黑钨矿、白钨矿与含钙矿物异步浮选分离研究.pdf
第3 2 卷第4 期 2 0 1 2 辱0 8 月 矿冶工程 M l N l N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G 矾E E R 州G V o l3 2 №4 A u g u s t2 0 1 2 黑钨矿、白钨矿与含钙矿物异步浮选分离研究① 于洋1 ,孙传尧2 ,卢烁十2 。祁宗1 北京科技大学土木与环境T 程学院,北京1 0 0 0 8 3 ;2 北京矿冶研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京1 0 0 0 4 4 摘要通过单矿物浮选发人_ L 混合矿浮选试验,研究了黑钨矿、白钨矿与含钙矿物异步浮选分离。采用X P S 及A A S 测试手段并 结合晶体化学与溶液化学分析,初步探讨了异步浮选的作用机理。结果表明,苯甲羟塌酸是黑钨矿、白钨矿与其它含钙矿物分离的 选择性捕收剂,矿物町浮性顺序为黑钨矿 白钨矿 其它含钙矿物。柠檬酸可作为黑钨矿优先浮选的选择性调整剂,其选择性抑 制作用在于柠檬酸在黑钨矿表面吸附并不牢固,难以阻碍苯甲羟肟酸在其表面吸附;柠檬酸能选择性络合白钨矿与其它含钙矿物 表面c a 2 离子,导敛矿物表面与捕收剂作用的活性质点减少,使矿物浮游受到抑制。 关键词浮选;黑钨矿;向钨矿;含钙矿物;可浮性;异步浮选 中国分类号T D 9 1文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 4 0 0 3 1 0 6 A s y n c h r o n o u sF l o t a t i o nf o rW o l f r a m i t e ,S c h e e l i t ea n d o t h e rC a l c i u m .c o n t a i n i n gM i n e r a l s Y UY a n g 。,S U NC h u a n - y a 0 2 ,L US h u o s h i 2 ,Q IZ o n 9 1. 1 .S c h o o lo fC i v i la n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ,B e i j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,B e i j i n g1 0 0 0 8 3 , C h i n a ;2 .S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n go fC h i n a ,B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n d M e t a l l u r g y ,B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ,C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ef l o t a t i o nt e s t sf o rs i n g l em i n e r a la n dm .t i f i c i a Ic o m p o s i t eo r e s ,t h ee f f e c t i v es e p a r a t i o no f w o l f r a m i t e .s c h e e l i t ea n do t h e rc a l c i u m c o n t a i n i n gm i n e r a l sb ya s y n c h r o n o u sf l o t a t i o nw a ss t u d i e d .T h ef u n c t i o nm e c h a - n i s mw a sd i s c u s s e db yX P S ,A A S ,c r y s t a lc h e m i s t r ya n ds o l u t i o nc h e m i s t r ya n a l y s i s .T h er e s u l t ss h o wt h a t ,b e n z o h y d r o x a m i ca c i d B H A i sas e l e c t i v e c o l l e c t o rf o r t h em i n e r a l si nt h ef o l l o w i n gf l o a t a b i l i t y s e q u e n c e w o l f r a m i t e s c h e e l i t e o t h e rc a l c i u m c o n t a i n i n gm i n e r a l s .C i t r a t ea c i dc a nb eu s e da sas e l e c t i v er e g u l a t o rf o rw o l f r a m i t ep r e f e r e n t i a l f l o t a t i o nd u et oi t ss e l e c t i v ed e p r e s s i o nC i t r a t ea c i dc a nn o tb ef i r m l ya d s o r b e do nt h es u r f a c eo fw o f f r a m i t e ,r e s u l t i n gi n t h ea d s o r p t i o no fB H Ao ni t ss u r f a c e .M e a n w h i l e .c i t r a t ea c i dc a nc o o r d i n a t es e l e c t i v e l yw i t l lc a l c i u mi o n so ns e h e e l i t e a n do t h e rc a l c i u m c o n t a i n i n gm i n e r a l s ,r e s u l t i n gi nt h e d e c r e a s e d ,t h u st h ef l o a t a b i l i t yo ft h e s em i n e r a l sd e p r e s s e d K e yw o r d s f l o t a t i o n ;w d f r a m .i t e ;s c h e d i t e ;c a l c i u m c o n t a i n i n gm i n e r a l s ;f l o a t a b i l i t y ;a s y n c h r o n o u sf l o t a t i o n 我国钨矿资源丰富,富矿少,贫矿多,占钨资源储 量2 /3 的白钨矿大部分是共生、伴生矿,尤其是黑白钨 混合型矿产综合利用水平低,资源浪费严重⋯。。近年 来,我国在这类难选矿石选矿技术卜有了新的突破。 例如,针对柿竹园多金属矿床的黑白钨混合矿石,成功 研制出一种新的选矿工艺柿竹园法,其核心技术 是主干全浮流程,等可浮分离钼铋硫化矿物,以鳌合捕 收剂为主混合浮选黑、白钨矿,钨粗精矿加温精选,合 理回收钨细泥,综合回收萤石,钨总回收率达到 7 6 .4 4 %。2 。白钨矿也是一种含钙矿物,白钨矿与含钙 矿物的浮选分离是世界的难题之一。以往都采用加温 或改进的彼得罗夫法在精选时分离白钨矿和含钙矿 物,但用加温法处理黑白钨混合精矿时,由于加入了大 量的水玻璃造成对后续黑钨矿浮选的强烈抑制,影响 r 黑钨矿的回收率。本文旨在调整黑钨矿和白钨矿及 含钙矿物可浮性及浮游速度的差异,不同步地回收黑 钨矿和白钨矿,为解决这类难处理钨矿的分选提供一 种新方法。 1 矿样、药剂及试验方法 白钨矿、黑钨矿、含钙矿物 萤石、方解石、石榴石 、 石英矿样均取自湖南柿竹园有色金属矿。矿物经物理 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 5 1 4 基金项目国家自然科学基金资助项口 5 0 9 0 4 0 0 8 作者简介于洋 1 9 8 2 一 ,男,河北唐山人,博f 研究生,主要研究方向为矿物加工。 万方数据 矿冶工程第3 2 等 方法提纯、瓷磨后,经去离子水多次清洗,矿样粒度 一0 .0 7 4 0 .0 3 8m m 。提纯后白钨矿纯度9 4 .7 l %,黑 钨矿纯度9 5 .4 9 %,萤石纯度9 5 .2 3 %,方解石纯度 9 9 ,7 3 %,石英纯度9 8 .3 8 %,石榴石纯度大于9 4 % 显 微镜鉴定 。 所用药剂羧甲基纤维素钠 C M C 为化学纯试剂, 其它药剂均为分析纯化学试剂。苯甲羟肟酸配置过程 中加入了lm L1 %o 的N a O H 。矿物浮选在x F e 一7 6 型 挂槽浮选机中进行,转速18 5 0r /r a i n 。单矿物可浮性 试验每次称取矿样1g ,在2 0m L 浮选槽中进行,浮选 3r a i n ;单矿物浮选动力学试验每次取矿样2g ,在3 0 m L 浮选槽中进行,分批刮泡,累计浮选5r a i n ;人工混 合矿浮选试验每次称取矿样1 0g ,在1 0 0m L 浮选槽中 进行。矿样加适量去离子水,按调整剂、活化剂、捕收 剂和起泡剂的顺序加药,测定浮选前矿浆p H 值,浮选 产品分别烘干、称重,计算回收率。 采用原子吸收光谱法 A A S 对药剂作用后溶液中 的金属离子浓度进行检测,求得矿物表面阳离子溶出 量。表面元素X P S 测试采用T h e r m oS c i e n t i f i cK A l p h a 型光电子能谱仪。 2 浮选试验结果 2 .1 单矿物可浮性试验 图1 是不同p H 值条件下苯甲羟肟酸对矿物浮选 的结果。苯甲羟肟酸对黑钨矿和自钨矿有很好的捕收 作用,白钨矿的浮选最佳p H 值为7 9 ,黑钨矿浮选最 佳p H 值为7 ~l o ,浮选最高回收率分别达9 1 .6 %和 9 1 .9 %。苯甲羟肟酸对萤石有一定的捕收能力 最高 回收率4 7 .6 % ,而对其它3 种矿物基本上不具有捕 收性,表现出良好的选择性。图2 是不同p H 值条件 下水玻璃对矿物浮选的结果。p H 值为6 8 时,水玻 璃对矿物可浮性影响不大,p H 值大于9 后对矿物有明 显的抑制作用。 p i t 值 圈1不同p H 值下苯甲羟肟酸对矿物可浮性的影响 苯甲羟肟酸6 0r 哕L ,松油醇2 5 0m g /L p H 值 图2 不同p H 值下水玻璃对矿物可浮性的影响 苯甲羟肟酸6 0m g /L ,水玻璃3 0m g /I .,松油醇2 5 0m g /L 羧甲基纤维素对矿物的抑制作用随p H 值的变化 见图3 。在一定p H 值范围内,羧甲基纤维素可选择性 地抑制其它含钙矿物而不抑制黑钨矿及白钨矿,最佳 浮选p H 值为8 ~9 。不同p H 值下柠檬酸对矿物浮选 的结果见图4 。柠檬酸在试验p H 值范围内对萤石有 很好的抑制作用,p H 值大于9 后j 对白钨矿抑制作用 明显,而对黑钨矿无抑制作用。因此,柠檬酸可作为黑 钨矿与其它矿物分离的选择性调整剂,最佳分离p H 值为95 1 0 ,黑钨矿最高浮选回收率8 96 %。 p H 信 图3 不同p H 值下羧甲基纤维素对矿物可浮性的影响 苯甲羟肟酸6 0m g /L ,羧甲基纤维素1m g /L ,松油醇2 5 0m g /I 。 图4 不同p H 值下柠檬酸对矿物可浮性的影响 苯甲羟肟酸6 0u z ∥L ,柠檬鲢2m ∥L 凇油醇2 5 0m 昏,I 一 矿物可浮性试验表明,苯甲羟肟酸可作为黑钨矿、 万方数据 第4 期于洋等黑钨矿、白钨矿与含钙矿扬异步浮选分离研究 白钨矿_ 与其它含钙矿物分离的选择性捕收剂。在一定 p H 值条件下,水玻璃对矿物可浮性影响不大,羧甲基 纤维素可作为其它含钙矿物的选择性抑制剂,柠檬酸 可作为黑钨矿与白钨矿及其它含钙矿物分离的选择性 调整剂。 2 .2 单矿物浮选动力学试验 苯甲羟肟酸6 0m ∥L ,p H 9 ,5 ,松油醇1 6 7m g /L 时,不同柠檬酸用量条件下,矿物可浮性随浮选时间的 变化关系见图5 ~7 。图8 为黑钨矿可浮性与白钨矿 可浮性之比随浮选时间的变化。 从图5 ~8 可以看出,柠檬酸的加入对黑钨矿可浮 性影响不大,能使其浮游速度略有降低,继续加大柠檬 酸用量,浮游速度及可浮性基本保持不变。白钨矿与 萤石的可浮性及浮游速度随柠檬酸用量的增加逐渐降 掌 、 瓣 掣 目 誉 \ * 掣 回 浮选时间/m i n 图5白钨矿可浮性与浮选时间的关系 浮选时间/l n i I . 图6 黑钨矿可浮性与浮选时闻的关系 o .o 札5 】.p1 .52 .02 .5 置O ,.S4 04 .S5 .05 , 5 浮选时间/n a n 图7 萤石可浮性与浮选时间的关系 乎 \ _ 旰 垂 凰 浮选时间/m I l I 图8 黑、白钨矿可浮性之比与浮选时间的关系 低。黑钨矿可浮性与白钨矿可浮性之比随浮选时问先 增大后减小,并且随柠檬酸用量增加而增加。因此,以 苯甲羟肟酸为捕收剂,在适当的浮选条件下,柠檬酸不 仅能扩大黑钨矿与其它矿物可浮性之间的差异,而且 能扩大其浮游速度之间的差异。 2 .3 人工混台矿浮选分离 由单矿物的浮选试验可知,柠檬酸可作为黑钨矿 优先浮选的选择性调整剂,而白钨矿与其它含钙矿物 的分离则可用典型的柿竹园法工艺硝酸铅活化钨 矿物,水玻璃和羧甲基纤维素钠 C N C 联合使用抑制 脉石矿物”1 。人工混合样 1 0g 组成为白钨矿黑钨 矿萤石方解石石榴石石英 1 .5 15 17 5 1 .7 5 1 .7 5 1 .7 5 ,矿样含W O 、约2 2 .4 %,试验流程如图9 所 示,试验条件及结果见表1 。 精 精矿2尾矿 图9 人工混合矿浮选流程 采用相对回收率㈠作为第一步黑白钨分离效果 的判据,用分离效率』表示。黑钨矿上浮率以矿物中 M n 元素走向推测 雁 , 万方数据 3 4 矿冶工程第3 2 卷 式中8 为回收率,其中,下标1 表示黑钨矿,下标2 表 示白钨矿;下标I 表示精矿,Ⅱ表示尾矿。 由试验结果可以看出,对黑钨矿优先浮选,随着柠 檬酸用量的增加分离效率,先增大后减小,经一次选 别可使黑钨矿上浮8 4 .7 4 %,白钨矿上浮4 0 .9 1 %,在 一定程度上实现了黑钨矿优先浮选。对于人工混合样 含W O ,2 2 .4 % ,经黑白钨异步浮选两次选别,可得 到精矿1 含W O ,7 1 .2 4 %、回收率6 2 .3 4 %,精矿2 含 W O ,5 2 .5 1 %、回收率3 3 .8 l %,总钨回收率9 6 .1 5 %的 较好分选指标。 本文的目的是调整黑钨矿和白钨矿及含钙矿物可 浮性及浮游速度的差异,不同步地回收黑钨矿和白钨 矿。从以上混合矿分离结果看,有分离趋势,但分离效 果有待优化提高。因此,对精矿1 和精矿2 后续处理 可采用磁选的方法,精矿1 与精矿2 分别经脉动高梯 度强磁选机处理、合并后产出单独的黑钨精矿和白钨 精矿。此异步流程特点在于,采用高效的捕收剂和调 整剂,以浮选打头的方式对混合矿分流分速处理,按矿 物可浮性和浮游速度差异,第一步使绝大部分浮游性 较好的黑钨矿和少部分白钨矿上浮,第二步使少部分 浮游性较差的黑钨矿和大部分白钨矿上浮,而后混合 精矿经强磁处理得到黑钨精矿和白钨精矿。此工艺与 黑白钨混合浮选工艺相比,确保了黑钨矿和白钨矿不 同步地在各自适宜的条件下最大限度的回收,有利于 提高黑钨矿的回收率。‘ 3 作用机理探讨 3 .1 捕收剂的选择性 3 .1 .1 螯合物稳定性对矿物浮选的影响晶体结构 是矿物表面解离及化学键断裂的重要原因,继而又造 成矿物表面特性的差异。黑钨矿、白钨矿属于钨酸盐 矿物,矿物晶体结构中c a “、F e “、M n “与O 。间靠离 子键连接,w ”与0 2 一问靠共价键连接,矿物解理时主 要沿c a O 、F e O 、M n 一0 键断裂,w O 键不易断 裂,表面暴露出c a “、F e 2 及M n “。有研究表明苯甲 羟肟酸能与白钨矿表面的C a “,黑钨矿表面的M n “、 F e 2 发生化学吸附生成O ,O 五元环螯合物”“1 。 根据络合物化学,金属离子的性质影响它与配位 体原子之间的键的类型,随着M e ”电荷的增大,配位 强度增强,随离子半径增大,配位强度降低。通常过渡 金属离子形成络合物的稳定性比主族金属更强”“一。 M n “、F e “属于过渡金属离子,c a 属于主族金属离 子,所以苯甲羟肟酸易于与表面含有M n “、F e 2 离子 的黑钨矿作用,形成的螯合物更为稳定。与白钨矿及 其它含钙矿物相比,黑钨矿可浮性好,浮游快。 3 .1 .2 矿物离子性对矿物浮选的影响有许多研究 表明计算矿物的离子键成分对于评价矿物可浮性具有 一定的意义”“⋯。根据晶体化学,一般采用鲍林公式 计算化合物的离子键成分百分数 妒 1 一e x p [ 一 盖 一X 口 。/4 ] 2 式中妒为化合物的离子键成分百分数;x 。,盖。分别为 化合物中正负离子的电负性。 对于W O 。2 。和C O 、。这样的阴离子基团,它的总 电负性可根据阴离子中的氧和相应金属的电负性的算 术平均值或等差中项计算”“。计算结果表明,C O ,2 一 电负性3 .0 ,W O 。。电负性为2 .7 5 。代入式 2 可计算 出金属阳离子与阴离子基团的离子性钨铁矿p 1 9 .0 7 %,钨锰矿妒 3 0 .2 3 %,白钨矿妒 5 3 .5 0 %,方 解石驴 6 3 .2 1 %,萤石妒 8 9 .1 4 %。 离子键成分百分数可以表征矿物表面与高极化的 万方数据 第4 期于洋等黑钨矿白钨矿与含钙矿物异步浮选分离研究 水分子作用的活性。矿物的离子性越高,矿物表面与 水作用的活性就越高,矿物表面就越亲水。此外,离子 键成分百分数与矿物溶解度密切相关,矿物离子键成 分百分数越低,溶解度就越小 白钨矿 1 .7 4 ~3 ,5 1 0 m o l /L ,萤石2 .0 1 0 一m o l /L ,方解石1 .3x 1 0 “ m o l /L 。1 2 ] ,金属离子在矿物表面的稳定性就越高,与 捕收剂作用后的金属阳离子不易转入液相。因此,以 苯甲羟肟酸为捕收荆时,黑钨矿可浮性最好,自钨矿的 可浮性也要好于其它含钙矿物。 3 .2 调整剂的选择性 3 .2 ,1 柠檬酸在溶液中的化学平衡柠檬酸属于短 碳链有机羧酸抑制剂,容易与金属离子络合形成溶于 水的螫合物”j 。根据溶液化学柠檬酸 H ,L ,L 代表 C , s H 。0 ,” 在溶液存在下列平衡1 1 “ H L “一H L 2 一K 1 0 6 4 3 H H L 2 一H L 硝 1 0 47 6 4 H l q 2 L 一一H 3 L 联 1 0 ’” 5 其中霹、K ‘、斛为加质子反应常数。根据式 3 ~ 5 可绘制出柠檬酸各组分分布随p H 的变化关系,见 图1 0 。p H 7 后L 3 一为优势组分,在浮选分离p H 条 件下 p H 9 .5 左右 .对矿物起到选择性抑制的活性 组分为L 1 。 p H 值 图l o 柠檬酸各组分分布随p H 值的变化关系 3 .22 柠檬酸对矿物表面金属离子的溶出称取】g 矿样,加入到挂槽浮选机中,加入2 0m L 蒸馏水,用 N a O H 调整溶液p H 值,再加柠檬酸,搅拌1 0r a i n ;将调 好的矿浆静置沉淀,取上层清液,采用原子吸收光谱法 A A S 对溶液中的金属浓度进行检测。 图1 1 为初始p H ;1 0 时,柠檬酸用量对矿物表面 金属离子溶出的影响。随着柠檬酸浓度的增大,黑钨 矿表面F e “ M n “溶出量基本不变,白钨矿表面 C a 2 溶出量缓慢增加,而含钙脉石矿物表面C a 2 溶出 量变化显著,说明黑钨矿表面的金属阳离子更稳定,不 容易被柠檬酸络合形成溶于水的螯合物转入液相。 柠檬酸用量/ r a g .I ,一 图11柠檬酸用量对矿物表面金属离子溶出的影响 3 .2 .3 柠檬酸作用后矿物表面X P S 分析初始p H 1 0 时, J n /k 柠檬酸 8 0m g /L 搅拌1 0r a i n 后的矿 样,用去离子水清洗2 次,低温干燥后进行x 射线光 电子能谱检测,结果见表2 。 表2 矿物表面X P 测试结果 柠檬酸处理后与处理前的矿物表面元素相比,各 元素的电子结合能并没有发生明显偏移 小于0 .2e V 在系统误差范围内 ,说明矿物表面元素的化学环境 并没有改变,柠檬酸在矿物表面的吸附并不牢固。除 黑钨矿表面阳离子相对含量并没有减少外,白钨矿与 其它含钙矿物表面c a “离子相对含量均有不同程度 的减少 白钨矿表面c a “含量由1 49 8 %减少到 1 3 .5 3 %,相对变化率96 8 %;萤石表面c a “离子相对 含量由3 51 0 %减少到3 3 .8 9 %,相对变化率3 .4 5 %; 方解石表面c a “离子相对含量由1 9 .0 1 %减少到 1 6 .7 8 %,相对变化率1 l ,7 3 % ,这与柠檬酸对矿物表 面金属离子的溶出试验结果有一定的对应性。 通过上述分析,以苯甲羟肟酸作捕收剂,柠檬酸能 扩大黑钨矿与其它矿物之间可浮性和浮游速度差异的 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 原因可能是一方面,柠檬酸以较弱的作用吸附在黑钨 矿表面 这种吸附并不牢固 ,当浮选体系里加入与黑 钨矿表面结合力更强的苯甲羟肟酸后,柠檬酸难以阻 碍后者的作用,即使是已吸附柠檬酸的部位仍然会被 捕收剂解吸。因此黑钨矿的可浮性和浮游速度受柠檬 酸影响较小;另一方面,柠檬酸能选择性络合白钨矿及 其它含钙矿物表面C a “离子,使c a ”离子掩蔽于液相 之中,导致矿物表面与捕收剂作用的活性质点减少,使 矿物浮游受到抑制。 4 结论 1 螯合捕收剂苯甲羟膀酸对黑钨矿和白钨矿有 很好的捕收作用,白钨矿的浮选最佳p H 值为7 ~9 ,黑 钨矿浮选最佳p H 值为7 ~1 0 ,浮选最高回收率分别达 9 1 .6 %和9 1 .9 %。苯甲羟肟酸对萤石有一定的捕收 能力,浮选最高回收率4 7 .6 %,而对其它3 种矿物基 本上不具有捕收性,表现出良好的选择性。 2 柠檬酸可作为黑钨矿与白钨矿及其它含钙矿 物分离的选择性调整剂。柠檬酸的加入对黑钨矿可浮 性影响不大,能使其浮游速度略有降低,而白钨矿与萤 石的可浮性及浮游速度随柠檬酸用量的增加逐渐降 低。在适当的浮选条件下,柠檬酸不仅能扩大黑钨矿 与其它矿物可浮性之间的差异,而且能扩大其浮游速 度之间的差异。 3 对于人工混合样 含W O ,2 2 .4 % ,经黑钨矿、 白钨矿异步浮选两次选别,可得到精矿1 ,黑钨矿匕浮 8 4 .7 4 %,白钨矿上浮4 09 l %,含w 0 ,7 1 .2 4 %,回收 率6 23 4 %;精矿2 含W O ,5 2 .5 1 %,回收率3 3 .8 1 %, 总钨回收率9 61 5 %的较好分选指标,对后续黑白混 合精矿的处理可采用强磁选的方法,分别得到黑钨精 矿和白钨精矿。此工艺与黑白钨混合浮选工艺相比, 确保了黑钨矿和白钨矿不同步地在各自适宜的条件下 最大限度的回收。 4 从羟肟酸螯合物稳定性及矿物离子性方面考 虑,矿物可浮性顺序为黑钨矿 自钨矿 其它含钙矿 物。柠檬酸对矿物选择性抑制作用在于柠檬酸在黑 钨矿表面吸附并不牢固,难以阻碍苯甲羟肟酸在其表 面吸附;柠檬酸能选择性络合白钨矿与其它含钙矿物 表面c a “离子。导致矿物表面与捕收剂作用的活性质 点减少,使矿物浮游受到抑制。 参考文献 [ 1 】李俊萌中国钨矿资源浅析[ J ] 中国钨业,2 0 0 9 ,2 4 6 9 一 1 3 . 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