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2 8 国 外 金属 矿 选矿 2 0 0 7 ． 8 第 疆 蕾 稼 谚 物 摹 袭套 猞 囊 用聚合物抑制剂减少黄铜矿浮选中 夹带的细粒石英数量 Y彭 等 摘 要 亲水性脉石矿物的严重机械夹带会对微细矿粒浮选分离产生 负面影响 ， 而且目前没有有效可行 的方法来消除细粒脉 石 夹带的影响。本研究探索 了一种新的方法 即使用高分子 聚合物抑制剂减少在黄铜矿浮选 中细粒石英 的夹带 量。其 原 理是 ， 使用具有絮凝作用的聚合物 抑制剂 ， 不 仅可以使需要 被抑制 的矿物具有 亲水性 ， 而 且还可 以增大它们 的颗粒 尺 寸 ， 因而就能减少浮选气泡夹带和机械夹带 。试验 发现， 某些聚合物在不影响黄铜矿浮选的情况下 ， 能抑制和絮凝细粒 石英 。使用聚合物时的分选效果 比不使用时有显 著的改善 。 关键词 浮选絮凝机械夹带抑制剂聚合物铜矿 概 述 在 泡沫 浮选 中 ， 通 过 泡沫 之 间的水 化 膜来 夹 带 亲水性的脉石矿物是不可避免的。业已证 明， 亲水 性的脉石夹带的程度取决于它们的粒度大小 ， 颗粒 越 细则夹 杂程度 越 严 重 。在现 在 的 浮选 过 程 中 ， 随 着矿石因需要单体解离而被磨得更细 ， 脉石矿物的 夹带变 成一个 普 遍 存在 的问题 。在很 多 浮选 厂 中 ， 不得不 通过相对 粗 磨 ， 因而 牺牲 有 用矿 物 的 回收率 的方法来防止脉石矿物的高含量夹带。微细粒矿物 的浮选一般是通过增大疏水性矿粒的尺寸或减小气 泡尺寸来实现 ， 而脉石的夹带在这种新 的浮选过程 中也有不利影响。P e n g等人证实， 细粒亲水性的脉 石矿物的夹带在溶解空气浮选和絮凝浮选过程中变 得更 严重 。 尽管对脉石夹带机理的研究 已持续 3 0年， 但却 没有找到有效的方法来降低脉石矿物 的机械夹带 。 近年来 ， L i u和 Wa n n a s提出一种新 的方法 ， 就是使 用聚合抑制剂和絮凝剂来分离细粒脉石矿物 。他们 的小型浮选柱试验结果证 明， 加入聚合抑制剂不但 能使脉石矿物亲水 ， 还能使亲水性矿物凝 聚， 从而使 机械夹杂的程度降到最低。在近年来 的研究 中， 用 这个方法来降低细粒石英 的机械夹带量 ， 石英是黄 铜矿浮选中一种普遍的脉石矿物。 1 试 验 1 ． 1 试样 石英单矿物 由 I OC C 加拿大铁矿公 司 获得 。 石英 样 品 的 X P F 分 析 结 果 表 明 ， 其 中 含 9 9 ． 9 9 ， 6 S i O 2 。黄 铜 矿 单 矿 物 由 Wa r d s Na t u r a l S c i e n c e公 司购买 。黄铜 矿 样 品 的 I C P MS分 析 结 果 见 表 1 。 这些样品都用对辊破碎 机破碎 ， 然后筛分 ， 取 一3 ． 2 0 ． 6 mm粒级作进一步的磨矿和浮选。 表 1 黄铜矿样品的组成／ ％ C u l P b I Z n I S }S i f F e }C a f M g I M n -- 2 0 I T I 粉末状细粒石英样品 ， 取 自英国 B o u d Mi n e r a l s P o l y me r s 公司， 这些用来做絮凝试验的 样 品 的平均粒 度为 4 ． 4／ ．t m， S i O 纯度为 9 9 ． 4 。 捕收剂异丙基钠黄药 由 C y t e c 公司生产。起泡 剂 D F 2 5 0由 C h a r l e s T a n n a n t 公 司生产 。高分 子聚 合 物 AL AB和 C ATO 2 3 2分别 由 P o l y s c i e n c e s 公 司 和 国际淀 粉 公 司生 产 。其 中 AL AB是 一 种 分子 型 聚合物， 而 C AT O2 3 2是含氮为 0 ． 3 3 的阳离子淀 粉。聚合物溶液的制备过程已经另有文章说明。其 它的无机试剂如石灰、 氢氧化钠、 盐酸和氯化钾都是 分析纯， 是从加拿大蒙特利尔的 B D F地区购买的。 1 ． 2浮选试 验 采用丹佛浮选设备研究所生产 的 1 ． 2 5 L槽体 浮选机来做减少石英夹带的实验室浮选试验。每次 试样 重为 1 0 0 g石 英或 者 1 0 0 g石英 与 2 0 g黄铜 矿 的混合物 。将试 样 溶 于 1 5 0 mL去 离 子水 中 ， 在 陶 瓷鹅卵石磨机中磨矿至一2 0 0目含量为 8 0 ％。磨矿 产品排至 1 ． 2 5 L浮选 槽 中， 加 入 聚合 物抑 制剂 Na l P X 6 0 g ／ t 和 起 泡剂 D F 2 5 0 1 0 0 g ／ t ， 分别 在 1 2 0 0 r ／ mi n 下搅拌 2 mi n 。用石灰将磨矿和浮选矿 浆的 p H值调至 9 。浮选 的刮泡间隔为 1 0 S ， 然后 ， 维普资讯 2 0 0 7 ． 8 国 外 金 属 矿 选 矿 2 9 在 0 ． 5 、 2 、 4和 8 rai n时取样 ， 做浮选 动力 学试 验 。 1 ． 3絮凝试 验 加入 聚合 物 AL AB或 C A T02 3 2后 ， 用 P D A 2 0 0 0光度分 散 分 析 仪 监 检 石 英 的 凝 聚／ 分 散 行 为 。 首先在 2 0 0 mL水 中加入 2 g 、 粒度 一2 0／z m 的石 英 粉末调制矿浆 ， 然后在 2 2 0 0 r ／ mi n的转速下搅拌 3 0 mi n ， 加入盐酸或氢氧化钠调整所需要的 p H。然后 将搅拌转速降到 1 2 0 r ／ mi n ， 缓慢加入预先确定好的 聚合物 ， 悬浮液循环通过光度分散分析仪。记录透 射光 的平 均强度 和 透射 光 强 度 的均 方 根 波 动 范 围 。 波 动是 由悬 浮 颗 粒 的 数 量 和 尺 寸 大 小 的变 化 引起 的。均方根值与平均强度值的比值是颗粒凝聚或者 分散的直接度量 。比值增加则表示颗粒凝聚 。 1 ． 4 Z e t a电位测 量 用匹 配有微 处理 器 的 L o g i c a l Z e t a p h o r e me t e r lVZ e t a电位仪来测量 Z e t a电位， 它能够直接计算 出 Z e t a电位值 。将 0 ． 2 g 、 粒度 为一0 ． 5／ z m 的石英或 黄铜 矿加 入 到溶 有 0 ． 0 0 1 too l KC I 的 1 ． 2 5 L去 离 子水中搅动 ， 再用盐酸或氢氧化钠溶液调整 p H值 ， 加入聚合物 AL AB和 C ATO 2 3 2 ， 反应 1 0 rai n 。然 后 ， 取部分溶液测量其 Z e t a电位。最终 的 Z e t a电 位值取三个测量值的平均值。 1 ． 5泡 沫 图像 分析 当用 AL AB聚合物浮选石英时 ， 在浮选槽 的泡 沫刮 出 口处安 装 一个 D V 摄 影 机 。每 次 刮 泡 时 ， 它 将连续 8 rai n拍摄精矿泡沫的上表 面。然后 ， 使 用 Ma t l a b软件处理所拍摄到的图像 ， 得到溢 出泡沫的 速率 口 和气泡 的 平 均尺 寸 Dr 。从泡 沫 刮 出 口处 溢 出的气 体 速 度 以 未 破 灭 的气 泡 的 气 体 截 面速 度 ， 表 示 ， 它 可从 泡 沫 溢 出的气 体 速率 口 和 浮选 机各种 即时参数求 出。以未破灭泡沫的形式流 出溢 流 口的空气 速度相对 给入 的气体 速度 的 比值 a ， 可 表示泡 沫 的稳 定性 ， 它是 ， 相 对矿浆 中气体 横 载 面 速度 J 的百 分数 。 2 试 验 结 果 2 ． 1浮选结 果 文献 中很少 报导用 聚合 物抑 制石英 。这 可能 是 因为石英 具有 亲水性而 不需 要在 浮选 过 程 中进行 抑 制。然而 ， 石英有可能被细粒夹带 。本研究 旨在分 析聚合物 AL A B和 C AT O2 3 2对降低石英夹带 的 影响。图 1 为石英单矿物浮选试验结果 。由图 1可 以看 出， 在 不加 聚合 物 的情况 下 ， 2 1 的石 英 和 2 9 的 水被 回收 。 当加 入 不 到 31 0 AL AB后 ， 水和石英的回收率显著降低 ， 水和石英 的最小 回收 率 分别 为 2 4 ％和 8 ； 当 AL AB浓度 超 过 31 0 时 ， 水和石英 的回收率 开始增加 ； 当浓 度达到 8 1 0 时 ， 其 回收率比没有聚合物时还要高。 同样 由图 1 可知 ， 添加 C AT0 2 3 2 ， 可以使水和 石英 的 回收 率 分别 下 降 到 2 6 和 1 2 ； 当 C A T O2 3 2浓 度 在 0 ． 3 ～ 3 0 1 0 范 围变 化 时 ， 它 们 的回收率 变化 不大 。 由于 AL AB和 C ATO2 3 2都能降低石英 的回 收率 ， 因此 考查 了它 们对 从 石 英 中浮选 黄 铜 矿 的影 响。图 2为添加 AL AB时 ， 黄铜矿回收率与石英 回 收率 之 间 的变 化 曲线 。显 然 ， 在 p H 9 ， 添加 AL AB 能明显降低石英的回收率。当 AL AB的浓度高于 4 1 0 时 ， 黄 铜 矿 的 回 收率 也 会 增 大 。 因此 ， 添 加 AL AB能提 高它们 的分离效率 。由图 1和图 2可 知 ， 添 加 AL AB时 ， 石 英 的 浮选 行 为在 有 黄 铜 矿 存 在和 不存在 时非 常相似 。 、 静 至 荽 球 聚合物浓度 ，1 J 图 1 在 p i t 9 ． 石英单矿物浮选 8rai n后石英和 水的回收率与 AL A B和 C A T O 2 3 2浓度之 间的关系 口一AL AB。 水 ； 一--AL AB。 石英 ； o C A T O 2 3 2 。 水 ● 一C A T O 2 3 2 。 石英 黄铜矿回收率 ， ％ 图 2 在 p H 9和 AL A B不同浓度下黄铜矿 回收率 与石英回收率之间的关 系 AL A B浓度1 0 一 ‘ 一 一0 ； 口一1 ． 6； o --4 ． 0 ； △一6 ． 4 ； ◇ 一8 ． 0 维普资讯 3 0 国 外 金属 矿选 矿 2 0 0 7 ． 8 图 3为添加聚合物 C AT O2 3 2时， 黄铜矿 回收 率与石英回收率之间关系曲线。因为 C AT O2 3 2是 一 种阳离子型淀粉 ， 它的溶液电荷受 p H值的影响。 因此 ， 在这种情况下， 需要考查 p H值对石英和黄铜 矿浮选 的影 响 。由图 3可知 ， 添加 C AT O2 3 2时 ， 石 英 回收率下降， 这与图 1 所示结果相一致。然而， 黄 铜矿的回收率也随之下降， 说 明 C ATO 2 3 2是黄铜 矿的抑制 剂。所 以， 黄 铜 矿 浮选 时， 通 常不 使 用 C AT O2 3 2来减少石英的夹带。改变矿浆的 p H值 ， 调整捕收剂 和 C ATO 2 3 2的用量， 都不能改变 C A T O2 3 2对石英和黄铜矿的抑制 。 浮选试 验 结 果 表 明 ， AL AB和 C AT O 2 3 2都 能 在石英单矿物浮选 中减少它的夹带。然而， 高浓度 的 AL AB 约 81 0 会使石英 的夹带更严重 。在 黄铜矿与石英的浮选分离试验中， AL AB对黄铜矿 的浮选行为投有负面影响， 较高用量的 4 1 0 ～8 1 O AL AB甚至能促进黄铜矿的浮选。而 C A T O2 3 2则会抑制黄铜矿的浮选 。 2 ． 2絮凝试 验 结果 加入聚合物 A I A B或 C A T O2 3 2 后 ， 采用光度分 散分析仪检测--2 0肚 m石英矿粉的絮凝试验。如图 4 所示， A I A B和 C A T O2 3 2都能絮凝石英矿粉。在添加 2 1 0 A I A B时， 石英出现最大 絮凝。当添 加 5 1 0 A I ．A B时， 石英絮凝停止。由此可知， 高含量的 A 【 AB是 一种抑制剂。但若 添加 C A T O2 3 2 ， 则 C A - T O2 3 2 用量很高时， 石英才会发生很好的絮凝。 冰 、 锝 互 球 图 3 在 p H 9和用 8- 1 0 C A T O 2 3 2时黄铜矿回收率与 石英回收率之 间的关系 一 一 不 用 C A T O2 3 2 ， p H 9 口 一C A T O 2 3 2 ， p H 6 ； o -- C AT O 2 3 2 。 p H 9 △ 一 C A T O2 3 2。 p H 1 2 ． 0 2 ． 3 Z e t a电位 在有和没有 AL AB和 C AT O2 3 2存在 的情 况 下， 分别测量了石英和黄铜矿 的 Z e t a电位， 其结果 见 图 5和图 6 。图 5为 AL AB变化 时 ， 石 英 和 黄铜 矿的 Z e t a电位变化 曲线 。由图 5可知 ， 在 p H 9的 豳 4 p H 9时 石 买 絮凝 与聚 台 物 厦 之 同 的关 系 一 -- ALAB ● 一 C ATO2 3 2 情况 下 ， AL AB能 明 显 地 提 高 石 英 的 电位 ， 但 对 黄 铜矿的电位没有影响。由此可知 ， AL AB对石英具 有强的亲合力 ， 而对黄铜 矿的亲合力较弱。图 6为 在 4 0 1 0 的 C ATO2 3 2溶 液 中， 石 英 和黄 铜 矿 的 电位变化与 p H值的关系曲线 ， 与加入 AL AB不同 的是 ， 加入 C AT O2 3 2之后 ， 石英和 黄铜 矿 的 电位都 增加 ， 说 明 C ATO2 3 2在石英和黄铜矿表面都有吸 附 ， 但是 ， 由石英 电位比黄铜矿电位升高更多可知 ， C ATO2 3 2在石英表面上的吸附明显强于在黄铜矿 表面 上的 吸附 。 2 0 量 0 砻 g N_ 2 0 。 』 0 4 0 8 0 1 2 【 】 1 6 0 2 f x 】 A L A B浓度／ - l O 图 5 p H 9时 石 英 和黄 铜 矿 的 Z e t a电 位 与 AL AB 聚合物浓度之 间的关系 一一石英 ； ●一黄铜矿 一 些人研究了阳离子型聚合物和非离子型聚合 物在 石英 和硅酸 盐 矿 物表 面 上 的吸 附 机理 。C o o k e 等人指出， 在碱性溶液 中， 石英带有很高的负 电荷 ， 在静电力的作用下能够与诸如氨基苯酚、 淀粉等 阳 离子型聚合 物发生强烈反应。聚丙烯酰胺 P AM 和氧化聚乙烯 P E O 等非离子型聚合物在石英和硅 酸盐矿物表面的吸附则归因于氢键的结合、 疏水化 反应和酸碱质点作用 。同样 ， 有人研究过淀粉在矿 物表面上的吸附。刘等人指 出， 诸如淀粉 、 糊精和古 尔胶等天然多糖聚合物在矿物表面上的吸附是通过 酸碱作用和静电作用实现的。由于 C ATO 2 3 2是一 维普资讯 2 0 0 7 ． 8 国 外 金 属 矿 选 矿 3 1 图 6 p H 9时石 英 和 黄 铜矿 的 Ze t a电位 与 CATO2 3 2 聚合物浓度之间的关 系 一一石英 ●一黄铜矿 种阳离子型淀粉 ， 所以它对石英 和黄铜矿 的吸附既 有酸碱作用 ， 也有静 电作用。从石英 电位急剧升高 可以推断， C ATO 2 3 2在石英表面上吸附时， 静电作 用 占主导地 位 ， 同时 ， 石 英 和 黄铜 矿 的 Z e t a电 位 的 降低 则可能是 由酸碱作 用所引 起 的 。 3 ． 4泡沫 图像分 析结 果 使用和不使用 AL AB聚合物时， 分析 了石英单 矿物浮选的泡沫图像 ， 估算出了气泡 的平均尺寸和 以未破 灭气泡 的形式 流 出溢流 口的空 气 的 比例 。结 果列 于表 2中 。显 然 ， AL A B 改 变 了泡 沫 的性 质 。 随着 AL AB的加入 ， 泡 沫 的尺 寸 D 减 小 ， 这 表 明 浮选矿 浆 内的气 泡尺 寸 也 减 小 。与 此 同 时 ， 以未 破 灭气泡 的形式 流 出溢 流 口的空 气 的 比 例增 加 ， 表 明 泡沫稳 定 性 增 强 。显 然 ， AL AB 的加 入 量 越 大 ， 气 泡的尺寸 越小 ， 其稳定性越强。这似乎说明 AL AB也 具有起 泡 剂 的功 能 。Mo u d g i | 观 测 到 了诸 如 聚丙烯 酰胺和 氧化 聚乙烯 等一些 非离 子 型聚合 物在 煤 的浮选 中改 变 了泡 沫 的性 质 。 表 2 加入和不加入 AL AB时石英单矿物浮选的泡沫图像数据 AL AB浓度／1 0 0 3 4 0 Df 1 1 ． 0 5 ． 2 0 ．5 n／ 7 ． 2 1 4 ． 7 7 1 ．5 3 讨 论 从 图 1 -- 图 3可 知 ， 尽 管石 英 表 面是 亲水 的 ， 但 对于 浮选 铜 精矿来说 ， 石英 回收率仍 相对 偏高 ， 这 可 能是 由于机 械夹 带所 造 成 的。值 得 指 出 的是 ， 图所 示的结果是在 固体 浓度约为 8 的稀 矿浆 中获得 的。由此可知， 在矿浆 固体浓度更高 的传统的浮选 回路 中 ， 石 英 的 夹带 可 能 更高 。图 1 ～ 图 3也 显 示 出 AL A B和 C A TO2 3 2聚合 物都能降低石英 的夹 带量 。但是 ， 由于 C AT O2 3 2会 抑制 黄 铜矿 的 浮选 ， 因此它不 能 作 为 选 择性 的 抑 制剂 。而 AL AB对 黄 铜矿浮选没有影响 ， 但高浓度的 AL AB会使石英夹 带比不使用 AL AB时变得更严重 。因此 ， AL AB可 以作为黄铜矿浮选时石英 的选择性聚合物抑制剂 ， 但是 ， 它 的用量 必须严 格控 制 。 刘等人认为， 通过联合使用聚合物抑制剂和絮凝 剂， 可以减少细粒脉石的夹带 。在这项研究中， 石英表 面本是亲水的， 因此， 在浮选精矿中石英回收率的降低 可能是由于聚合物的絮凝作用。事实上 ， C A T O2 3 2 在 低浓度时， 对石英的絮凝作用很弱 图 5 。因此， 正如 所观察到的那样， 用 C A T O2 3 2减少石英夹带的效果要 比 AL A B的效果差 ， 因为 AL A B对 黄铜矿 浮选没有坏 的影响 图 2 ， 而 C A T 02 3 2则有负面作用 图 3 。这 是因为 AL A B不能在黄铜矿表面上吸附 图 5 ， 而 C A - T O2 3 2 则能吸附 图 6 。尽 管 黄铜矿 和 C A T O2 3 2之 间的相互影响不是很强烈 ， 但 C A T O2 3 2 对微粒 的吸附 却抑制了黄铜矿的浮选。 另外一 个有 趣 的现象 是非离 子型 聚合 物 AL A B 改变 了泡沫 的性 质 图 2 。随着 AL AB的 加 入 ， 气 泡的尺寸减小 ， 而稳定性却增强 ， 这可能是黄铜矿浮 选 时 AL AB浓度 增加 导致 的 。然 而 ， 气 泡稳 定 性 的 加强和尺寸的减小却能增加石英夹带。纯净的石英 被夹带 的发 生取 决于石 英 的絮凝 程度 和气泡 性质 改 变 程度 之 间的平衡 。AL AB在 高 浓度 时 例 如 4 0 1 0 ， 将失去絮凝能力 图 4 ， 但泡沫的稳 定性却 稳 持续 增强 图 2 。表 2观 察 到 了高 浓 度 的 AL A B 引起 了更多 的石 英夹带 量 。 4 结 论 非离子 型 聚合 物 AL A B 和 阳离 子 聚合 物 C A TO 2 3 2 ， 在 泡沫 浮选 中都 能够 通 过 絮 凝 石 英 颗 粒来 降低细粒石 英的夹带量 。C ATO 2 3 2抑 制黄铜矿 ， 而 AL AB却对黄铜矿的浮选没有任何负面影响， 因 此 ， 对于降低黄铜矿浮选过程 中细粒 石英夹带量 ， AL AB才是 潜在 的选 择性 聚合物 抑制 剂 。 然而 ， 当加 入 AL AB时 ， 必 须 仔 细 的控 制 它 的 浓度 ， 以保证絮凝能力和泡沫性质相平衡 。在某一 合适 的浓度下 ， AL AB发挥 最大的絮凝 力， 以使细 粒石英夹带量降到最低 。另一方面 ， 随着 AL AB浓 度的增加 ， 泡沫 的尺 寸将 逐渐减小 ， 泡沫稳定性增 强 。尽管 它可 以降 低 石英 夹带 量 ， 但 用 量 大 时 会降 低 黄铜矿 的 回收率 。 薛丽华 ； 童雄李长根 0 7 0 8 0 6 维普资讯