外磁场对细粒软锰矿浮选的影响.pdf

2 0 1 2 年第5 期有色金属 选矿部分5 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 2 ．0 5 ．0 1 3 外磁场对细粒软锰矿浮选的影响 卢毅屏，吕海峰，冯其明，欧乐明，张国范 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘 要通过外磁场中细粒级软锰矿的浮选试验和浊度测试，研究磁化浮选的机理以及磁场各因素对浮选影响的规律 和最佳条件值。机理研究发现，外磁场可以使弱磁性软锰矿表观粒度变大，进而强化细粒级软锰矿的浮选效果。试验结果表明， 在磁场强度为O ．7T ，磁化时间为1 0I I l i n ，搅拌速度为15 0 0 概n 及以上时，浮选回收率最高，磁化浮选效果最好。 关键词外磁场；软锰矿；浮选 中图分类号T D 9 5 1 ．2 ；T D 9 2 3 ；T D 9 2 4文献标识码A文章编号1 6 7 l 一9 4 9 2 2 0 1 2 0 5 0 0 5 3 一0 4 T h eE m c to fE x t e m a lM a g n e t i cF i e l do nF i 耻P y m l 戚t eP a r t i d 鹤n o t a 廿o n L U 脚z 叼，L V 丑位谵叼，F E ⅣGQ z m z 叼，o 【厂1 名m z 叼，Z E 阴ⅣGG 比咖 S c h o o Zo 厂施n e m z sm c B 豁z 叼n n dB z 鲫训n 8 e 一叼，C 硫￡m ls o H mU n i I ，e r s 衄，饧n n 伊k 4 工D 0 8 3 ，傩讯n A b s t r a c t T h em e c h a n i s mo fm a g n e t i z a t i o nn o t a t i o na n dt h er e g u l a ro fm a g n e t i cf i e l df a c t o r so n n o t a t i o ne f f e c ta n dt h eb e s tc o n d i t i o no fm a g n e t i cf i e l df a c t o r sw e r es t u d i e db vn o t a t i o nt e s t sa n dt Ⅲ．b i d i t v t e s to ff i n ep y r o l u s i t ep a r t i c l e si ne x t e m a lm a g n e t i c6 e l d ．T h em e c h a n i s ms t u d ys h o w st h a tt h e 印p a r e ms i z e o f6 n ew e a km a g n e t i cp y r o l u s i t ep a r t i c l e sc a nb ei n c r e a s e da n dt h en o t a t i o ne f f e c tc a nb es t I ．e g n t h e n e db y e x t e m a lm a g n e t i c6 e l d ．T h et e s tr e s u l t si n d i c a t et h a tap e r f e tr e s u l tc a nb eo b t a i n e da t0 ．7Tm a g n e t i c i e s ， 10m i nm a g n e t i z a t i o nt i m ea n dm o r et h a n15 0 0 埘m i ns p e e do f a g i t a t o r ． K e yw o r d s e x t e m a lm a g n e t i cf i e l d ； p y m l u s i t e ； f l o t a t i o n 软锰矿主要成分为M n O ，是一种常见的、重 要的锰矿石，占我国锰矿总储量的3 4 ．5 0 ％[ 1 | 。软 锰矿密度4 ．7 ～5 ．0 加m 3 ；硬度显晶者5 ～6 ，隐晶或 块状集合体可降至1 ～2 ，易于过粉碎而产生较多次 生矿泥[ 2 。3 1 ；比磁化系数X 1 0 ～6 0 0 1 0 。6c m 3 ， 属于弱磁性矿物。 在以往的软锰矿选矿中，人们利用软锰矿的密 度、磁性、表面性质的差异采用重选法[ 4 | 、强磁 选[ s 蚓、浮选法[ 瑚] 选别软锰矿。但是随着软锰矿 资源的不断开采消耗，软锰矿的品位越来越低、粒 度越来越细导致难选程度越来越大。现在人们多采 用高能耗、高污染的火法富集、化学选矿[ 9 ] 来处理 难选细粒级的软锰矿。浮选法对软锰矿的选别是一 种行之有效的方法，具有能耗少、污染小、选别效 率高等特点。但是由于软锰矿质地软，特别容易泥 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 1 7 4 2 2 9 收稿日期2 0 1 2 _ 0 2 2 7 修回日期2 0 1 2 0 6 一1 9 作者简介卢毅屏 1 9 5 9 一 ，女，安徽合肥人，副教授。 化，使得浮选法也不能很好地处理这部分微细粒的 软锰矿矿泥。人们发现，粒度会对细粒级矿物颗粒 的浮选效果产生很大的影响，通过对浮选颗粒表观 粒度的改变来增强和优化浮选效果是解决细粒级矿 物浮选困难的有效途径。利用浮选法处理细粒级软 锰矿也有不少的研究，例如絮凝浮选法[ m ] 。据报 道，外磁场会对弱磁性细粒级矿物的浮选产生影 响[ 1 1 - 13 | 。 本文通过对细粒级软锰矿在外加磁场各条件下 的浮选试验，进行了磁化浮选的机理研究，并得到 磁场各因素对浮选影响的规律和最佳条件值。 1 矿样、试剂与研究方法 1 ．1 矿样和试剂 试验所采用的软锰矿矿物主要成分为B M n O ， 万方数据 5 4 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第5 期 经分析纯度为9 4 ．3 ％，其粒度分布d 。。 2 ．4 斗m ； 如 1 7 ．2 3 斗m ；式 5 9 ．9 4 斗m 。试验所用捕收剂为 油酸钠；调整剂为H C l 和N a O H 。 1 ．2 研究方法 1 ．2 ．1 浮选试验 单矿物和人工混合矿浮选试验均在x F G 型挂 槽式浮选机中进行，浮选机转速16 5 0r ／m i n ，浮 选槽容积为4 0m L ，每次用试样量为2g 。 1 ．2 ．2 磁化试验 磁化试验在间歇式高梯度湿式强磁选机上进 行。将试验矿浆置于磁极之间搅拌。 1 ．2 ．3 浊度测试 浊度测试利用w G z 一3 3 A 散射光浊度仪进 行。将1 0 0m L 待测矿浆置于1 0 0m L 的沉降量筒 里混匀后静置5m i n ，抽取上部2 5m l 悬浊液，用 散射光浊度仪w G z 一3 测定浊度。 2 试验结果与讨论 2 ．1 外磁场对软锰矿浮选的影响及机理 在有磁场和没有磁场的情况下油酸钠浓度为 5 ．0 1 0 { m o 忱时细粒级软锰矿的基本浮选行为如 图1 。由图1 可以看出，油酸钠对软锰矿浮选最佳 p H 值在9 ～l o ．5 。在这个p H 值区间内，软锰矿浮选 回收率最高，浮选效果最好。由图1 还可以看出， 在整个p H4 ～1 2 比较宽的区间范围内，经过磁场 磁化后软锰矿浮选回收率比软锰矿直接浮选回收率 要高，说明磁场的加入对软锰矿的浮选是有利的。 为了研究磁场促进和强化软锰矿浮选效果的具 体原因和微观机理，对有磁场和没有磁场的情况下 油酸钠浓度为5 ．0 x10 巧m o 儿时细粒级软锰矿矿浆 在不同p H 条件下进行浊度测试，p H 值与浊度值 的关系如图2 。对比图1 和图2 发现，软锰矿的回 收率和浊度值是对应的回收率高时，浊度值低； 回收率低时，浊度值高。这就说明，除捕收剂外， 颗粒的大小会对浮选产生较大的影响。由图2 可以 看出，在p H 值为9 ～1 0 ．5 时，矿浆的浊度值最低， 此时颗粒的粒度最大，并且在p H2 1 2 范围内， 有外加磁场的软锰矿矿浆浊度值均比没有外加磁 场的软锰矿矿浆浊度值要低，说明外加磁场会使软 锰矿粒度变大，进而对细粒软锰矿的浮选产生强化 作用。 在微细粒软锰矿的浮选中，随着矿粒粒度减 小，比表面积 J s 急骤增大 J s 。c ，使表面特性的 影响剧增，微细矿粒的性质将受到诸如双电层静电 堡 褂 擎 回 p H 图1p H 对矿物可浮性影响 F i g ．1 E f f e c t o fp Ho nn o t a t i o nr e c o v e r yo fm i n e r a l s N a O l 浓度5 ．0 1 0 。5m 0 帆，磁化时间5m i n ，搅拌速度6 0 0r ／I I l i n ， 磁场强度O ．7T o H 乏 越 髫 p H 图2p H 值与浊度值的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e np Hv a l u ea n dt u r b i d i t y v a l u e N a O l 浓度5 ．O l O 。m o l ／L ，磁化时间5m i n ，搅拌速度6 0 0r ／m i n ， 磁场强度0 ．7T 作用力、分子作用力、溶剂化膜作用力等的显著影 响，降低了矿物的可选性并且会损耗较多的捕收 剂，较难达到理想的分选指标⋯] 。外加磁场之所 以可以强化细粒软锰矿的浮选效果，其本质在于外 加磁场会使细粒软锰矿颗粒表观粒度变大。 在单一磁场中，如图3 a 所示，弱磁性的软锰 矿颗粒受到磁化，成为一个具有磁性的磁化粒子， 并具有N S 极 矿粒黑色端为N 极，白色端为S 极 。当大部分微粒成为磁性粒子时，体系将成为 磁性粒子悬浮液。在机械搅拌或者其他作用所赋予 的动能作用下，矿粒互相靠拢，通过异磁极间的相 互吸引形成小的团聚体[ 1 5 | 。在单一疏水力场中， 如图3 b 所示，油酸钠会吸附在矿粒周围形成疏水 层并且会对颗粒产生一定的聚团作用，但是在低药 剂用量情况下由于疏水力较小，难以有效克服静电 排斥力，对于颗粒之间的团聚贡献有限。因此，虽 然以油酸为捕收剂时软锰矿具有较好的可浮性， 其细粒仍难以高效回收。如图3 c 所示，在外加磁 ∞粥∞加∞∞∞如加m o ∞∞舳加∞∞∞∞加 4 3 3 3 3 3 3 3 3 万方数据 2 0 1 2 年第5 期卢毅屏等外磁场对细粒软锰矿浮选的影响 5 5 场条件下进行细粒软锰矿的浮选。受磁化颗粒之 间的磁作用力和疏水作用力一起克服静电排斥力。 细粒级的软锰矿颗粒在磁吸引力和油酸钠的疏水 力双重作用下形成较大的稳定的聚团，颗粒的表 观粒度明显增大。这样，在较少油酸钠用量情况 下，细粒软锰矿的浮选可以达到比较好的效果。 根据E D L V 0 理论，在捕收剂和外磁场共同作 用下，矿浆中磁性矿物微粒间的相互作用总作用力 可以表达为6 j y 1 y E y Ⅵ广卜y 姒 y M A 1 即体系中微粒之间的总作用力等于静电 力‰、范德华力y W 、疏水力y 姒和磁性力y m 的加 和。对于同种颗粒，静电力‰表现为斥力，是阻 碍颗粒之问团聚的作用力；范德华力y w 、疏水力 y m 和磁性力y M A 表现为吸引力。在外加磁场存 在的情况下进行细粒软锰矿的浮选，就是在疏水 力的基础上引入磁吸引力，磁吸引力和疏水力共同作 用可以有效克服静电力，促进颗粒之间的团聚。 a 9o 磁场 O 口一 o a p 疏水力场 _ _ _ _ _ _ 。●■ b 案撩 磁场和疏水力场 C 图3 磁场和疏水力场对颗粒表观粒度的影响 F i g ．3 E f k c to fm a g n e t i cf i e l da n dh y d I ．0 p h o b i c f b r c ef i e l do na p p a I ．e n t p a r t i c l es i z e 2 ．2 磁场各因素对软锰矿浮选的影响 磁场对细粒级软锰矿浮选的促进作用是通过磁 场环境的各种因素如磁场强度、磁化时间、搅拌速 度等共同影响的，下面我们将通过试验找到这些因 素对浮选影响的规律和最佳条件值。 2 ．2 ．1 磁场强度对软锰矿浮选的影响 在不同的搅拌速度条件下，磁化时间为5m i n 时，磁场强度对浮选回收率的影响如图4 。由图4 可以看出，在0 ～O ．7T 磁场强度区间，随着磁场强 度的升高，回收率升高；在磁场强度o ．7T 处，回 收率可以达到最大值；0 ．7T 之后，随着磁场强度 增加，回收率未见明显升高。采用0 ．7T 作为磁化 浮选的最佳磁场强度。 零 、 褂 擎 回 O ．00 ．10 ．2O ．3O ．40 ．5O ．60 ．‘7O ．80 ．9 磁场强度，I ’ 图4 磁场强度与回收率的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a g n e t i ci n t e n s i t ya n d r e c o V e r y N a o l 浓度5 ．0 1 0 。5n m l ／L ，磁化时间5I I l i n ，p H9 ．2 2 ．2 ．2 磁化时间对软锰矿浮选的影响 在不同的磁场强度条件下，搅拌转速为6 0 0 蛳n 时，磁化时间对浮选回收率的影响如图5 。由图5 可见，随着磁化时间的增长，软锰矿浮选回收率增 加，并且当磁化时间达到1 0m i n 之后，浮选回收 率不再有明显变化。采用1 0m i n 为磁化浮选的最 佳磁化时问。 零 ＼ 槲 娶 回 O5l O1 52 0 磁化时间，m i n 图5 磁化时间与回收率的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a g n e t i z a t i o nt i m ea n d r e c o V e r y N a 0 L 浓度5 ．0 1 0 。m o l ，L ，搅拌转速6 0 0r ／r I l i n ，p H9 ．2 2 ．2 - 3 搅拌速度对软锰矿浮选的影响 在不同磁化时间条件下，磁场强度为0 ．7T 时， 搅拌转速对浮选回收率的影响如图6 。由图6 可见，随 着搅拌转速的增加直到搅拌机最大转速15 0 0r ／m i n ， 软锰矿浮选回收率是逐渐增加的。采用15 0 0r ／m i n 些 潦 o ◇ 伊口 。 O 口 零 辟 毋 。 、| 疆 。 潦 夺 ◇ 口 伊 。 O 口 搿 铀 西 疆 。 万方数据 ．5 6 ．有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第5 期 为磁化浮选的最佳搅拌转速。 业，2 0 0 9 ，2 7 3 6 1 1 ． 术 ＼ 横卜 擎 囡 搅拌转速， r m i n 。1 图6 搅拌转速与回收率的关系 F i g ．6R e l a t i o n s h i p b e t w e e ns p e e do fa g i t a t o ra n d r e c o V e r y N a o l 浓度5 ．O 1 0 ‘5m v L ，磁场强度0 ．7T ，p H9 ．2 3 结论 1 外磁场对细粒软锰矿的浮选有强化作用。 2 外磁场对细粒软锰矿浮选影响的本质是磁 场可以使细粒软锰矿颗粒表观粒度变大，促进颗粒 的浮选。 3 采取磁场强度0 ．7T ，磁化时间1 0m i n ， 搅拌转速15 0 0 “m i n 为最佳试验条件，此时浮选 回收率最高，磁化浮选效果最好。 参考文献 [ 1 ] 周凌风．我国锰资源现状及其加工发展前景[ J ] ．电池工 业，2 0 1 1 ，1 6 1 4 9 5 2 ． [ 2 ] 严旺生，高海亮．世界锰矿资源及锰矿业发展[ J ] ．中国锰 [ 3 ] 洪世琨．我国锰矿资源开采现状与可持续发展的研究 [ J ] ．中国锰业，2 0 1 l ，2 9 3 1 3 1 6 ． [ 4 ] 温英，李建明，胡邦成．我国锰矿石选矿技术及发展 [ J ] ．中国锰业，1 9 9 8 ，1 6 1 5 2 5 8 ． [ 5 ] 张泾生，罗立群．细粒物料磁分离技术现状[ J ] ．矿冶工 程，2 0 0 5 ，2 5 3 2 5 2 9 ． [ 6 ] 许定胜．高磷软锰矿磁选微生物脱磷工艺[ J ] ．中国锰 业，2 0 0 9 ，2 7 3 2 l 一2 3 ． [ 7 ] 朱俊士，甘怀俊．细粒软锰矿的浮选研究[ J ] ．中国锰业， 1 9 9 2 ，1 0 2 3 9 6 9 9 ． [ 8 ] 麦笑宇．细粒软锰矿浮选机理的研究[ D ] ．长沙长沙矿 冶研究院，1 9 9 1 ． [ 9 ] 谢红艳，王吉坤，杨世诚．从软锰矿中湿法浸出锰的研究 进展[ J ] ．中国锰业，2 0 1 1 ，2 9 1 5 1 1 ． [ 1 0 ] 张延军．微细粒氧化锰的回收与利用[ D ] ．南宁广西 大学，2 0 0 8 ． [ “] 邹健，朱巨建．磁化浮选的发展与探讨[ A ] ／／1 9 9 7 中 国钢铁年会论文集[ c ] ．北京中国金属学会，1 9 9 7 ． [ 1 2 ] 宋少先，卢寿慈．弱磁性矿物颗粒悬浮体的磁聚团研究 [ J ] ．有色金属，1 9 8 8 ，4 0 8 2 8 3 3 ． [ 1 3 ] 艾永亮．弱磁性铁矿物的表面磁化研究[ D ] ．长沙中 南大学，2 0 0 9 ． [ 1 4 ] 邱冠周，胡岳华．颗粒间的相互作用与细粒浮选[ M ] ． 长沙中南大学出版社，1 9 9 3 1 0 6 一1 2 0 ． [ 1 5 ]s v o b o d a ． M a g n e t i c n o c c u l a t i o na n dt r e a t m e n to ff i n e w e a k l y[ J ] ．M a g n e t i c sI E E Et m n s a c t i o n s ，1 9 8 2 ， 1 8 2 7 9 6 8 0 1 ． [ 1 6 ] 陈远炎，郭苗芬．磁絮凝的原理及其工业应用[ J ] ．有色 金属 选矿部分 ，1 9 8 8 1 4 2 - 4 7 ． ＼ 令 岔 岔 令 岔 岔 命 岔 命 仓 仓 仓 仓 仓 仓 岔 岔 仓 仓 偷 岔 仓 命 命 岔 岔 仓 金 命 仓 仓 岔 令 信 上接第5 2 页 及其浮选行为[ J ] ．物理化学学报，2 0 1 0 ，2 6 5 1 4 3 5 一1 4 4 1 ． [ 3 3 ] 李玉琼，陈建华，陈晔，等．黄铁矿 1 0 0 表面性质的 密度泛函理论计算及其对浮选的影响[ J ] ．中国有色金 属学报，2 0 1 1 ，2 1 4 9 1 9 9 2 6 ． [ 3 4 ] “y u q j o n g ，C b e n ．“a n - - h u a ，G u oJ i n ．D F Ts t u d yo f i I l f l u e n c e so fA s ， C o a n dN i i m p u r i t i e s o n p y r i t e 1 0 0 s u r f a c eo x i d a t i o nb y 0 2m o l e c u l e [ J j ． C h e I I l i c a l P h y s i c sL e t t e r s ，2 0 1 1 ，5 1 l 2 6 3 8 9 3 9 2 ． [ 3 5 ]“Y u q i o n g ， C h e nJ i a n “u a ，C h e nY e ，e ta 1 ． D e n s i t vf u n c t i o n a lt h e o r ys t u d yo fi n n u e n c eo fi m p u r i t y 彻e l e c t r o n j cp m p e I t i e sa n dr e a e t i v i t yo fp y r i t e [ J ] ． T r a n s ．N o n f e r m u sM e t ．S o c ．C h i n a ，2 0 1 1 ，2 l 1 8 8 7 1 8 9 5 ． 万方数据