起泡剂对硫化矿浮选的影响.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 3 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N D Ⅳ【E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 3 №4 A u g u s t2 0 1 3 起泡剂对硫化矿浮选的影响① 谷艳玲，冯其明，欧乐明 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究了起泡剂M I B C 、B K 2 0 1 、松醇油及2 - 乙基己醇对石英及黄铁矿单矿物浮选行为的影响，并进行了实际矿石浮选试验。 单矿物试验结果表明石英通过泡沫夹带进入浮选精矿，而黄铁矿通过疏水上浮和泡沫夹带的双重作用进入浮选精矿。不同起泡 剂作用下，精矿中泡沫水回收率越高，石英和黄铁矿的浮选回收率越高，不同起泡剂对石英和黄铁矿具有不同的夹带效果，使石英 和黄铁矿浮选回收率最高的起泡剂分别为B K 2 0 1 和M I B C 。实际矿石浮选试验表明浮选产率、精矿品位及回收率与泡沫水回收率 密切相关，泡沫水回收率增大，精矿产率增大，而品位降低。选择合适的起泡剂能够增加硫化矿物的回收率兼降低石英的回收率， 获得较好的浮选分离效果。 关键词起泡剂；硫化矿；浮选；水回收率 中图分类号T D 9 2 3文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 1 2 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 4 0 0 5 2 0 4 E 胁c to fF r o t h e r so nS u l f i d eF l o t a t i o n G UY a n l i n g ，F e n gQ i - m i n g ，O UL e m i n g S c h o o lo f l l 以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 a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t E f f e c to ff o u rf r o t h e r s ，i n c l u d i n gM I B C ，B K 2 0 1 ，t e r p e n i co i la n d2 - E t h y l h e x a n o l ，o nt h ef l o t a t i o nb e h a v i o ro f q u a r t za n dp y r i t ew a si n v e s t i g a t e da n do r ef l o t a t i o nt e s t sw e r ec a r r i e do u t ．R e s u l t so fs i n g l em i n e r a lt e s t ss h o wt h a t ， q u a r t zi sf l o a t e di n t oc o n c e n t r a t e st h r o u g hf r o t he n t r a i n m e n t ，w h i l ep y r i t ei sa l s op u l l e di n t of l o t a t i o nc o n c e n t r a t e su n d e r t h ed u a la c t i o no fh y d r o p h o b i cf l o a t i n ga n df r o t he n t r a i n m e n t ．I nt h ep r e s e n c eo fd i f f e r e n tf r o t h e r s ，t h eh i g h e rt h ew a t e r r e c o v e r yi nc o n c e n t r a t e ，t h eh i g h e rt h er e c o v e r yo fq u a r t za n dp y r i t e ．D i f f e r e n tf r o t h e re x e r t sd i f f e r e n te n t r a i n m e n te f f e c t o nq u a r t za n dp y r i t e ，a m o n gw h i c hB K 2 0 1a n dM I B Cl e a dt ot h eh i g h e s tr e c o v e r yo fq u a r t za n dp y r i t e ．O r ef l o t a t i o nt e s t s s h o wt h a t ，t h e r ee x i s t sac l o s er e l a t i o n s h i pa m o n gy i e l d ，g r a d ea n dr e c o v e r yo fc o n c e n t r a t ea n dw a t e rr e c o v e r y ．H i g h e r w a t e rr e c o v e r yg i v e sr i s et oa ni n c r e a s ei nc o n c e n t r a t ey i e l dy e tad e c l i n ei ng r a d e ．B yc h o o s i n gas u i t a b l ef r o t h e r ，a s a t i s f y i n gf l o t a t i o ns e p a r a t i o nc a nb ee x p e c t e da st h er e c o v e r yo fs u l f i d eo r ec a nb ei n c r e a s e dw h i l et h eq u a r t zr e c o v e r y c a l lb er e d u c e d ． K e yw o r d s f r o t h e r ；s u l f i d eo r e ；f l o t a t i o n ；w a t e rr e c o v e r y 泡沫浮选是利用泡沫使有用矿物富集的过程，因 此泡沫在矿物浮选中起着重要作用。泡沫的稳定性、 泡沫层厚度、泡沫结构、气泡大小与数量等物理和物理 化学性质均能影响矿物的浮选行为⋯。而起泡剂在 矿物浮选中不仅能影响泡沫的上述性质，在搅动的矿 浆中气泡与颗粒碰撞的短暂接触时间内，能促进气泡 和疏水性矿粒之间的附着，在泡沫层中能促使粘附在 气泡上的疏水性矿粒和亲水性矿粒分离，实现有用矿 物的“二次富集”【2J 。因此，起泡剂性能的优劣直接影 响浮选指标，最终影响资源利用率和企业的经济效益。 然而，长期以来，人们比较关注的是捕收剂，对起泡剂 的选择常常采用“因地制宜，就地取材”的原则，如我 国多用松油，澳大利亚多用桉树油，日本多用樟脑 油∞J 。这些天然起泡剂都是以消耗宝贵的森林资源 为代价获取的，所以发达国家均不提倡使用。随着基 本有机合成技术、工艺、方法和设备的迅速发展，人工 合成起泡剂得到了广泛应用。 对于起泡剂的研究通常包括起泡能力、泡沫稳定 性、泡沫大小、泡沫粘度、弹性及抗张强度。4J ，本文从 泡沫水回收率出发，研究了4 种起泡剂对硫化矿浮选 的影响。本文中的泡沫水回收率是指随矿化泡沫进入 浮选精矿中的水的回收率口- 。 ①收稿日期2 0 1 3 - 0 3 1 4 基金项目国家重点基础研究发展计划资助项目 2 0 0 7 C B 6 1 3 6 0 2 作者简介谷艳玲 1 9 8 7 一 ，女，云南昆明人，硕士研究生，主要研究方向为硫化矿浮选理论及工艺。 万方数据 第4 期 谷艳玲等起泡剂对硫化矿浮选的影响 1 实验 1 ．1 试剂与矿样 试验所用的4 种起泡剂 见表1 均来自株洲选矿 药剂厂。 表1 试验所用的起泡剂 单矿物试验所用的石英纯矿物取自长沙粉石场， 块矿经人工敲碎，手工挑选纯的石英矿物，再用破碎机 破碎，经瓷球磨磨细至一0 ．0 3 7m m 进行浮选试验。黄 铁矿矿样取自广东云浮，锤碎后手选除杂，经过瓷球磨 磨矿、干式筛分，得到一0 ．0 7 5 0 ．0 3 7m m 粒级试样进 行浮选试验。 实际矿石取自内蒙古满洲里，实际矿石多元素化 学成分分析结果见表2 ，矿石中主要矿物含量见表3 。 表2 实际矿石主要化学成分 质量分数 ／％ 表3 实际矿石中主要矿物含量 质量分数 ／％ 黄铜矿辉铜矿黄铁矿毒砂褐铁矿石英、长石绢云母其他 1 ．0 61 ．8 73 ．0 20 ．1 51 ．2 55 2 ．63 1 ．4 8 ．6 1 ．2 实验方法 单矿物浮选试验在容积为4 0m L 的X F G 挂槽浮 选机上进行，每次试验取2g 矿样所有试验均在自然 p H 值下进行。先进行石英浮选试验，矿浆中起泡剂的 浓度分别为0 ．1 ，0 ．1 5 ，0 ．2 ，0 ．2 5 ，0 ．3g ／L ，加人起泡 剂后调浆1m i n ，然后浮选3r a i n ，刮出的精矿收集到一 个预先称过质量的烧杯中。在每次试验前，对装满水 的洗瓶称重，用该洗瓶中的水作为浮选过程中的补加 水。每次试验结束后，再次对洗瓶称重以确定浮选过 程中的总水量。精矿和尾矿在8 0 ℃下烘干后计算石 英回收率及水回收率。 黄铁矿浮选试验步骤与石英浮选一致，但矿浆起 泡剂浓度分别为1 0 ，3 0 ，5 0 ，7 0m g ／L 。精矿和尾矿在 8 0 ℃下烘干后计算黄铁矿回收率及水回收率。 硫化铜矿石浮选试验在1 ．5LX F D 挂槽式浮选机 中进行，试验流程见图1 。所有试验均在相同条件下 进行，即试验开始时矿浆p H 7 ．8 ，浮选机叶轮转速 17 0 0r ／m i n ，充气速率2I M m i n 。按照单矿物试验方法 测量粗选水回收率。 用量g ／t ％ 精矿 尾矿 图1硫化铜矿石浮选试验流程 2 结果与讨论 2 ．1 石英浮选试验 图2 和图3 分别为石英及水回收率与起泡剂浓度 的关系。 起泡剂浓度／ g L 1 图2 石英回收率与起泡剂浓度关系 起泡剂浓度／ g L _ 1 图3 石英浮选水回收率与起泡剂浓度关系 由图可知，石英回收率与泡沫水回收率密切相关。 起泡剂浓度增大，精矿中的水回收率增大，石英的机械 夹带量也随之增加。这是由于随着起泡剂浓度增加， 生成气泡的直径会越来越小，而且气泡大小会变得很 均匀，这样气泡之间不会由于存在压力差而发生聚并， 小气泡会更加紧密的堆积在一起，阻碍泡沫中的液体 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 流失，这样泡沫就会带上来更多水，使精矿中的水回收 率增加1 ；另一方面，起泡剂浓度增加，就有更多起泡 剂分子吸附在气一液界面上，增强了泡沫液膜的水化作 用，使液膜厚度增加，泡沫稳定性变好，因此精矿中的 水回收率增大怕1 。此外，起泡剂浓度增加，使得生成 的气泡体积减小，大小均匀，液膜厚度增加，排液速度 减慢，这些都有利于气泡的稳定J ，因夹带而上浮的 石英量也随之增多，因此石英的回收率随起泡剂浓度 及精矿中水的回收率增大而增大。 在多种矿石的浮选中，亲水性细粒矿物会随泡沫 中的水被夹带到精矿产品中，而且不同性质的起泡剂 对细粒矿物的夹带程度不同旧J 。如图2 所示，松醇油 对石英的夹带比2 一乙基己醇严重。2 ．乙基己醇由于支 链的位阻效应一J ，使得它在气一液界面上不能像正辛醇 那样紧密排列，不能形成双吸附层，造成泡沫液膜强度 降低，泡沫稳定性下降，泡沫水回收率低，石英的夹带 较少；而松醇油的有效成分是萜烯醇，萜烯醇的苯环周 围的4 个碳原子的分布不同，导致其极性增强，另外， 这几个碳原子是s p 3 杂化，使分子的柔韧性增大，这样 非极性基相互之间存在适当的吸引力以及活动空间， 可以在气- 液界面形成紧密的双吸附层，使泡沫稳定， 石英的夹带较多。 2 ．2 黄铁矿浮选试验 图4 和图5 分别为黄铁矿及水回收率与起泡剂浓 度的关系。 琴 ＼ 褂 掣 回 k 举 轴 享 ＼ 祷 擎 回 苗 起泡剂浓度／ r a g L - 1 图4 黄铁矿回收率与起泡剂浓度关系 起泡剂浓度／ r a g L 1 图5 黄铁矿浮选水回收率与起泡剂浓度关系 由图可知，黄铁矿回收率与泡沫水回收率之间也 存在一定关联，水回收率高的起泡剂，黄铁矿的回收率 也较高。而且随着起泡剂浓度增大，黄铁矿回收率及 精矿中的水回收率都随之增大，但增加的幅度没有石 英浮选大。 要使黄铁矿回收率增大，必须使矿浆中的黄铁矿 颗粒与气泡的碰撞概率增大。大量的浮选理论研究表 明引，矿粒和气泡的碰撞概率P ，与矿粒和气泡的直 径比相关。其表达式为 P 。O C D p ／D 6 “ 式中D 。为矿粒直径；D 。为气泡直径；n 在多数情况下 为2 。由此可知，当矿粒直径一定时，碰撞概率P 。随 气泡直径的减少成二次幂提高。因此起泡剂浓度增 大，产生的气泡直径减小，矿浆中颗粒与气泡的碰撞概 率增大，黄铁矿的回收率提高。此外，由于起泡剂浓度 增大而使泡沫稳定性增强也有利于提高黄铁矿的回 收率。 比较图4 5 与图2 3 可知，对石英浮选，精矿中 水回收率由高到低依次为B K 2 0 1 ，松醇油，M I B C ，2 一乙 基己醇；而黄铁矿浮选时，精矿中水回收率由高到低依 次为M I B C ，B K 2 0 1 ，松醇油，2 - 乙基己醇。由此可见， 除起泡剂自身结构及物理化学性质外，矿物性质也会 影响精矿中的水回收率，这与文献报道的研究结果是 吻合的1 。 2 ．3 硫化铜矿石浮选试验 硫化铜矿石浮选水回收率与产率的关系见图6 。 由图可知，水回收率高的起泡剂，上浮矿物多，浮选产率 高，这与纯矿物试验结果相一致，说明水回收率与浮选 产率直接相关。由于原矿中的脉石矿物主要是石英、长 石、绢云母等含硅矿物，故测定浮选产物中S i 品位和回 收率表征脉石夹带的程度。精矿C u 及S i 品位与回收 率的关系分别见图7 和图8 。由图可知，使用不同起泡 剂时，精矿中s i 品位和回收率由高到低依次为松醇 油，B K 2 1 0 ，M I B C ，2 ．乙基己醇，而c u 品位由高到低的 起泡剂依次为2 ．乙基己醇，M I B C ，B K 2 1 0 ，松醇油。松 醇油由于对脉石矿物夹带较为严重，使得粗选产物中 S i 品位高，而C u 品位低，这与纯矿物试验结果相一 致。比较图6 与图7 可知，c u 回收率与水回收率之间 也有关系，水回收率高的起泡剂，c u 回收率通常也较 高。但硫化矿回收率除与水回收率相关之外，还与起 泡剂的选择性有关，M I B C 的水回收率虽然没有 B K 2 0 1 高，但M I B C 对脉石矿物无选择性夹带量比较 少，故而使用M I B C 时c u 回收率比使用B K 2 0 1 高。 碍∞酶∞牾∞鲻加弱加2 万方数据 第4 期谷艳玲等起泡剂对硫化矿浮选的影响 5 5 琴 ＼ 褥 擎 匿 蔷 琴 ＼ 坦 哇 ， U 起泡剂种类 图6 硫化铜矿浮选泡沫水回收率与产率的关系 摹 ＼ 褥 擎 国 U 起泡剂种类 图7 硫化铜矿浮选精矿C u 品位与回收率的关系 起泡剂种类 图8 硫化铜矿浮选精矿S i 品位与回收率的关系 摹 ＼ 姗 擎 叵 诱 上接第5 l 页 在此工艺条件下，矿物焙烧金属化率9 5 ．2 4 ％，得到的铁 精矿产品铁品位8 0 ．6 l ％，回收率8 8 ．5 8 ％。 参考文献 [ 1 ]封志敏，宁顺明，佘宗华．磁化还原焙烧工艺处理贫锰铁矿的研 究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 9 ，2 3 3 6 5 6 8 ． [ 2 ]张红新，李洪潮，张成强，等．某易泥化褐铁矿选矿试验研究[ J ] ． 3 结论 1 石英主要通过泡沫夹带进入浮选精矿，泡沫水 回收率越高，石英回收率也越高。不同起泡剂对石英的 夹带程度不一样，试验所用4 种起泡剂对石英的夹带量 由多到少依次为B K 2 0 1 ，松醇油，M I B C ，2 一乙基己醇。 2 黄铁矿的浮选回收率与泡沫水回收率之间也 存在正相关关系，4 种起泡剂使黄铁矿回收率由高到 低依次为M I B C ，B I C 2 0 1 ，松醇油，2 一乙基己醇。 3 实际矿石浮选试验表明，泡沫水回收率高，通过 夹带进入精矿的硫化矿和脉石均增多，导致精矿产率升 高，而品位降低，因此选择合适的起泡剂，在适宜的起泡 剂浓度下，能够提高硫化矿的回收率，同时降低亲水性细 粒脉石矿物的夹带程度，从而获得较好的分选效果。 参考文献 [ 1 ] 胡为柏．浮选[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 3 ． [ 2 ] J ．赖亚．泡沫浮选表面化学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 7 ． [ 3 ]郑伟．我国浮选起泡剂的研究进展[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ，2 0 0 4 i 3 7 4 0 ． [ 4 ] 张泾生，阙煊兰．矿用药剂[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 8 ． [ 5 ] S c h w a r sS ．T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf r o t hr e c o v e r ya n df r o t hs t r u c t u r e [ D ] ．A d e l a i d e I a nW a r kR e s e a r c hI n s t i t u t e ，2 0 0 4 ． [ 6 ] W i e s eJG ，H a r r i sPJ ，B r a d s h a wDJ ．T h ee f f e c to fi n c r e a s e df r o t h e r d o s a g eo nf r o t hs t a b i l i t ya th i g hd e p r e s s a n td o s a g e s [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 3 1 l a 1 0 1 0 1 0 1 7 ． [ 7 ] K e e h l e rSA ，H i l g e n f e l d tS ，W e e k sER ，e ta 1 ．F o a md r a i n a g eO i lt h e m i c r o s c a l e Ⅱ．I m a g i n gf l o wt h r o u g hs i n g l eP l a t e a uB o r d e r s [ J ] ． J o u m a lo fC o l l o i da n dI n t e r f a c eS c i e n c e ，2 0 0 4 ，2 7 6 2 4 3 9 4 4 9 ． [ 8 ] S a e e dF ．T h es i g n i f i c a n c eo ff r o t hs t a b i l i t yi nm i n e r a ln o t a t i o n A r e v i e w [ J ] ．A d v a n c e si nC o l l o i da n dI n t e r f a c eS c i e n c e 。2 0 11 ，1 6 6 1 a 1 7 ． [ 9 ]张柯，桂夏辉，丁起鹏，等．充气法测试起泡剂的起泡性能试验 研究[ J ] ．2 0 0 9 中国选矿技术高峰论坛暨设备展示会论文集， 2 0 0 9 1 1 2 1 1 7 ． [ 1 0 ] 代敬龙，谢广元，刘姗姗，等．浮选气泡尺寸影响因素分析[ J ] ． 选煤技术。2 0 0 9 5 7 8 ． [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 矿产保护与利用，2 0 1 l 3 1 9 2 1 ． 张小云，田学达，刘树根，等．铁锰多金属矿综合利用新工艺[ J ] ． 中国有色金属学报，2 0 0 5 ，1 5 4 6 5 0 6 5 3 ． 朱德庆，翟勇，潘建．煤基直接还原一磁选超微细贫赤铁矿新 工艺[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 0 8 ，3 9 6 1 1 3 2 一 1 1 3 8 ． 张汉泉，任亚峰，管俊芳．难选赤褐铁矿焙烧- 磁选试验研究[ J ] ． 中国矿业，2 0 0 6 ，1 5 5 4 4 4 8 ． 万方数据