中，蛇纹石是主要的脉石矿物， 其含量较多、易泥化、严重干扰硫化镍矿物的浮选 [ 1 - 4 ] ，据报道，蛇纹石的硬度较低，在解离过程中 易罩盖在有用硫化物表面[ 5 - 6 ] ，减弱硫化矿颗粒的 疏水性的同时降低捕收剂的吸附值，干扰如黄铁矿 等有用矿物的浮选，从而降低有用矿物的上浮率 [ 7 - s ] 。作为M g o 类型的脉石矿物，在精矿中若是含 有大量的蛇纹石会引起一系列的问题，如容易导致 冶炼厂熔炉内部腐蚀[ 93 。为了改善铜镍矿浮选， 前人曾提出酸法工艺能提高硫化铜镍矿的浮选指 标，降低精矿中氧化镁的含量，但酸法工艺酸耗较 大，腐蚀设备，难以在生产实践中应用[ 1 ⋯。利用 六偏磷酸钠，水玻璃，C M C 、古尔胶[ 1 1 。1 3 ] ，以及 其它药剂的分散性能将硫化矿物从含M g O 脉石矿 物中分离出来。然而，高浓度的分散剂需要一定的 经济成本。 在前人工作的基础上，我们研究了在p H 9 的 条件下，通过浮选试验、∈电位测定分析得出，添 加石英可以有效减少蛇纹石对镍黄铁矿浮选的有害 影响[ 1 4 ] 。由于黄铁矿与镍黄铁矿物理化学性质相 近，且镍黄铁矿单矿物不易制得，故本文利用黄铁 矿代替镍黄铁矿作单矿物，以金川铜镍矿难处理贫 矿的浮选降镁问题为背景[ ”] ，研究不同粒度石英 对蛇纹石、黄铁矿的浮选影响，并探讨其机理，以 目国家重点基础研究发展计戈 f 9 7 3 计戈 1 项目 2 0 1 4 C B 6 4 3 4 0 2 期2 0 1 3 1 2 - 0 1修回日期2 0 1 4 - 1 1 - 2 4 - 夼谢宝华 1 9 8 9 一 ，男，江西瑞金人，硕士，主要从事选矿方面的研究工作。 万方数据 2 0 1 5 年第1 期谢宝华等石英与蛇纹石异相凝聚及其对黄铁矿浮选的影响 7 7 期对硫化铜镍矿浮选中多矿相含镁硅酸盐矿物与硫 化矿物浮选分离提供一些有用借鉴n6 i 。 1 试验研究 1 ．1 样品和药剂 试验中的蛇纹石 M 9 6 [ S i 。O 。0 ] O H 。 全部取自 江苏东海，通过X R D 测试出蛇纹石的组成成分如 下蛇纹石9 0 ％，绿泥石5 ％，伊利石、闪石共 5 ％。样品经过干燥和筛分。利用马尔文粒度分析 仪测定粒度分布其中一1 0 m 占1 0 0 ％ 此粒级 下，蛇纹石与其他矿物间的相互作用较明显 。 纯石英样品取自湖南长沙，x 射线衍射数据表 明石英具有高纯度，矿物经过干燥和筛分成一7 4 3 8 、一1 2 1 0 、一1 0 斗m 三个粒级。经化验分析，纯 度为9 0 ％。 黄铁矿取自广东云浮，块矿经锤碎手选后，用 瓷球磨磨细，经化学分析铁4 3 ．9 6 ％，硫4 9 ．9 8 ％。 最终一1 5 0 3 8 斗m 矿样用作试验样，一3 8 肛m 矿物 留作测动电位样。 分别用分析纯的戊基钾黄药和M I B C 作浮选试 验的捕收剂和起泡剂，盐酸和氢氧化钠溶液用于调 节矿浆p H 。在试验中，所有药剂都是分析纯，试 验用水为去离子水。 1 ．2 试验方法 1 ．2 ．1 浮选试验 在4 0m LX F G 型挂槽式浮选机中进行单矿 物、混合矿物浮选试验，搅拌速度为18 0 0r ／m i n 。 准备黄铁矿2 ．0g ，加入4 0m L 蒸馏水。如果有需 要，浮选黄铁矿时蛇纹石和石英在调浆阶段时加 入。溶液p H 通过加入H C I 或者N a O H 溶液调节， 加入不同药剂时间隔3m i n 。浮选4m i n ，泡沫 产品和非泡沫产品分别收集起来，然后过滤和干 燥。精矿回收率是根据分布在两产品固体的重量计 算的。 1 ．2 ．2Z a t a 电位的测定 用C o u l t e rD e s a 4 4 0 s xZ e t a 电位仪测量蛇纹石、 石英和黄铁矿的Z a t a 电位。将单矿物细磨至粒径 小于2 斗m ，用高精度天平称取0 ．0 3g ，放人烧杯 中并加入5 0m L 离子水，加人硝酸钾使溶液浓度 维持在1 0 。3m o l ／L 。将O ．0 3g 矿物用超声波超声 3m i n 并用磁力搅拌1 0m i n ，分别用H C I 和N a O H 调节溶液p H 。应用p H 测定仪 L e i C iP H S 一3 测 定p H ，测定样品的Z a t a 电位。每个试验条件测量 三次后取平均值。 1 ．2 ．3 吸附量试验 戊基钾黄药吸附量用残余浓度法测定，使用 T U l 8 1 0 紫外可见光光谱扫描光谱，可以知戊基钾 黄药的特征波峰在2 9 9 ．5c m t 处。使用浓度分别为 0 、3 x 1 0 巧、5 x 1 0 。5 、7 x 1 0 。5 、1 0 x l O ‘5m 0 1 ] L 黄药测 定吸光度，由测定曲线可知，戊基钾黄药浓度与吸 光度成正比。 2 试验结果与讨论 2 ．1 不同粒度的石英对蛇纹石存在时黄铁矿的浮 选的影响 在戊基钾黄药用量为1x 1 0 一m o l ／L ，M I B C 浓 度11 ．4m g ／L ，蛇纹石2 ．5g ，L ，从实验室条件和矿 样代表性角度出发，本文选取粒级分别为一7 4 3 8 、 一1 2 1 0 、一1 0 斗m 石英的条件下，探索不同粒级 的影响。三种粒级石英用量均为1 2 ．5s ／L ，p H 为 3 ～1 3 ，探索不同粒级的石英与蛇纹石共存时黄铁矿 的浮选行为，结果见图1 。从图可以看出，在蛇纹 石的添加量 蛇纹石2 ．5g ／L 仅为黄铁矿的5 ％ 时，黄铁矿的回收率从8 6 ％降到1 8 ％；添加石英 可明显减弱蛇纹石对黄铁矿浮选的影响，在p H 6 ．1 时，黄铁矿的回收率从3 4 ％上升到7 4 ％，且不 同粒级的石英对蛇纹石与黄铁矿混合；旷有不同影 响，细粒级的石英对恢复黄铁矿可浮性的作用更 佳。并且相同粒级的石英在较小p H 的条件下对恢 复黄铁矿可浮选的作用更佳。 p H 图1p H 对不同粒级石英在蛇纹石黄铁矿浮选体 系作用的影响 F i g ．1 E f f e c t so fp Ho nd i f f e r e n ts i z et I a c t i o n so f q u a r t zi ns e r p e n t i n e a n dp y r i t ef l o t a t i o ns y s t e m 在戊基钾黄药用量为1x 1 0 4m o F l 。，M I B C 用 量为11 ．4m g ／L ，蛇纹石为黄铁矿量的5 9 b 2 5s ／L ， p H 9 ．2 的条件下，进行三种不同粒级百英用量对 蛇纹石、黄铁矿浮选试验。由于石英和蛇纹石的可 浮性很差，浮选精矿通过显微镜观察，所含石英很 ∞∞∞加∞∞∞∞加 万方数据 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第1 期 少，所以用浮选精矿对黄铁矿的比来表示黄铁矿的 回收率，见图2 。由图可知，石英的添加可以在一 定程度上改善黄铁矿的可浮性。当不添加石英时， 黄铁矿的回收率仅仅为2 1 ％，一1 0 斗m 石英的添加 量占黄铁矿用量2 5 ％时，黄铁矿的回收率上升到了 6 5 ％，当石英和蛇纹石共存时，蛇纹石对黄铁矿可 浮性的抑制作用减弱，并且石英粒度越细，减弱作 用越明显。其原因是，当石英和蛇纹石共存蛇纹石 不仅会和黄铁矿异相凝聚，同时也会和石英异相凝 聚，由于石英对蛇纹石的凝聚作用使得蛇纹石对黄 铁矿的凝聚作用减弱，这样黄铁矿的可浮性得到了 一定的改善。同时细粒级的石英和蛇纹石的异相凝 聚作用较粗粒级的要强。 术 ＼ | I j l L 善 国 捂 巅 掘 石英占有量／％ 图2 不同粒级石英用量对蛇纹石黄铁矿浮选体系 作用的影响 F i g ．2I m p a c to fd i f f e r e n ts i z e f r a c t i o n so fq u a r t z o nt h es e r p e n t i n ea n dp y r i t ef l o t a t i o ns y s t e m 2 ．2 机理讨论 2 ．2 ．1 混合矿下黄铁矿对捕收剂戊基钾黄药的吸附 图3 为在黄铁矿用量2 ．0g ，蛇纹石的用量为 0 ．5 ％ 2 ．5g ，L ，不同粒度石英用量为7 ．5g ／L 的条 件下，初始浓度为l x l 0 。m o l ／L 的戊基钾黄药的溶 液经矿样吸附后的残余浓度与p H 之间的关系。从 图中可以看出，黄铁矿易吸附戊基钾黄药，试验条 件下，超过9 7 ％的戊基钾黄药被吸附，加入蛇纹石 后戊基钾黄药的吸附量减少，由此可见蛇纹石的罩 盖影响了黄铁矿对戊基钾黄药的吸附。继续添加石 英后溶液中残余的黄药浓度比只加蛇纹石的残余浓 度要小，说明由于石英对蛇纹石的无选择性凝聚， 石英的加入消除了一些蛇纹石对黄铁矿的吸附，改 善了黄铁矿对戊基钾黄药的吸附。同时加入细粒级 石英后戊基钾黄药的吸附量较粗粒石英多，说明细 粒石英易与蛇纹石发生异相凝聚，利于蛇纹石与黄 铁矿的分散。 p H 图3 黄铁矿对戊基钾黄药的吸附与不同粒度石英 的关系 F i g ．3 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np y r i t ea d s o r p t e db y P A Xa n dd i f f e r e n ts i z ef r a c t i o n so fq u a r t z 2 ．2 ．2 矿物表面电性与颗粒间相互作用 图4 为黄铁矿、蛇纹石、石英颗粒表面f 电位 与p H 之间的关系，可见蛇纹石的等电点p H 为 1 0 ．3 0 ，与文献报道其等电点p H 在1 0 一11 结果吻 合。黄铁矿的等电点p H 小于2 ，颗粒在2 ～1 4 范围 内，表面荷负电。石英的等电点p H 小于3 ，颗粒 在3 ．1 4 范围内，表面荷负电。 p H 图4 蛇纹石、黄铁矿、石英的动电位与p H 之间 的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nZ e t ap o t e n t i a lo f s e r p e n t i n e ，p y r i t e ，q u a r t za n dp H 蛇纹石属于T O 型层状镁硅酸盐矿物，晶体结 构由镁氧八面体和硅氧四面体组成。蛇纹石解离时 镁氧八面体破裂，外羟基断裂进入水溶液中，导致 蛇纹石表面暴露出大量的M g O 键，表现出较强的 正电性，而如图中未氧化的黄铁矿带负电、二者由 于电性相吸的原理导致异相凝聚。由于石英的表面 ‘电位负值高，根据D L V O 理论，石英与蛇纹石颗 粒作用力为相互吸引，缓解了蛇纹石与黄铁矿的异 相凝聚，蛇纹石与黄铁矿之间的分散度更大。 同时，不同粒子之间的静电作用能可用D L V O 理论模型[ 1 4 - 1 6 ] 得出 万方数据 2 0 1 5 年第l 期谢宝华等石英与蛇纹石异相凝聚及其对黄铁矿浮选的影响 7 9 l ，F 精㈨埘{ 萧“ I n ⋯l e x p e x p 丽- K ／／ ⋯ I nl 刊侧] J I ，。为双电层的静电排斥作用能。粒子可近似 球形粒子。 为了表征蛇纹石与不同粒度石英之间的相互作 用，式中设定石英颗粒半径R 1 1 - 1 斗m ，R 1 2 - 3p , m ， R 1 3 5 0 恤m ；蛇纹石颗粒半径R 2 3I t , m ；，c 一为双电 层厚度，取0 ．1 8 0n m 一。e o e ，为真空介电常数和连 续相的相对介电常数乘积，取6 ．9 5 x 1 0 一oC 2 ／ J m ， 日为颗粒间的间距。沙为颗粒表面电位 单位 m V ，用动电位代替。黄铁矿粒径取R 1 1i x m ， p H 9 计算蛇纹石与石英之间的总作用能，见图5 。 颗粒间距／n m 图5 蛇纹石与石英之间的静电作用能与距离的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e r p e n t i n e 。q u a r t z e l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o ne n e r g ya n dt h ed i s t a n c e 图5 可以看出，石英颗粒半径小于或等于蛇纹 石颗粒半径时，蛇纹石易于与细粒石英发生静电吸 附，蛇纹石与石英之间的异相凝聚更加严重，在一 定范围内，减小蛇纹石与黄铁矿的分散性。 3 结论 1 蛇纹石与黄铁矿的混合矿在p H 大于7 后， 异相凝聚十分严重。动电位测试表明，蛇纹石的零 电点p H 为1 0 ．1 ，黄铁矿的零电点p H 小于2 ，在 此区间，蛇纹石与黄铁矿颗粒因为表面电性相反或 静电斥力减弱而发生异相凝聚。 2 蛇纹石与黄铁矿的异相凝聚对黄铁矿可浮 性的影响很大，即使是5 ％的蛇纹石，在p H 9 ．2 时 也能使黄铁矿的回收率从8 5 ％降低到2 8 ％。其原 因是蛇纹石罩盖在黄铁矿表面，阻碍了黄药在黄铁 矿表面的吸附，而蛇纹石本身并不吸附黄药。 3 蛇纹石和石英混合矿在p H 大于7 时，也 会发生异相凝聚现象，这种异相凝聚与黄铁矿对蛇 纹石的凝聚形成竞争关系，因此能够改善蛇纹石和 黄铁矿之间的异相凝聚，减少蛇纹石在黄铁矿表面 的覆盖，提高黄铁矿和黄药的吸附，因此能够使黄 铁矿的回收率从3 1 ％提升到7 4 ％。 参考文献 [ 1 ] 胡显智，张文彬．铜镍矿浮选精矿降镁研究与实践进展 [ J ] ．有色矿冶，2 0 0 3 ，1 9 1 2 3 ． [ 2 ] 贾木欣，孙传尧，费涌初，等．金川矿石中脉石矿物易浮 原因的探讨[ J ] ．矿冶，2 0 0 7 ，1 6 3 1 - 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