高岭石与一水硬铝石反浮选分离药剂研究.pdf

2 0 0 4 年第2 期, l i 色金属 选矿部分4 5 高岭石与一水硬铝石反浮选分离药剂研究 张云海，魏德洲 东北大学资源与土木工程学院，沈阳1 1 0 0 0 4 摘要针对我国铝土矿资源的实际情况，对一水硬铝石与主要脉石矿物高蛉石的反浮选分离作了初步研究。 研究了高岭石和一水硬铝石在十二胺体系中的浮游行为，从二者晶型结构差异人手，解释了高岭石用药量相对较大， 以及在酸性条件下仍可大量上浮的原因。使用抑制剂Y X 一2 ，二者可浮性出现较大差异。最后配合使用分散剂Y F 一2 ，对一水硬铝石高岭石为2 1 的人工混合矿进行反浮选分离。经过一次粗选、一次精选，槽内产品实现回收率 以 A k O s 计 7 50 3 ％，铝硅比1 06 6 。 关键词高岭石；一水硬铝石；反浮选；铝土矿 中圈分类号T D 9 5 25文献标识码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 4 0 20 0 4 5 0 3 我国铝土矿已探明储量2 2 ．7 3 亿t ，居世界第四 位，属供应充足的资源。一方面储量分布集中为铝 工业基地的建设提供了得天独厚的资源基础，另～ 方面一水硬铝石型占全国总储量的9 9 ％，铝硅比1 0 以上仅占6 ．9 7 ％，尤其是高硅的特点迫使我国各氧 化铝厂大多采用烧结法、联合法，能耗高、工艺流程 长、产品质量差。而先进的拜耳法对硅极为敏感，硅 杂质增大能耗、碱耗，细粒还易污染产品。国家目前 正在大规模经济建设，近几年每年铝进口量都在百 万吨以上。所以为了中国铝工业的生存发展，研究、 开发廉价、有效脱硅工艺迫在眉睫。 围绕此，国内外已进行多年多方面研究。大致 有生物脱硅、化学选矿脱硅、物理法脱硅。浮选法最 接近工业应用水平，特别是中国在“九五”末期，正浮 选获得突破性进展，但其上浮量太大，后续脱水困 难，药剂在碱浸过程中积累等诸多弊端限制了它的 进一步发展。反浮选于是提上日程，该工艺目前尚 未见到任何成功实践⋯。 本文拟作反浮选分离初步探讨。 1 试样及试验方法 一水硬铝石、高岭石由国家非金属矿资源综合 利用工程技术研究中心提供。一水硬铝石含A 岛0 3 8 2 ．3 3 ％，s i o z0 ．3 9 ％；高岭石含A 1 2 0 33 8 ．9 2 ％， s Q4 5 ．3 0 ％。矿块经手碎、拣选、陶瓷圆盘细磨、 干筛，取一1 0 0 肛m 部分用作浮选试验。 捕收剂十二胺为分析纯，使用时与冰醋酸等配 箨薯品羿i 2 张0 0 云3 海- 0 9 1 9 7 2 0 8 一 ，套I 昂品器 嚣鞣嘉特1 1 市- 人1 7 ，在读博士生。 成0 ．1 ％水溶液。絮凝剂Y x 一2 、分散剂Y F 一2 均 为实验室自行合成产品，为天然无毒多糖衍生物，富 含P 0 4 、一C O O H 、一s 0 3 、一O H 等官能团。 浮选试验在X F G 型挂槽浮选机进行，每次2 9 矿样，3 0 m l 一次蒸馏水，搅拌l m i n 后，用分析纯 H C I 、N a O H 调整矿浆p H ，依次加入分散剂、抑制 剂、捕收剂，每种药剂加入后，搅拌3 m i n ，浮选 4 m i n ，将泡沫、槽内产品在1 0 0 ℃以下恒温干燥，计 算产率。 2 试验结果 2 ．1 十二胺用量试验 图1 十二胺用量对矿物回收率的影响 F i g1 E f f e c t so fD D Ac o n c e n t r a t i o nO n f l o t a t i o nr e c o v e r yo ft w om i n e r a l s p H - ≈70 ；1 一高岭石；2 一一水硬铝石；下同 随着十二胺用量增加，高岭石上浮量缓慢增加， 但最大上浮量也难超过8 0 ％，而一水硬铝石则迅速 达到8 0 ％以上。只在较低用量条件下，高岭石上浮 万方数据 4 6 有色金属 瘟矿部分2 0 0 4 年第2 期 量略大于一水硬铝石。 高岭石单元层之间通过氢键连接，即硅氧四面体 中的氧原子面与铝氧八面体的氢氧原子面氢键连接。 氧原子面与氢氧原子面之间的区域为层问域【2J 。层 间容量很大，胺离子进入层间域后，仍旧处于晶胞范 围内，并未暴露于矿物表面，因而并不足以改善矿物 表面的疏水性。有机离子可通过交换反应与黏土矿 物相结合，这种反应在常温常压下立即发生，形成一 种黏土一有机复合体。十二胺上的胺基可与四面体 氧、八面体氢氧之间形成氢键，有规律地进入层间域。 另外十二胺在层间域的吸附自由能为 △G a d s A G k ／x G h △G 备 △G 3 。一静电吸附自由能； A G ‰- _ 碳链与疏水表面缔合能； A G 一氢键吸附自由能。 也可看出，△G 。d s 明显大于高岭石层间的氢键键 能，胺离子进入层间域的反应可自发进行。 2 ．2 p H 条件试验 图2 矿物浮选回收率与p H 的关系 F i g2E f f e c t so fp Hv a l u eo nf l o t a t i o n r e c o v e r y0 ft W Om i n e r a l s D D A6 0m g ／L 随p H 增大，高岭石上浮量越来越少，一水硬铝 石在p H 8 ．0 左右，回收率达到最大，在强酸性、强碱 性条件，可浮性不佳。p H 3 ．0 左右，高岭石产率略 高，约2 0 ％。这就要求必须有其它药剂配合，二者 才有可能分离。 高岭石零电点在2 ．5 - - 3 ．8 左右【3J ，根据静电吸 附理论。与矿物表面电荷符号相同的离子均受到矿 物表面的静电斥力，依此高岭石可浮性不会很好，试 验结果如图2 ，恰恰相反，原因在于高岭石的特殊晶 体结构，高岭石有一荷电随p H 变化的棱面和带恒 定负电荷的层面。所测零电点是层面与棱面电位总 反映，在强酸性介质中，胺仍可吸附于高岭石底面而 使其上浮。同时高岭石的层间结合力弱，解离时多 沿层问氢键破裂，这也为胺的吸附创造了条件。 2 ．3 抑制剂Y X 一2 用量试验 图3Y X 一2 用量对矿物浮选回收率的影响 F i g3 E f f e C t So fY X2c o n c e n t r a t i o no n f l o t a t i o nr e c o v e r yo ft w om i n e r a l s D D A6 0 m g 几p H i 70 随Y X 一2 用量的增大，一水硬铝石上浮量迅速 降低，8 0 m g ／L 时，几乎全部被抑制。高岭石的浮游 曲线则几乎与未加抑制剂时一样，产率变化很小。 Y X 一2 呈现选择性抑制，其机理在于，依照 P m d i p 分子倩子识别理论，多糖末端基团中的能相 互反应的。一。与一水硬铝石表面上的A l A l 距 离之间的结构有相容性，O O 间距为2 ．8 5 1 0 0 0 I n ，约等于舢一舢间距【4J 。 Y X 一2 系多糖衍生物，富含一C O O H 、一s 0 3 等 官能团，通过它们可与矿物表面产生化学吸附，一 O H 以氢键方式促使Y X 一2 吸附，总之，Y X 一2 覆 盖于一水硬铝石表面后，形成亲水性薄膜，阻碍其上 浮及胺与它作用。即使有少量胺吸附其上，1 嘎一2 仍可将其束缚于内层，矿物表面仍呈亲水性”J 。 2 ．4 抑制剂p H 条件试验 在广泛的p H 范围，高岭石可浮性都优于一水硬铝 石。p H 6 ．O ～8 ．0 ，二者相差最大，约5 0 ％以上，并且一 水硬铝石产率在1 0 ％以内，为后续分离打下基础。 2 ．5 人工混合矿分离试验 人工混合矿由2 9 一水硬铝石、1 9 高岭石组成。 经过一次选别，分选前，加入2 0m g ／L 分散剂Y F 一 2 。最终分选指标见表1 。 表1 人工分选试验指标／％ T a b1 S e p a r a t i o nr e s u l t so fa r t i f i c i a lm i x t u r eb yr e v e l - s ef l o t a t i o n ／％ 万方数据 2 0 0 4 年第2 期张云海等高岭石与一水硬铝石反浮选分离药剂研究 4 7 图4Y X 一2 对矿物浮选回收率与p H 的关系 F i g4E f f e c t so fp Hv a l u eo nf l o t a t i o n r e c o v e r yo ft w om i n e r a l s D D A6 0 r a g ／L ；Y X 一24 0m g ／L 3 结论’ 1 ．十二胺体系中，通过药量、p H 调整，一水硬 铝石和高岭石回收率未出现大的差距。 2 ．抑制剂Y X 一2 显现良好的选择性，在p H 7 ．0 左右，一水硬铝石几乎全部被抑制，而且两种矿 物回收率相差达5 0 ％以上。 3 辅之以少量分散剂Y F ～2 ，可以实现两种矿 物的初步分离。 参考文献 [ 1 ] 方启学，黄国智，郭健，等铝土矿选矿脱硅研究现 状与展望[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 1 ，2 2 1 2 6 3 1 [ 2 ]须藤俊男．粘土矿物学[ M ] 北京地质出版社， 1 9 8 1 ．2 6 3 2 6 9 ． [ 3 ] 刘晓文，胡岳华，蒋昊，等．硬质和软质高岭石的晶 体结构与浮选行为[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 1 ，1 1 4 6 8 4 6 8 7 ． [ 4 ] M a t h u rS ．A d v a n c e si ns e t e c t i v ef l o e c u l a t l o nt e c h n o l o g y f o rs o l i d s o l i ds e p a m t i o r t s [ JJ ．I n tJ ．M i n e rP r o c e s s 2 0 0 0 ，5 8 1 4 2 0 1 2 2 2 ． [ 5 ] 王淀佐．浮选剂作用原理及应用[ M ] ．北京冶金工业 出版社，1 9 8 2 ，3 4 1 3 4 4 T 衄跚Ⅱ．A R A 田【0 N0 FK A o L D f 玎卫A N DD I A S p O R EB YR E V E R S En ．0 f r A T I O N Z H A N GY u n h a l ，W E I D e z h o u S c h o o lo f R e s o u r c e sa n dC i v i lE n g i n e e r i n g ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a B a s e do nt h ec h a r a c t e r so fC h i n e s eb a u x i t er e s o u r c e s ，t h es e p a r a t i o no fd i a s p o r ea n dt h em a i ng a n g u e ，k a o l i n i t eb yr e v e r s et l o t a t i o nw a ss t u d i e dp r e l i m i n a r i l yi nt h i sp a p e r ．I nd o d e c y l a m i n ea c e t a t es y s t e m ，d i a s p o r e ’s f l o a t a b i l i t ya c c o r d sw i t hc l a s s i c a le l e c t r o s t a t i ca d s o r p t i o nt h e o r y ，b u tk a o l i n i t e ’sa p p e a r sa b n o r m a l ．T h e s ep h e n o m e n aw e r ee x p l m n e db yt h e i rc r y s t a l ’ss t r u c t u r ed i f f e r e n c e s ．A f t e ra d d i n gY X 一2 ，m o s to fd i a s p o r ew s sd e p r e s s e d ，b u ti th a sl i t t l ee f f e c to nk a o l i n i t e ．F i n a l l y ，c o m b i n e dw i t hd i s p e r s a n tY F 一2 ，a r t i f i c i a lm i x t u r e d i a s p o r e k a o l i n i t e 2 1 啪ss e p a r a t e d ．R e c o v e r y A b q o ft h ep r o d u c ti nt h et a n ka n ㈨t st o7 5 ．0 3 ％，A ／S 1 0 ．6 6 ． K E Y Ⅵ，a 峒田I s k a o l i n i t e ；d i a s p o r e ；r e v e r s ef l o t a t i o n ；b a u x i t e 万方数据