酸化水玻璃对萤石与方解石浮选分离作用研究.pdf

。踟‘ 有色金属 选矿部分 2 0 1 4 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 4 ．0 1 ．0 2 0 酸化水玻璃对萤石与方解石浮选分离作用研究 张国范1 ，邓红1 ，魏克帅z ，石晴t 1 ．中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．中国地质矿业总公司。北京1 0 0 0 2 9 摘要研究了不同p H 的酸化水玻璃对萤石与方解石可浮性的影响规律。研究结果表明，酸化水玻璃的p H 对药剂的 抑制效果有重要影响，p H 介于5 ．0 ～9 ．5 的酸化水玻璃能有效抑制方解石，随着用量的增加抑制效果越强，在弱碱性的浮选 区间内能很好地选择性抑制方解石，而强碱性和强酸性的酸化水玻璃对两种矿物的选择性抑制效果差。其作用机理可能为水 玻璃与硫酸混合后，在弱碱性和弱酸性的溶液p H 区间内更容易生成亲水性强的硅酸胶粒，可以选择性吸附在方解石表面上， 实现萤石与方解石的浮选分离。 关键词萤石；方解石；酸化水玻璃；浮选 中围分类号1 1 3 9 2 3 * ．1 4 文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 4 0 1 0 0 8 0 - - 0 3 T h eE f f e c to fA c i d i z e dS o d i u mS i l i c a t e0 1 1F l o t a t i o nS e p a r a t i o no fF l u o r i t ea n dC a l c i t e Z H A N GG l t o f a n l ，D E N G 丑a 耐，W E lK e s h u a i z ，S H IQ i n 9 1 1 ．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 e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．C h i n aN a t i o n a lG e o l o g i c a la n dM i n i n gC o r p o r a t i o n ，B a j i n 91 0 0 0 2 9 ， C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c to fa c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t ea td i f f e r e n tp Hv a ] t l e so nf l o a t a b i l i t yo ff l u o r i t ea n d c a l c i t eh a sb e e ns t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep Hv a l u eo fa c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t eh a sag r e a ti m p a c t O i 3 ．i t si n h i b i t i o nf u n c t i o n ．T h ea c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t ew i t hp Hv a l u er a n g i n gf r o m5t o9 ．5C a l li n h i b i t c a l c i t ee f f e c t i v e l yi nw e a ka l k a l i n ef l o t a t i o ns o l u t i o n ．a n dt h ec a l c i t ef l o t a t i o nr e c o v e r yd e c r e a s e sw i t h i n c r e a s eo fr e a g e n td o s a g e ．A c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t ew i t hs t r o n ga l k a l i n i t ya n da c i d i t yd o e sn o th a v es e l e c t i v e d e p r e s s i o na c t i o n o nc a l c i t ea n df l u o r i t e ．I t sm e c h a n i s mm a yb et h a tw h e nr e a g e n t sm i x e di nw e a ka l k a l i n e a n da c i ds o l u t i o n ，s o d i u ms i l i c a t ea n ds u l f u r i ca c i dc a ng e n e r a t eh y d r o p h i l i cs i l i c a t ec o l l o i d a lp a r t i c l e sw h i c h c o u l ds e l e c t i v e l ya d s o r bo n t ot h ec a l c i t es u r f a c e s ，a n dr e a l i z e st h es e p a r a t i o no ff l u o r i t ea n dc a l c i t e ． K e vw o r d s f l u o r i t e ；c a l c i t e ；a c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t e ；f l o t a t i o n 萤石是一种重要的工业原料，用途广泛。自然 界中的萤石矿主要有3 种类型，即石英萤石型、石 英一萤石一重晶石型和石英一萤石一方解石型[ 1 ] 。 对于含方解石型萤石矿，由于萤石与方解石的物理 化学性质相近，属于微溶性矿物，矿浆组分溶解或 吸附可以使两种矿物表面性质趋同，难以有效浮选 分离[ 引。尤其是在采用脂肪酸类捕收剂时，方解 石的可浮性与萤石相似，甚至优于萤石，因此萤石 与方解石的分选，一直是选矿难题之一。 为探索对方解石具有高效选择性抑制作用的调 整剂，不少研究者研究了包括水玻璃、酸化水玻 璃、聚磷酸盐、淀粉、单宁类等众多无机和有机调 收稿日期2 0 1 3 一0 4 加1修回日期2 0 1 3 1 1 2 7 作者简介张国范 1 9 7 1 一 ，男，湖南常德人，副教授。 整剂[ 引。其中众多试验和生产实践表明，酸化水 玻璃对萤石矿中的主要脉石方解石和石英具有一定 的选择性抑制作用，但是其抑制作用与水玻璃的酸 化程度有密切的关系。本文通过浮选试验，研究不 同p H 的酸化水玻璃对方解石和萤石的抑制效果， 探索酸化水玻璃的酸化程度对药剂抑制能力的影 响，并对其可能的作用机理进行探讨。 1试验方法 1 ．1 试验矿样与药剂 萤石与方解石纯矿物取自长沙市大托矿石粉 厂，块矿经手碎手选后用瓷球磨纽并筛分出一7 6 1 0 万方数据 2 0 1 4 年第1 期张国范等酸化水玻璃对萤石与方解石浮选分离作用研究 8 1 m 粒级单矿物矿样，化学分析与X 射线衍射分析 表明萤石与方解石的纯度分别为9 8 ％和9 9 ．9 9 ％。 试验所用H C I 、N a 2 C O ，和H 2 S O 。均为分析纯， 油酸钠为化学纯试剂，水玻璃模数为2 ．4 。试验用 水为一次蒸馏水。 1 ．2 试验流程 浮选试验采用X F G 型挂槽式浮选机，浮选温 度为2 5 。C 。试验每次称取2g 单矿物矿样，加入容 积为4 0m L 的浮选槽中，加一次蒸馏水至刻度处， 搅拌1m i n ，添加盐酸或碳酸钠调整p H ，加入调整 剂后搅拌4m i n ，同时测定溶液的p H 。按照试验要 求加入捕收剂后搅拌4m i n ，浮选4 ．5m i n 。浮选完 成后将泡沫产品烘干，称重，计算回收率。 2 结果与讨论 2 ．1 水玻璃对萤石与方解石可浮性的影响 当使用碳酸钠调浆，不同p H 条件下水玻璃对 萤石与方解石的抑制作用如图1 所示。萤石的浮选 回收率随着矿浆p H 的升高呈现出逐渐降低的趋 势。在p H 为6 ～8 的区间内可浮性较好；在强碱性 的条件下，水玻璃能抑制萤石的浮选。同时，在 p H 低于8 时方解石与萤石的浮选回收率相近，在 p H 高于8 时，方解石的可浮性优于萤石。另外， 试验结果也表明，水玻璃对萤石具有较强的抑制作 用，对方解石的抑制作用较弱。 堡 褥 擎 回 p H 图1p H 对水玻璃抑制性能的影响 F i g ．1 E f f e c to ff l o t a t i o np Ho ni n h i b i t i o np r o p e r t y o fs o d i u ms i l i c a t e 2 ．2 酸化水玻璃对萤石与方解石可浮性的影响 许多研究工作表明，将水玻璃酸化可以改变其 抑制性能。由于水玻璃很难对萤石和方解石两种矿 物实现选择性抑制作用。因此，本研究使用硫酸对 水玻璃进行酸化，并通过调整加入酸量获得不同 p H 的酸化水玻璃，并采用其进行了两种矿物的单 矿物浮选试验。研究考察了浮选p H 、酸化水玻璃 的p H 圾t ．酸化水玻璃用量对矿物浮选的抑制作用。 图2 为酸化水玻璃p H 为8 ．2 ，用量4 0m g ／L 时， 不同浮选矿浆p H 条件下酸化水玻璃对方解石和萤 石抑制作用的关系曲线。由图2 可以看出，作用后 的方解石受到强烈抑制，可浮性变差，上浮率小于 2 0 ％，而萤石的可浮性在p H 9 ．5 时，萤 石和方解石都表现出较高的可浮性，酸化水玻璃对 两种矿物没有明显的抑制效果。试验结果表明酸化 水玻璃的p H 对其抑制效果有重要影响，中性条件 下的酸化水玻璃能有效抑制方解石。 当浮选p H 为6 ．5 ，酸化水玻璃的p H 为8 ．2 时，随着酸化水玻璃用量的增加，方解石的浮选回 收率急剧降低，如图4 所示，萤石的浮选回收率则 变化不大。与段秀梅等人对酸化水玻璃和方解石的 研究结果相一致[ 4 | 。由试验结果可知，弱碱性浮 选条件下的酸化水玻璃能强烈抑制方解石的上浮而 不影响萤石的浮选回收。 3 酸化水玻璃与矿物作用机理分析 水玻璃以硅酸钠 N a 2 0 m S i O z 为主要成分， 万方数据 8 2 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第1 期 零 、 褂 掣 回 p H 图3 酸化水玻璃的p H 对矿物可浮性的影响 F i g ．3 E f f e c to fp Ho fa c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t eo n f l o t a t i o np e r f o r m a n c eo fm i n e r M s 浮选p H6 ．5 - 7 ．0 ；酸化水玻璃用量4 0m s ／L ；油酸钠用量 1 ．5 1 0 ．4m o l ，I ． 堡 瓣 擎 回 酸化水玻璃用量／ m s L - ‘ 图4 酸化水玻璃的用量对矿物可浮性的影响 F i g ．4 E f f e c to f d o s a g eo fa c i d i z e ds o d i u ms i l i c a t e o nf l o t a t i o np e r f o r m a n c eo fm i n e r a l s 浮选p H6 ．5 - 7 ．0 ；酸化水玻璃p H8 ．2 ；油酸钠用量1 ．5 x 1 0 “ m o l ／L 国内外许多研究表明，水玻璃溶液中的物质组成随 着硫酸的加入而引起的p H 的变化而变化。 对于强碱性条件下的水玻璃，在水中发生水解 N a 2 s i 0 3 2 H 2 0 寻 2 N 2 0 H 一 H 2 s i 0 3 H 2 S i 0 3 寻兰H H S i 0 3 - ，其中K l 1 0 ’9 H S i 0 3 一H S i 0 3 扛，其中K z 1 0 。1 3 对于酸化水玻璃 N a 2 S i 0 3 H 冬S 0 4 ≠H 2 S i 0 3 2 N a S 0 2 - 在弱酸性和弱碱性介质中，H 韪O ，主要以胶粒 的形式存在，同时溶液中存在的s o - ，使可能的胶 粒结构为 S i 0 2 “ y H 2 0 。n S i 0 3 2 - ，S O 产 2 n - x H 1 弘， 从而使胶粒的亲水性增强。因此，当酸化水玻璃的 p H 为弱酸性或弱碱性时，其在溶液中更容易产生 大量硅酸胶粒，具有更强的亲水性和竞争吸附作 用，能够排挤方解石表面吸附的捕收剂，达到最终 抑制方解石的目的I s ．- 6 ] 。同时大量研究工作表明， 这种作用又具有很高的选择性，使萤石的浮选不受 明显的影响[ 7 - 8 ] 。在强酸和强碱性条件下，酸化水 玻璃的选择性抑制效果不明显。 可见，在p H5 ．0 ～9 ．5 的酸化水玻璃，能产生 较多亲水性更强的细小硅酸胶粒，实现了对方解石 的选择性抑制作用。 4 结论 1 使用水玻璃作为调整剂无法实现萤石与方 解石的有效分离。 2 使用硫酸酸化的水玻璃，药剂p H 介于 5 ．0 ～9 ．5 时，能有效抑制方解石浮选，实现萤石与 方解石的浮选分离。强酸性和强碱性的酸化水玻璃 对萤石和方解石的分选效果差。 3 弱碱性和弱酸性p H 的酸化水玻璃对矿物 的抑制作用主要是由于该条件下更容易生成亲水性 更强的硅酸胶粒，能选择性的抑制方解石而不影响 萤石的浮选。 参考文献 [ 1 ] 印万忠，吕振福，李艳军，等．平泉方解石型萤石矿选矿 试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 8 ，1 7 1 1 _ 4 ． [ 2 ] 石伟，黄国智．萤石和方解石的溶解特性及浮选分离 研究[ J ] ．非金属矿，2 0 0 0 4 1 l 一1 2 ． [ 3 ] 张亚辉，卢荫之，许时．邻苯三酚在萤石一方解石浮选 分离中的作用机理[ J ] ．有色金属，1 9 9 1 ，4 3 3 2 2 - 2 1 ． [ 4 ] 段秀梅．微细粒氧化锌矿物与含钙、镁矿物分散、凝聚及 浮选分离行为的研究[ D ] ．北京北京矿冶研究总院，2 0 0 1 ． [ 5 ] 李雪，赵海雷，李兴旺．硫酸一水玻璃体系的成胶特点 [ J ] ．化工学报，2 0 0 7 2 5 0 1 5 0 6 ． [ 6 ] 周强．酸化水玻璃在低模数碳酸盐一萤石矿分选中的 作用[ J ] ．矿冶工程，1 9 9 0 ，1 0 2 4 0 - 4 1 ． [ 7 ] 孙晓华，赵玉卿．青海某萤石矿常温浮选试验研究[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 2 3 6 3 9 ． [ 8 ] 李纪，李晓东，黄伟生．钨尾矿浮选回收萤石预处理试 验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 5 2 8 3 0 ． 万方数据