油酸钠在明矾石与地开石浮选分离过程中的表面行为研究.pdf

2 0 1 7 年第2 期有色金属 选矿部分 9 l 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 7 ．0 2 ．0 2 0 油酸钠在明矾石与地开石浮选分离过程中的 表面行为研究 陈波1 ，宋学文1 ，罗增鑫2 ，张兴勋2 1 ．福州大学紫金矿业学院，福州3 5 0 1 1 6 ；2 ．紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭3 6 4 2 0 0 摘要研究了不同条件下捕收剂油酸钠对明矾石、地开石单矿物浮选回收率的影响，油酸钠在明矾石、地开石单矿物 表面的吸附情况，以及油酸钠在明矾石、地开石表面的红外光谱分析等。确定了油酸钠体系下明矾石、地开石的浮选分离条 件，证明了油酸钠在明矾石、地开石表面同时存在物理吸附和化学吸附。 关键词明矾石；地开石；油酸钠；浮选；表面行为 中图分类号T D 9 2 3 ．1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 2 - 0 0 9 1 - 0 4 S t u d yo nt h eN a O L ’SS u r f a c eB e h a v i o ri nF l o t a t i o no fA l u n i t ea n dD i c k i t e C H E NB o 。，S O N GX u e w e n 7 ，L U OZ e n g x i n 2 ，Z H A N GX i n g x u n 2 J ．C o l l e g eo f 倒nM i n i n g ，F u z h o uU n i v e 瑙i t y ，F u z h o u3 5 0 11 6 ，C h i n a ；2 ．Z i j i n 施n i 愕G r o u p C o ．，L t d ．，S h a n g h a n gF u j i a n3 6 4 2 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e rs t u d i e dt h ee f f e c t o fs o d i u mo l e a t eo ns i n g l em i n e r a lf l o t a t i o no fd i c k i t ea n da l u n i t ei n t h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，f l o t a t i o ns e p a r a t i o nc o n d i t i o n ，a n dt h ea g e n ta b s o r p t i o no nt h em i n e r a l ’Ss u r f a c e ．T h e d o s a g eo fs o d i u mo l e a t ea n dt h et y p eo fa b s o r p t i o na r ec o n f i r m e db yt h eF T I Rs p e c t r u ma n a l y s i s ．C o m p a r i n gt h e a g e n ts a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t ys h o w st h a ts o d i u mo l e a t ec a nb eu s e da st h ec o l l e c t o rf o ra l u n i t ea n dd i c k i t e f l o t a t i o ns e p a r a t i o n ．I nt h ep r o c e s s i n g ，t h ed o s a g em u s tb es t r i c tc o n t r o l e d ． K e yw o r d s a l u n i t e ；d i c k i t e ；N a O L ；f l o t a t i o n ；s u r f a c eb e h a v i o r 紫金山高硫型铜矿床是典型的高硫化浅成低温 热液矿床，矿石中主要金属矿物有铜、硫矿物，伴生 金属金，脉石矿物主要是石英、明矾石、地开石、绢云 母等引。目前紫金山金铜矿主要以浮选工艺生产 铜精矿、硫精矿，其中铜精矿、硫精矿的产率不足 5 ％，以石英、地开石、明矾石为主的尾矿堆存于尾矿 库。大量的尾矿堆存在尾矿库中，不仅给矿山尾矿 库的维护带来巨大的压力，同时也是巨大的资源浪 费。尾矿中明矾石、地开石的含量分别在1 2 ％、2 0 ％ 左右H 引，在明矾石、地开石矿物中镓的含量较高，具 有一定的开采价值。因此如何实现紫金山尾矿中明 矾石、地开石的有效回收利用，降低尾矿库存压力， 具有十分重要的经济效益及社会效益。许多科研工 作者对紫金山尾矿中明矾石、地开石的回收利用进 行了大量的研究工作，主要研究内容为如何回收利 用尾矿中的明矾石、明矾石中镓的提取∞引，虽然在 试验过程中取得一定的研究成果，在碱性条件下用 油酸钠做捕收剂回收回收明矾石，但是工业化过程 遇到泡沫黏、明矾石精矿中含有大量的地开石，对后 续明矾石产品的深加工产生很大的影响，限制了紫 金山铜尾矿资源的开发与利用。本文通过研究紫金 山金铜矿矿床中明矾石、地开石在油酸钠体系的浮 选行为，油酸钠在明矾石、地开石表面的吸附情况， 简要阐明油酸钠在明矾石、地开石分离过程中作用， 找到适合紫金山铜尾矿中明矾石、地开石浮选分离 的药剂制度，为后续紫金山铜矿尾矿中明矾石的回 收利用奠定坚实的理论基础。 1 矿石性质及浮选方法 试验所用明矾石、地开石、石英单矿物以及铜硫 浮选尾矿取自紫金山金铜矿，单矿物的化学成分分 析结果见表1 ，试验过程中使用的药剂均是分析纯。 基金项目福建教育厅基金资助项目 J A l l 0 2 5 ；福州大学博士启动基金资助项目 X R C 一1 1 2 1 收稿日期2 0 1 6 - 0 9 1 3修回日期2 0 1 7 - 0 1 - 1 7 作者简介陈波 1 9 7 5 ． ，男，吉林松原人，博士，副教授，主要从事多金属复杂硫化矿浮选分离技术、尾矿综合利用等方面研究。 万方数据 9 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 表1 T a b l e 单矿物化学成分分析结果 1 C h e m i c a la n a l y s i sr e s u l t so fs i n g l em i n e r a l ／％ 名称 垒 竺 竺 竺兰笙塑鱼里 3 4 ．5 93 6 ．8 31 ．1 59 5 ．2 6 3 7 ．3 00 ．0 84 4 ．4 29 4 ．3 6 明矾石 地开石 单矿物浮选方法及试验条件在室温下进行浮 选试验研究，每次试验取2g 单矿物，加入5 0m L 蒸 馏水在X F G C I I 型充气挂槽浮选机进行浮选试验。 2 结果与讨论 在不加入药剂、自然p H 值条件下，测得明矾石、 地开石的天然可浮性分别为2 ．5 0 ％、1 ．7 1 ％，两种矿 物表面都亲水。 2 ．1 捕收剂用量试验研究 首先在自然p H 值条件下，研究油酸钠的用量对 明矾石、地开石浮选分离的影响，油酸钠的用量范围 为0 ．5X1 0 一～5X1 0 一m o l ／L ，试验结果如图1 所 示。 邃 褂 擎 回 图1油酸钠的用量对单矿物浮选的影响 F i g ．1 E f f e c to fN a O Ld o s a g eo nt h e s i n g l em i n e r a lf l o t a t i o n 从图1 可以看出，随着油酸钠用量的增加，明矾 石、地开石单矿物的浮选回收率都有所提高，虽然在 油酸钠用量为5X1 0 ‘4 m o l ／L 时，明矾石的浮选回收 率达到最高，但是地开石的浮选回收率此时也是最 高，其差值并不大，此时药剂用量也较大，对后续明 矾石、地开石的分离增加一定的困难；而在油酸钠用 量为2X1 0 。4 m o l ／L 时，明矾石、地开石的浮选回收 率分别为7 3 ．9 5 ％、2 7 ．8 0 ％，此时明矾石、地开石浮 选回收率差值达到最大为4 6 ．1 5 ％，因此后续试验油 酸钠的用量确定为2 1 0 一m o l ／L 。 2 ．2 p H 值对明矾石、地开石浮选分离的浮选试验 研究 p H 值作为浮选过程中主要影响因素，在确定油 酸钠用量条件下，进行p H 值对明矾石、地开石单矿 物浮选的影响试验，试验结果如图2 所示 矿浆p H 值 图2 矿浆p H 值对矿物浮选回收率的影响 F i g ．2 E f f e c to fp Hv a l u eo nt h es i n g l e m i n e r a lf l o t a t i o n 从图2 可以看出，矿浆p H 值对矿物浮选的影响 较大，在矿浆p H 值从2 变到1 2 的过程中，明矾石的 回收率先增加后降低，在矿浆p H 值为9 左右时，明 矾石的浮选回收率最高为7 8 ．6 2 ％，继续提高矿浆的 p H 值，明矾石的浮选回收率略有降低；而地开石的 浮选回收率随矿浆p H 值的变化略显复杂，随着矿浆 p H 值的增加，地开石的浮选回收率先增加一降低一 增加的趋势，在矿浆p H 值达到1 2 时，地开石的浮选 回收率最高，而明矾石与地开石浮选回收率差值最 大约为5 2 ％时的矿浆p H 值在9 左右，因此后续试 验矿浆p H 值确定为9 。 2 ．3 硅酸钠对明矾石地开石浮选分离试验研究 硅酸钠作为硅酸盐矿物的有效抑制剂，在油酸 钠用量为2X1 0 ～m o l ／L 、矿浆p H 值为9 左右时，研 究硅酸钠的用量对单矿物浮选回收率的影响，硅酸 钠用量范围为1X1 0 ～一9X1 0 ～m o l ／L ，试验结果如 图3 所示。 硅酸钠用量／ X1 0 - S m o l L - 图3硅酸钠的用量对单矿物浮选的影响 F i g ．3 E f f e c to fs o d i u ms i l i c a t ed o s a g e o nt h es i n g l em i n e r a lf l o t a t i o n 从图3 可以看出，随着硅酸钠用量的增加，明矾 万方数据 2 0 1 7 年第2 期陈波等油酸钠在明矾石与地开石浮选分离过程中的表面行为研究 9 3 石单矿物的浮选回收率逐渐降低，当硅酸钠用量达 到9 1 0 。m o l ／L 时，明矾石的浮选回收率最低只有 6 0 ．1 8 ％；在地开石单矿物浮选过程中，随着硅酸钠 用量的增加，地开石单矿物浮选回收率呈现出先降 低后升高的趋势，在硅酸钠用量为5 1 0 。5m o l ／L 时，地开石浮选回收率最低为1 9 ．3 3 ％，在此条件下 明矾石的浮选回收率为6 7 ．4 9 ％，此时明矾石与地开 石浮选回收率差值达到4 8 ．1 6 ％，硅酸钠用量高于 5 1 0 。5m o l ／L 时，明矾石也得到明显抑制，因此后 续试验选择硅酸钠用量为5 1 0 ～m o l ／L 。 2 ．4 人工混合矿石浮选 在完成了明矾石、地开石单矿物浮选试验后，进 行了明矾石、地开石矿样混合试验研究，其中明矾石 与地开石按实际矿石中3 5 的比例进行混合，试验 流程及条件如图4 所示。 2 N a 2 C 0 3p H 侄 2 ≥ N 屯S i 0 35 2 油酸钠2 0 粗选 3 明矾石地开石 量单位矿； 浮选时间单位r a i n 图4 人工混合矿石浮选试验流程图 F i g ．4 F l o w s h e e to fm i x t u r ed i c k i t ea n da l u n i t e 在单矿物浮选最佳条件下进行人工混合矿物浮 选试验，测得明矾石、地开石的回收率分别为 7 1 ．2 6 ％、6 9 ．3 8 ％，比单一矿物浮选略低，但是也很 好验证了上面试验结果。 2 ．5 油酸钠在明矾石、地开石表面的吸附测试 通过用去离子水多次搅拌的方式研究油酸钠在 矿物表面吸附力的强弱，红外光谱分析研究油酸钠 在矿物表面吸附性质。前期试验结果测定了油酸钠 在明矾石、地开石表面饱和吸附量分别为6 ．2 2 1 0 “g ／m 2 、3 ．0 9 1 0 ‘4 9 ／m 2 ，多次清洗过程中油酸钠 在矿物表面吸附量的变化如图5 所示。 从图5 可以看出，明矾石单矿物对油酸钠的饱 和吸附量高于地开石吸附油酸钠的能力，随着清洗 次数的增加，部分吸附在明矾石、地开石表面的油酸 钠被清洗掉，经过5 次清洗后，残留在明矾石、地开 石表面的吸附量分别为3 ．6 1g ／m 2 、1 ．4 4 1 0 叫g ／ m 2 ，是饱和吸附率的5 8 ．0 7 ％、4 6 ．5 0 ％，可能油酸钠 在明矾石、地开石表面同时存在物理吸附与化学 吸附。 爷 耋 塑 整 誊 饕 纂 清洗次数 图5 清洗次数对油酸钠在矿物表面吸附量的影响 F i g ．5 E f f e c to fw a t e rc l e a n i n gt h eN a O Lo n t h em i n e r Ds u r f a c ea d s o r p t i o n 为了验证油酸钠在明矾石、地开石表面的吸附 特性，进行了油酸钠在矿物表面的吸附产物的红外 光谱分析，分析结果如图6 和图7 所示。 图6 油酸钠与明矾石作用前后的红外光谱图 F i g ．6 I n f r a r e ds p e c t r ao fr e a c t i o np r o d u c t s b e t w e e nN a O La n da l u n i t e 1 一明矾石单矿物；2 一油酸钠；3 一油酸钠作用后的明矾石 从油酸钠化合物的红外光谱图6 中可以看出， 波数为14 4 0c m 。1 和15 6 3 ．1a m 。1 是羧基的对称及 反对称伸缩振动峰，7 2 2 ．7a m 。1 是羧酸的弯曲振动 吸收峰，29 2 2 ．7a m ‘1 和28 5 4 ．7c m “为一C H l 和 一C H 一的振动吸收峰。从明矾石与油酸钠作用后 的谱图可以看出，矿物在29 2 2 ．7a m “和28 5 4 ．7 a m 。1 处出现和油酸钠一致的特征峰，可以看出，油酸 钠在明矾石在矿物表面存在物理吸附。而l5 6 3 ．1 a m 。1 的羧基反对称伸缩振动峰和14 4 0a m 。1 羧基的 对称伸缩振动峰在明矾石矿物表面发生了偏移，表 明油酸钠在明矾石矿物表明产生了化学吸附。 万方数据 9 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第2 期 波数／e m 。1 图7 油酸钠与地开石作用前后的红外光谱图 F i g ．7 I n f r a r e ds p e c t r ao fr e a c t i o np r o d u c t s b e t w e e nN a O La n dd i c k i t e 1 一地开石单矿物；2 一油酸钠；3 一油酸钠作用后的地开石 从油酸钠与地开石作用前后的红外光谱图7 可 以看出在油酸钠作用后的地开石谱图上也出现了 29 2 2 ．7 3 m 。1 和28 5 4 ．7c m 。的一C H 一的特征吸收 峰，表明油酸钠在地开石表明存在物理吸附，从地开 始矿物表面16 3 6c m 。1 处出现了一C O O 一反对称伸 缩振动峰的偏移可以看出，油酸钠在地开石矿物表 面也产生了一定的化学吸附。 3结论 从以上研究结果可以得出以下结论 1 油酸钠可以作为明矾石与地开石单矿物浮选 分离的捕收剂。 2 油酸钠在明矾石、地开石表面饱和吸附量分 别为6 ．2 2 1 0 。4 9 ／m 2 、3 ．0 9 1 0 。4 9 ／m 2 ，油酸钠在明 矾石、地开石的表面均存在物理吸附与化学吸附。 3 硅酸钠在明矾石、地开石浮选分离过程中应 该严格控制，否则明矾石也得到抑制。 参考文献 [ 1 ] 陈可，邱小平，邓俊斌．福建上杭紫金山高硫化型铜矿 床矿化分带特征[ J ] ，福建地质，2 0 1 3 4 2 5 5 - 2 6 3 ． [ 2 ] 薛凯．福建紫金山矿田五子骑龙铜矿床矿化与蚀变分 带研究[ J ] ，大地构造与成矿学，2 0 1 3 ，3 7 3 4 6 3 - 4 7 0 ． [ 3 ] 张文媛，王翠芝．紫金山铜金矿黄铁矿热电性特征及其地 质意义[ J ] ，地质学报，2 0 1 4 ，8 8 7 1 2 8 8 - 1 2 9 8 ． [ 4 ] 鲁军．铜尾矿选矿综合回收试验研究[ J ] ，矿产综合利 用，2 0 1 2 ，6 3 2 3 - 2 5 ． [ 5 ] 陈波，涂剑锋，邹来昌．紫金山尾矿回收明矾石与地开 石的浮选试验研究[ J ] ，有色金属 选矿部分 ，2 0 1 4 6 6 2 - 6 5 ． [ 6 ] K O C AS ，K O C AH ．C a r r i e rf l o t a t i o n o fa l u n i t ef r o mk a o l i n c l a y [ J ] ．D e v e l o p m e n t si nm i n e r a lp r o c e s s i n g ，2 0 0 0 ，1 3 1 - 8 ． [ 7 ] Y EH ，M A T S U O K AI ．O l e a t ef l o t a t i o no fd i c k i t ef r o mq u a r t z w i t hd i l u t e dH C lp r e c o n d i t i o n i n g ．I ．E f f e c to fH C l 『J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，1 9 9 3 ，4 0 8 3 - 9 8 ． [ 8 ] 温建康，阮仁满．某铜矿浮选尾矿中明矾石、地开石的综 合利用研究[ J ] ．矿产综合利用，1 9 9 9 3 4 0 硝． 上接第7 5 页 薄时，泡沫层稳态变差，溢流速度降低，同时精矿品 位变低。矿浆浓度过高或入选矿浆量减小时，泡沫 流速均会出现下降趋势。 3 浮选气泡上矿物承载率越高，泡沫层形态越 好，流速相应较稳定；气泡在浮选槽运输区内上升速 度过慢或过快，都会加快气泡在泡沫层上的破裂率， 引起泡沫流速降低。 参考文献 [ 1 ] 周开军．矿物浮选泡沫图像形态特征提取方法与应用 [ D ] ．湖南中南大学，2 0 1 0 ． [ 2 ] 宋晓明，杨保东，武涛，等．浮选过程控制的历史发展和 现状[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 2 2 3 - 2 2 8 ． [ 3 ] AS U P O M O ，EY A P ，XZ H E N G ，e ta l ，A ．P a r t a n e n ．P T F r e e p o r tI n d o n e s i a ’sm a s s p u l lc o n t r o ls t r a t e g yf o rr o u g h e r f l o t a t i o n ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 8 ，2 1 8 0 8 8 1 6 ． [ 4 ] 刘金平．泡沫图像统计建模及其在矿物浮选过程监控中 的应用[ D ] ．湖南中南大学，2 0 1 3 ． [ 5 ] 梁吉业，冯晨娇，宋鹏，等．大数据相关分析综述[ J ] ． 计算机学报，2 0 1 6 ，1 3 3 - 3 7 ． 万方数据