高叶蜡石型低品位铝土矿浮选脱硅实验研究.pdf

中图分类号 U D C6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码 Q 5 3 三 高叶蜡石型低品位铝土矿浮选脱硅实验研究 S t u d yo n t h ef l o t a t i o nd e s i l i c a t i o no fl o w g r a d eb a u x i t eo r e w i t hh i 曲c o n t e n to f p y r o p h y l l i t e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 张倩 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 王毓华教授 论文答辩日期逸比主衅 答辩委员会主席 中南大学 二。一四年五月 万方数据 学位论文原创性声明 J I [ 1l l lJ J l l l ll l l l [ I I I I I I I H I I I [ I JI I I I I l U f Y 2 6 8 7 15 9 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名毯堵日期型逊L 年上月鱼日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它 手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名瑟缢 导师签名 日期迎f 丝年工二- 月笠日 万方数据 高叶蜡石型低品位铝土矿浮选脱硅实验研究 摘要本论文以河南小关高叶蜡石含量的铝土矿为研究对象，针对叶蜡 石难抑制、精矿品位难提高等问题，在原矿工艺矿物学研究基础上，通过 实验室浮选实验确定了合理的药剂制度和工艺流程。通过单矿物浮选实 验，并借助溶液化学和红外光谱分析等手段，讨论和分析了叶蜡石难抑制 及精矿品位难提高的原因。 工艺矿物学研究结果表明原矿中含铝矿物主要以一水硬铝石的形式 存在，叶蜡石是矿石中最主要的含硅脉石矿物，伊利石、高岭石和绿泥石 等粘土矿物为矿石中次要的含硅脉石矿物，一水硬铝石的嵌布粒度很细， 需细磨才能解离。 采用高碳酸钠用量方案，对A ／S 为3 ．3 9 的原矿，用工业油酸1 3 1 做捕 收剂，六偏磷酸钠做抑制剂，经过两粗三精两扫选浮选流程，闭路实验的 精矿～S 可达到5 ．3 3 ，A 1 2 0 3 回收率为8 5 ．5 6 ％。 单矿物浮选实验结果表明与硅酸钠和氟硅酸钠相比，六偏磷酸钠对 叶蜡石的抑制效果较好，但其用量不宜太高，太高也会使一水硬铝石的回 收率大幅度降低。工业油酸的碘值对铝土矿的分选具有一定的影响，相同 六偏磷酸钠用量条件下，工业油酸的碘值越高，对一水硬铝石和叶蜡石浮 选分离的选择性能越好。 动电位研究表明，碱性条件下一水硬铝石、叶蜡石、高岭石表面都带 负电。红外光谱分析表明，六偏磷酸钠以化学吸附的形式与矿物表面的 A l 结合。油酸使三种矿物表面的 6 0 ％ 、硅高 S i 0 2 在5 ％, - - ．1 5 ％之间 、A ／S 低， 铁低 F e 2 0 3 H 0 1 G 0 1 [ 4 9 1 。 针对脂肪伯、仲、叔胺、酰胺、醚胺、多胺及相应的胺盐类等捕收剂存在泡沫粘、 难消、量大、不易流动、后续产品难处理、无选择性、对矿泥敏感等问题，余新 阳等在实验室合成了新型阳离子捕收剂Q A S 2 2 ，这是一种有机硅阳离子季铵 盐，在碱性条件下仍能对铝土矿中含硅脉石矿物有很好的捕收作用；在p H 1 1 、 C Q A S 2 2 2 4 x 1 0 ‘4 m o l ／L 时，不同A ／S 的人工混合矿反浮选脱硅均可实现较好的浮选 效果1 5 U J 。除此之外，仍有很多种阳离子捕收剂被研制如中南大学化工院研究出 季铵盐Q A X 2 2 4 、Ge m i n i1 2 ．4 1 2 等，以及1 2 3 1 、1 6 3 1 等新型季铵盐型药剂也在 实验室阶段均取得了良好的捕收效果【5 1 ．5 3 1 。 能应用在实际工业中的优质捕收剂类别远小于实验室研究阶段所用的捕收剂 种类，日后将主要研究为正浮选寻求一种能高效捕收一水硬铝石的药剂，而对于 反浮选工艺，则会研究如何更好的预先脱泥，寻找到一种起泡少、泡沫好消、选 择性好的药剂。 9 万方数据 中南大学硕士论文1 文献综述 1 ．3 ．2 调整剂的研究 铝土矿中矿物表面性质差异小，导致浮选捕收剂的选择性比较差，为了增大 一水硬铝石与含铝硅酸盐矿物浮选差异，选择合适的抑制剂就显得尤为重要了。 铝土矿正浮选的关键在于矿浆体系的分散，通常要添加多种调整剂才能有效 浮选铝土矿。p H 调整剂通常使用的是碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙、硫酸和盐酸等。 铝土矿正浮选常用的抑制剂有小分子有机抑制剂及六偏磷酸盐、硅酸钠、腐 殖酸钠等。研究发现柠檬酸钠、草酸钠可抑制一水硬铝石，而水杨酸钠和乳酸 钠只抑制高岭石，四种调整均不抑制叶蜡石的浮选，因此对于叶蜡石含量高的铝 土矿这些小分子量的有机抑制剂都不能具有很好的抑制效果【5 4 J 。大量实验研究发 现硅酸钠、六偏磷酸钠、苛性淀粉等对脉石矿物有较好抑制作用。研究表明，六 偏磷酸钠能有效地抑制高岭石的浮选，六偏磷酸钠在矿浆中与油酸钠发生竞争吸 附，增大了一水硬铝石与高岭石的浮选差距，同时增大了矿物间的静电斥力，增 强矿物浮选的选择性【5 5 1 。四种经不同方式处理的硅酸钠对高岭石浮选的抑制效果 由强到弱的顺序为含铁硅酸钠 酸化硅酸钠 铁．硅酸钠 硅酸钠，这是因为经酸 化或铁化的硅酸盐的聚合度增加，在碱性条件下能迅速羟化吸水，使高岭石的亲 水性增强，从而加大两者之间的浮选差别【56 ‘。腐植酸胺能扩大一水硬铝石和含硅 矿物之间的可浮性差异，有效提高了浮选速度，并抑制了含硅、铁的杂质矿物， 因此也常用于铝土矿正浮选的抑制剂【5 7 。。 与正浮选相比，反浮选的p H 调整剂主要还是碳酸钠、苛性钠、硫酸和盐酸等， 抑制剂主要为硅酸钠、淀粉、糊精、单宁等；活化剂主要有N a F ，N a 2 S i F 6 等。 也有很多关于铝土矿反浮选脱硅抑制剂的研究，反浮选脱硅的抑制剂可以同 时抑制一水硬铝石和活化含铝硅酸盐矿物的浮选。阴离子淀粉低用量时活化含铝 硅酸盐矿物，抑制一水硬铝石，有利于铝土矿的反浮选，但是用量过高也会抑制 含铝硅酸盐矿物，不利于反浮选的进行【5 8 1 。改性调整剂T Z ．1 在弱酸性条件下使 铝土矿四次粗选一次扫选后A ／S 由5 ．6 2 提高到1 0 ．7 9 ，取得了很好的浮选效果p w 。 铝土矿反浮选脱硅过程中一种新型抑制剂B K 5 0 1 ，以氢键和化学键与一水硬铝石 产生抑制作用，而对高岭石则产生了絮凝作用，并且用量大时一水硬铝石被完全 抑制，高岭石则被略微活化【硎。由于氧肟酸聚丙烯酰胺为线型，增加矿物表面负 电荷数，提高阳离子捕收剂的吸附能力，具有一定的活化作用；而氧肟酸淀粉有 较多支链，它能罩盖已吸附的捕收剂，强烈抑制一水硬铝石的浮选1 6 。氟化钠在 溶液中溶解电离，氟离子可以扩散到高岭石、伊利石和叶蜡石等层状硅酸盐矿物 的颗粒内部，而仅存在于一水硬铝石的表面，使硅酸盐矿物的动电位降低的幅度 要比一水硬铝石的大，因此可以活化含铝硅酸盐矿物，从而促使更多阳离子捕收 剂吸附在含铝硅酸盐矿物表面哗J 。 1 0 万方数据 中南大学硕士论文1 文献综述 对铝土矿正、反浮选中抑制剂都有很多的研究，组合使用抑制剂、新型抑制 剂的研制以及利用计算机模拟计算抑制剂分子的结构以及与矿物的相互作用将是 今后抑制剂的研究重点‘6 3 1 。 1 ．4 铝土矿浮选机理研究现状 1 ．4 ．1 矿物晶体与理化性质关系研究 晶体的物理化学性质和晶体的内部构造紧密相关，晶体构造决定着矿物外部 现象和性质，如润湿性、表面电性、可浮性等。因此晶体结构的研究对于了解晶 体理化性质具有非常重要的理论意义。 高岭石为二层的具有亲水的表面，因为在棱上有破裂的键，但面上则是破裂 的氢键。在三层的叶蜡石中，三层夹心是电中性，晶体由范德华键结合在一起。 矿物在夹心间易破碎，因为只有破裂了的残余键，所以矿物有很好的疏水性。 矿物表面的物化性质对润湿性起主导作用，矿石被破碎后表面暴露出很多的 粒子，与晶体内部相比，破碎后的矿石表面粒子不能达到平衡而出现不饱和的键 能，这就决定该种矿物的润湿性，而对于含铝硅酸盐矿物来说底面的润湿性决定 着这种矿物的润湿性。高岭石、叶蜡石虽然都是含有相同元素种类的含铝硅酸盐 矿物，但是晶体结构各不相同，高岭石的结构单元属两层型，而叶蜡石的结构单 元属三层型，两种矿石被破碎后底面暴露的不饱和键数和键的种类都不相同，通 过大量的计算得出两种含铝硅酸盐矿物 0 0 1 面单位面积的A 1 ．O 键和S i ．O 键的断 裂键数和断键类型，从而计算出不同晶面的静电能，这两种层状硅酸盐矿物 0 0 1 层间静电能越大，矿物具有越强的亲水性，高岭石的层间静电能比叶蜡石高，因 此高岭石比叶蜡石更亲水脚】。 晶体在矿浆中的溶解与晶体结构有着很大的关系，与高岭石的层间荷电情况 相比，这种矿石底面的荷电更易受矿浆p H 的影响，高岭石不同晶面的荷电的各 向异性1 6 5 ‘。一水硬铝石与高岭石晶体结构存在很大的差别，矿物的溶解与矿浆中 A l 计和p H 有关，理论计算发现在p H 高于4 时，高岭石的溶解度高于一水硬铝石 帅J 。晶体结构对矿石的溶解速度也有很大的关系，假设高岭石的表面是由A l 和 S i 表面位组成的，经计算发现在p H 小于4 的酸性条件下，A l 的溶解速度大于S i 的溶解速度，而当矿浆p H 在4 与1 1 之间时，A 1 的溶解速度反而比S i 的要小【6 7 】。 根据表面配位模型计算可知高岭石晶体表面A l 的溶出速度决定晶体端面和“氢 氧铝石”底面的溶解速度1 6 8 1 。 经过矿物晶体结构和表面参与键的特征的研究，发现铝土矿中脉石矿物主要 为层状铝硅酸盐矿物，矿石解离后表面残存一定量的氢键或范德华力，使他们表 万方数据 中南大学硕士论文1 文献综述 面有较好的疏水性，从而可浮性优于一水硬铝石，而高岭石层间又有一定量的共 价键或离子键存在，使高岭石又具有一定的亲水性能，而叶蜡石只存在范德华力， 从而叶蜡石的可浮性较高【6 引。通过一水硬铝石的 0 1 0 表面的密度泛函研究、 前轨道理论推算得知阴离子捕收剂油酸钠主要与 0 1 0 面的H 发生作用，而不 是该面的A 1 t 7 0 】。刘晓文等研究发现由于单个晶胞的不同使了软质高岭石较硬质高 岭石排列更有序更松散，这使两种高岭石在浮选过程中存在很大的差异，软质高 岭石能充分与阳离子药剂作用，铝土矿中的硬质高岭石不利于反浮选的进行【7 1 1 。 同时可以通过矿物的已知的晶格参数可以推算出该种矿物的理论等电点，经 计算的矿物表面的理论等电点与实际测得的等电点比较相符，这对如何调节矿浆 p H 和选择浮选药剂等都有很好的指导作用1 7 列。 1 ．4 ．2 浮选药剂作用行为研究 浮选药剂主要分为有机类和无机类，无机类药剂通常作为浮选过程的调整剂， 如抑制剂、活化剂、p H 调整剂；而有机类药剂主要作为浮选捕收剂、抑制剂和絮 凝剂使用。 很多无机盐的阴离子都可以被用作调整剂，在浮选中一般起抑制作用。在矿 物浮选中起到的作用主要有药剂在矿物表面生成亲水性较好的薄膜或胶粒，增 强矿物表面亲水性，从而使捕收剂更难在矿物表面作用；与捕收剂发生竞争吸附 或使捕收剂从矿物表面解析，改变矿物表面的活性点数目；使矿浆中的离子一分 子组分发生变化。 无机阴离子调整剂一般通过与矿物表面发生吸附 包括静电吸附、化学吸附、 特性吸附等 方式实现对矿物的抑制。如强酸或弱酸根离子在矿物表面发生静电 吸附；S i 0 3 2 ．、P 0 4 3 ’与矿物表面的金属离子发生化学吸附形成化学键合；多价的 无机阴离子在矿物表面的双电层中吸附形成特性吸附；含有0 、N 、F 、C 1 等元素 的无机酸根电负性大，一般与矿物表面羟基以氢键结合1 7 引。 浮选捕收剂及有机抑制剂通常由两部分组成极性基和非极性基，矿物的 亲固能力由具有一定的亲水性的极性基决定，药剂的疏水性能由具有一定的疏水 性和亲油性的非极性基所决定，药剂的选择性和作用能力受极性基和非极性基的 几何大小的影响，捕收剂的捕收效果及抑制剂的抑制效果的好坏是由极性基与非 极性基共同决定的。 非极性基对浮选捕收剂的润湿性、溶解度、表面活性等都有很大的影响药 剂在矿浆中能否分散溶解受非极性基结构的影响，在含有相同碳原子的捕收剂中， 异构型捕收剂与正构型捕收剂相比，异构捕收剂熔点较低，溶解度较高，临界胶 团浓度较大，且具有较强的空间位阻效应，使烃链问的范德华力较弱，亲固能力 1 2 万方数据 中南大学硕士论文1 文献综述 较差。碳链长度既影响药剂的表面活性，又影响药剂的溶解能力，捕收剂的捕收 能力和选择性是二者共同作用的结果，对四种不同碳链长度的胺类D N 和醚胺类 O N 系列捕收剂分别进行铝硅酸盐矿物的浮选实验，研究发现，捕收能力分别为 D N l 2 D N l 4 D N l 6 D N l 8 ；O N l 8 O N l 6 O N l 4 O N l 2 。特劳贝定则的经验公式表明 属于同系物中的捕收剂，非极性基中每增加一个C H 2 _ ，表面活性系数增长 0 ．3 1 3 倍，药剂的捕收性呈对数关系增长，然而若碳链过长，药剂的溶解度降低， 非极性基碳链问缔合作用增大，捕收性能和选择性能都会减弱，因此对于胺类捕 收剂来说碳链的表面活性对浮选影响较大，而对于醚胺类捕收剂，碳链对药剂的 溶解度的影响对药剂的捕收性能影响较大。而对羧酸类同系物的前线轨道能量进 行计算表明，碳链长度低于4 个时，会对羧基电荷产生影响，高于4 个时，则羧 基氧原子电荷保持不变，因此对长链的羧酸类捕收剂来说，非极性基碳链的长度 对捕收剂的疏水能力的影响主要在于改变对药剂的溶剂度，而不在于改变极性基 的反应活性。 碳链的不饱和度和双键所在位置以及药剂的顺反异构也对药剂也有很大的影 响，首先不饱和与饱和的具有相同碳原子数的捕收剂相比，不饱和的药剂的能量 更低，疏水性更差，这对浮选是不利的，而另一方面，不饱和的捕收剂由于具有 双键，双键两侧基团存在顺反异构，顺式异构会使药剂弯曲，且双键越多，弯曲 程度越大，断面积较大，这样使得不饱和药剂在与矿物作用时，对矿物的罩盖面 积大，阻碍了其他药剂的继续吸附，因此捕收性有所提高，但是选择性降低。对 于氧化矿浮选来说，选用的捕收剂一般碳链长度在1O ．2 0 个左右，这类长链烃捕 收剂溶解度较差，当药剂中带有双键时会大大改善药剂在水中的溶解行为，使药 剂捕收性能提高，因此合适数量的的双键对于氧化矿的浮选是有利的【3 7 】。 总之，药剂的疏水能力及浮选能否进行均由药剂的非极性基的大小与结构共 同决定。 对于含有相同非极性基的捕收剂，极性基的不同对药剂的活性有很大的影响。 通过对六类乙基阴离子捕收剂分子、离子的电子结构和H O M O 密度等进行计算 可知阴离子型捕收剂极性基中．O H 的O 0 1 受氢原子正电荷的影响，所带电 荷远小于与C O 的O 0 2 ，阴离子型捕收剂中的活性点为0 2 。在药剂以分子形式 存在时，药剂的静电反应活性由弱到强的顺序为烷基羧酸 烷基硫酸 烷基羟肟酸 烷基羧酸【4 0 1 。。对于胺类捕 收剂来说，极性基的特性对药剂的捕收能力有很大的影响，极性基中含有的N 越 多，N 上的烃基越多，药剂越易于易阳离子化，越易与带有负电的矿物结合，捕 1 3 万方数据 中南大学硕士论文1 文献综述 收效果越好。因此，极性基的种类对药剂与矿物表面的吸附有很大的影响。 而对于高分子的有机抑制剂和絮凝剂来说，链结构对药剂的作用尤为重要， 淀粉作为一水硬铝石的抑制剂时，带有支链的结构抑制效果较好，这主要是因为 淀粉的支链使药剂的空间位阻变大，使胺类捕收剂难于继续与一水硬铝石发生吸 附；而对于絮凝剂来说，直链的高分子聚丙烯酰胺能活化高岭石的浮选，主要是 因为直链的聚丙烯酰胺空间位阻较小，矿物单位面积上吸附的药剂较多，有利于 强化异电型捕收剂的与矿物表面的静电吸附7 4 ] 。 通过多种淀粉对一水硬铝石的抑制实验，实验结果表明酸性条件下，氧肟 酸淀粉的抑制效果最佳，其次是双醛淀粉、羧甲基淀粉和阳离子淀粉，效果均优 于原淀粉，这主要是因为氧肟酸基相对于其他基团电负性较大，更易与一水硬铝 石的A l ”发生化学键合，因此氧肟酸淀粉的抑制作用更强。 1 ．5 论文研究的思路、内容及意义 通常情况下，铝土矿中含有的主要硅酸盐矿物为高岭石，因此对高岭石的研 究较多，而对叶蜡石的研究较少。叶蜡石相对高岭石疏水更好，因此常导致浮选 精矿中会夹杂较多的叶蜡石，使铝土矿精矿品位很难进一步提高。因此找到合适 的抑制剂来分选一水硬铝石和叶蜡石很重要。 油酸作为铝土矿主要的捕收剂，选择性较差，回收率偏低，精矿品位不高， 且应用条件苛刻，受温度影响较大，但有价格便宜的优势，目前仍被广泛应用， 但仍有逐步被羟肟酸类捕收剂取代的趋势。工业上油酸种类很多，通常以皂化值、 酸值和碘值来表示某种油酸。油酸碘值指1 0 0g 油酸中所能加成碘的克数。碘值 的大小表示该种油酸含有的不饱和酸的多少，这将对铝土矿浮选有一定的影响。 总之，针对高叶蜡石含量的低品位铝土矿，本文将重点解决叶蜡石的抑制， 以及油酸碘值对其捕收性能的影响。拟开展的主要研究内容包括 1 通过系统的工艺矿物学研究，为确定合适的入选粒度及粒度组成、适宜 的选矿脱硅原则工艺、工艺流程结构及工艺参数等提供理论指导。 2 对河南小关含较高叶蜡石的铝土矿进行浮选实验研究，寻找铝矿物的高 效捕收剂，以及硅酸盐矿物和铁矿物的抑制剂。 3 对一水硬铝石、叶蜡石、高岭石单矿物的浮选和分离行为进行系统的实 验研究；考察调整剂、抑制剂和捕收剂对一水硬铝石及硅酸盐矿物浮选的影响。 4 通过电位分析、红外光谱分析和溶液化学计算研究不同的捕收剂、抑制 剂等与一水硬铝石及硅酸盐矿物表面的作用机理。 5 研究三种不同碘值的油酸对三种矿石的浮选效果的影响，并通过红外光 谱分析与气质联用仪分析与矿石作用的主要脂肪酸种类。 1 4 万方数据 中南大学硕士论文2 实验原料、设备及研究方法 2 实验原料、设备及研究方法 2 ．1 矿样的采集与制备 2 ．1 ．1 实际矿石的制备 实验所用的铝土矿矿样取自河南小关，矿样重约3 5 0 K g ，矿石最大粒度为 5 0 m m 左右，人工挑选出工艺矿物学样品后，在实验室经中碎、细碎，混匀缩分 得到．3 m m 的试样，试样一部分为多元素分析样、X 射线衍射分析样和光谱样， 其余部分作为实验样和副样，其制备流程见图2 1 。 原矿 副样 多元素分析及光谱样衍射分析样试验样 图2 ．1 实际矿石的制备流程 2 - T h e t a - S c a l e 图2 ．2 铝土矿原矿的X 射线衍射图谱 1 5 万方数据 中南大学硕士论文 2 实验原料、设备及研究方法 表2 - 1河南小关苏岭矿样的矿物组成慌 含量6 3 ．5 3 1 7 ．3 6 2 ．1 72 ．20 ．5 1O ．5 72 ．7 8O ．5 70 ．0 5 40 ．3 211 ．5 63 ．6 6 根据图2 ．2 和表2 ．1 可以看出，铝土矿中主要含有一水硬铝石 6 0 ．8 ％ 、叶蜡 石 2 5 ．8 ％ 、及少量高岭石 4 ．8 ％ 和锐钛矿 2 ．1 ％ ，根据表2 ．2 多元素分析结果 可以看出原矿中氧化铝含量为6 3 ．5 3 ％，A ／S 为3 ．6 6 ，A ／S 较低，属于较低品位的铝土 矿。 2 ．1 ．2 单矿物的制备 一水硬铝石、叶蜡石、高岭石实验矿样经实验室陶瓷球磨机磨细后，用 0 ．0 7 4 m m 的筛子进行筛分，筛下产品作为实验矿样，筛上产品返回陶瓷球磨机再 磨，三种纯矿物X R D 分析结果分别见图2 ．3 至图2 ．5 ，多元素分析结果见表2 ．3 。 ，．、 ∞ U 口 j o o 、- ， o t 一 一 2 一T h e t a S c a l e 图2 ．3 一水硬铝石矿样的X 射线衍射谱图 1 6 万方数据 中南大学硕士论文 2 实验原料、设备及研究方法 注A ／S 为A 1 2 0 3 与S i 0 2 的比值。 ，_ 、 ∞ ‘j 皇 j o o 、_ ， a ．r - 4 J 2 一T h e t a S c a l e 图2 4 叶蜡石矿样X 射线衍射谱图 2 ．2 实验设备及仪器 2 T h e t a S c a l e 图2 - 5 高岭石矿样X 射线衍射谱图 实验过程中所用主要仪器设备见表2 4 。 1 7 ∞pIITloo一口州，I 万方数据 中南大学硕士论文 2 实验原料、设备及研究方法 袁2 - 4 实验设备及仪器一览袁 2 ．3 实验药剂 实验所采用的药剂列于表2 - 5 。 表2 - 5 实验药荆一览表 万方数据 中南大学硕士论文2 实验原料、设备及研究方法 2 ．4 实验研究方法 2 ．4 ．1 实际矿石实验 实际矿石实验每次取矿样5 0 0 9 经棒磨机磨矿后，然后在X F D 型1 ．5 L 和1 L 的浮选机中进行浮选，实验用水为自来水，浮选产品经过滤、烘干、称样和制样， 化验品位并计算精尾矿的A ／S 及A 1 2 0 3 的回收率。 实验考察了磨矿细度、多种捕收剂和抑制剂、工艺流程结构等对浮选的影响， 最终确定了最佳的药剂制度和工艺流程，并在此基础上进行了全流程开路实验和 闭路实验。 为了便于比较分析，条件实验均采用统一的原矿品位计算回收率，即A 1 2 0 3 品位为5 9 ．1 3 ％，S i 0 2 品位为1 9 ．1 8 ％，A ／S ～S 为3 ．0 8 进行统一计算，闭路浮 选除外。 2 ．4 ．2 纯矿物浮选实验 单矿物实验选取．0 ．0 7 4 m m 粒级的一水硬铝石、叶蜡石和高岭石进行实验。浮 选实验是在转速为1 2 8 0 r ／m i n 的X F D 型挂槽式浮选机 容积4 0 m L 上进行，由 于油酸浮选矿物是受温度影响比较大，因此为了保证实验的准确性和可比性，浮 选温度为2 0 ．2 5 ℃之间。每次实验称取矿样2 ．0 9 ，用蒸馏水将矿冲入挂槽至一定 刻度处，固定挂槽开始实验。具体加药顺序和时间如图2 6 所示测量矿浆p H 值之后，浮选手工刮泡4 m i n ，得到泡沫产品和槽内产品均烘干称重。 矿样 2 ．0 9 剂 泡沫产品 槽内产品 图2 - 6 单矿物浮选流程图 浮选回收率R 按下式计算 1 9 万方数据 中南大学硕士论文 2 实验原料、设备及研究方法 R 上X1 0 0 0 ％ 2 ．1 m 1 m 3 式中 R 浮选回收率，％； m 厂泡沫产品的质量，g ； m 广槽底产品的质量，g 。 2 ．4 ．3 动电位测定 浮选药剂在矿浆中可以改变矿物的表面电性，可以借助测定 叶蜡石 高岭石。在p H 9 ．5 左右一水硬铝石和 叶蜡石的回收率均达到最大，分别为8 8 ．0 5 ％和3 9 ．6 5 ％，分选区间达到4 9 ．4 0 ％左 3 8 万方数据 中南大学硕士论文 5 单矿物浮选实验研究 右，此时高岭石回收率仅为1 9 ％，这说明油酸1 3 1 对一水硬铝石的浮选效果好于 叶蜡石和高岭石。为了进一步提高一水硬铝石与两种脉石矿物的分选区间，需要 寻求一种有效的抑制剂。 5 ．1 ．2 碳酸钠用量对矿物浮选的影响 油酸1 3 1 用量为4 0m g ／L 时，考察碳酸钠的用量对一水硬铝石、叶蜡石和高 岭石三种矿物浮选的影响，实验结果见图5 ．2 。 冰 ＼ 斛 擎 回 l g C 图5 ．2 碳酸钠浓度对数对矿物可浮性的影响 油酸1 3 1 用量4 0 m g ／L 由图5 ．2 可知，碳酸钠用量对一水硬铝石和叶蜡石的浮选有较大的影响，总 体来看，一水硬铝石的回收率始终高于叶蜡石，高岭石的回收率最低。当矿浆中 碳酸钠的浓度从1 1 0 ‘1 0m o l ／L 到l 1 0 0m o l ／L 逐渐增大时 对应的p H 为 7 ．1 7 ．1 1 ．6 7 ，一水硬铝石和叶蜡石的浮选回收率先增大后减小，在碳酸钠浓度达 1 x 1 0 4 8 5 m o l ／L 时，一水硬铝石和叶蜡石的回收率最大，分别为8 8 ．0 5 ％和3 3 ．6 5 ％。 而对于高岭石，碳酸钠对高岭石的回收率的影响较小。 5 ．1 ．3 六偏磷酸钠为抑制剂 以盐酸和碳酸钠为矿浆p H 调整剂，以六偏磷酸钠为抑制剂 1 x 1 0 - 6 m o l ／L ， 油酸1 3 1 为捕收剂 4 0m g ／L 时，考察了不同p H 对三种矿物浮选回收率的影 响，实验结果见图5 ．3 。 3 9 万方数据 中南大学硕士论文 5 单矿物浮选实验研究 永 ＼ 槲 擎 回 p H 图5 - 3 六偏磷酸钠为抑- 毒 I N 时，p H 对矿物可浮性的影响 六偏磷酸钠用量l x l 0 。6 m o l ／L ；油酸1 3 1 用量4 0 m g ／L 从图5 ．3 可知，随着p H 的升高，一水硬铝石和叶蜡石的回收率先增加后减 少，在p H 为9 ．5 ．1 0 ．5 之间都有较好的浮选效果，高岭石的回收率则一直增高。 与图5 ．1 的结果相比，一水硬铝石的回收率变化不大，而叶蜡石在p H 6 之后， 回收率有所降低，高岭石的回收率也略有降低。在p H 9 ．5 时，一水硬铝石和叶 蜡石的回收率分别为8 9 ．4 5 ％和2 0 ．8 ％，两者的分选区间较不加六偏磷酸钠时提 高了2 0 ．6 5 ％。这说明六偏磷酸钠的选择性抑制效果较好，为此，接下来考察了 六偏磷酸钠用量对矿物浮选行为的影响，，实验结果见图5 - 4 。 由图5 - 4 中可以看出，在p H 9 ．5 时，随着六偏磷酸钠的用量的增加，三种 矿物的回收率均降低，且一水硬铝石的回收率呈线性减小趋势，而叶蜡石的回收 率在六偏磷酸钠用量为l 1 0 击m o l ／L 时降到最低，回收率为2 0 ．8 ％，再增加六偏 磷酸钠的用量，叶蜡石的回收率不再变化，高岭石则在六偏磷酸钠用量高于 5 1 0 击m o l ／L 后才会出现明显降低。由此可以看出，六偏磷酸钠在低用量时可以 有效地抑制叶蜡石，大用量的六偏磷酸钠也会明显抑制一水硬铝石的浮选，而对 叶蜡石的抑制效果变化不大。综合考虑，选取六偏磷酸钠的用量为1 1 0 ’6 m o l ／L 。 万方数据 中南大学硕士论文5 单矿物浮选实验研究 永 ＼ 褂 擎 回 5 ．1 ．4 硅酸钠为抑制剂 六偏磷酸钠用量 x 1 0 6 m o l ／L 图5 ．4 六偏磷酸钠用量对矿物可浮性的影响 p H 9 ．5 油酸1 3 1 用量4 0m g ／L 以碳酸钠和盐酸调整矿浆p H ，油酸1 3 1 为浮选捕收剂，硅酸钠为抑制剂， 考察了不同的p H 条件下三种矿物的浮选行为，实验结果如图5 ．5 所示。 长 ＼ 褂 擎 回 图5 - 5 硅酸钠为抑制剂时，p H 对矿物可浮性的影响 硅酸钠用量2 ．5 X1 0 ‘4 m o l ／L ；油酸1 3 1 用量4 0m g ／L 4 1 万方数据 中南大学硕士论文 5 单矿物浮选实验研究 从图5 ．5 中可以看出，以硅酸钠为抑制剂时，随着矿浆p H 的增加，一水硬 铝石和叶蜡石的回收率先增加后减小，高岭石的回收率与矿浆p H 成正比，在 p H 1 0 ．5 时，一水硬铝石和叶蜡石的回收率都达到最大，而在p H 9 ．5 时，高岭 石的回收率与不加抑制剂相比略微降低，此时一水硬铝石和叶蜡石的回收率的分 选区间最大，为4 9 ．6 ％，与不加抑制剂 4 8 ％ 相比分选区间差别不大。说明硅 酸钠对叶蜡石和高岭石的抑制效果都不好。 这也许是因为硅酸钠用量不合适的 关系。 为了寻求硅酸钠的最佳用量，在p H 9 ．5 时进行了硅酸钠用量实验，油酸1 3 1 用量为4 0m g ／L ，实验结果如图5 - 6 所示。 冰 ＼ 斛 擎 回 硅酸钠用量 x 1 0 ’4 m o l ／L 图5 ．6 硅酸钠用量对矿物可浮性的影响 p H - - 9 ．5 油酸1 3 1 用量4 0 m g ／L 由图5 - 6 可知，随着硅酸钠的用量的增加，三种矿物的回收率逐渐降低，在 硅酸钠用量少于2 1 0 q m o l ／L 时，一水硬铝石的回收率降低的较少，高岭石的 回收率几乎不变，在硅酸钠用量大于2 1 0 ‘3m o l ／L 时，一水硬铝石的回收率急 剧下降。在硅酸钠用量为3 1 0 弓m o l ／L 时，一水硬铝石的回收率仅有1 0 ％左右。 叶蜡石则在1 ．2 5 1 0 0m o l ／L 时回收率降到最低，随后叶蜡石的回收率维持在 2 5 ％左右。硅酸钠用量在2 ．5 1 0 珥m o l ／L 和1 ．2 5 1 0 弓m o l ／L 之间时，一水硬铝 石与叶蜡石的回收率差别均约为4 5 ％左右，较六偏磷酸钠的效果差。 4 2 万方数据 中南大学硕士论文5 单矿物浮选实验研究 5 ．1 ．5 氟硅酸钠为抑制剂 以1 ．5 X1 0 ‘4 m o l ／L 的氟硅酸钠为抑制剂，4 0m g ／L 的油酸1 3 1 为捕收剂，盐 酸和碳酸钠调节矿浆p H ，考察不同p H 条件下三种矿物的浮选行为，实验结果 如图5 ．7 所示。 永 ＼ 斟 擎 回 冰 ＼ 褂 擎 回 p H 图5 - 7 氟硅酸钠为抑制剂时，p H 对矿物浮选的影响 氟硅酸钠用量1 ．5 X1 0 ‘4 m o l ／L ；油酸1 3 1 用量4 0m g ／L 氟硅酸钠用量 x 1 0 。4 m o l ／L 图5 ．8氟硅酸钠用量对矿物浮选的影响 p H 9 ．5 油酸1 3 1 用量4 0m g ／L 4 3 万方数据 中南大学硕士论文 5 单矿物浮选实验研究 由图5 ．7 可以看出随着p H 的增加，一水硬铝石的回收率先增大后减小， 而叶蜡石和高岭石的回收率则不断增加，在p H 9 ．5 左右，一水硬铝石的回收率 最大为7 2 ．7 5 ％。与无抑制剂相比，一水硬铝石的最高回收率由8 8 ．0 5 ％降低到 7 2 ．7 5 ％，说明一水硬铝石明显受到氟硅酸钠的抑制，而叶蜡石和高岭石没有被抑 制。在p H 9 ．5 时，一水硬铝石、叶蜡石、高岭石的回收率分别为7 2 ．7 5 ％、3 0 ．4 5 ％ 和1 1 ．9 ％。这与无抑制剂相比，分选差别不大。 在油酸1 3 1 用量保持4 0m g ／L 不变时，考察p H 9 ．5 时氟硅酸钠用量对矿物 浮选的影响，结果如图5 8 所示。 从图5 ．8 可以看出，随着氟硅酸钠的用量的增加，一水硬铝石和高岭石的回 收率随着氟硅酸钠的增多逐渐降低，叶蜡石在氟硅酸钠用量1 ．5 1 0 。4 m o l ／L 时， 回收率由4 2 ．5 ％降到3 0 ．9 5 ％，随后再增加氟硅酸钠用量，叶蜡石略有升高。可 以看出，氟硅酸钠用量小的时候可以略微抑制叶蜡石和一水硬铝石，不抑制高岭 石；用量增大时，氟硅酸钠可以抑制一水硬铝石和高岭石，不抑制叶蜡石。 因此，从三种抑制剂的单矿物浮选实验可以看出，六偏磷酸钠对叶蜡石的抑 制效果最好，其次是硅酸钠，氟硅酸钠则不能作为叶蜡石的抑制剂。 5 ．2 不同碘值油酸的浮选实验 工业上生产的油酸种类很多，颜色由黄色到红色，通常以油酸的碘值、酸值 和皂化值来区分某种油酸。碘值主要用于表示有机物不饱和程度。碘值越大，该 物质的不饱和程度愈高。本次实验所用的三种油酸分别为油酸6 5 、油酸1 2 1 和 油酸1 3 1 ，三种油酸的碘值分别为6 5 、1 2 1 和1 3 1 。 5 ．2 ．1 油酸6 5 对三种矿物浮选行为的影响 以六偏磷酸钠为抑制剂 1 1 0 击m o l ／L ，盐酸和碳酸钠为p H 调整剂，考察 了不同p H 条件下油酸6 5 对三种矿物浮选的影响，实验结果见图5 - 9 。 由图5 - 9 可以看出，在六偏磷酸钠用量为1 1 0 西m o l ／L ，p H 6 之后，油酸1 2 1 和油 酸1 3 1 对一水硬铝石的捕收效果均好于油酸6 5 ，而油酸1 2 1 浮选一水硬铝石的 p H 区间比油酸1 3 1 和油酸6 5 的p H 分选区间要宽，油酸6 5 的P H 分选区间最窄。 油酸1 3 1 在p H 为9 ．5 左右就可以达到最好的捕收效果，而油酸6 5 和油酸1 2 1 的 最佳浮选p H 在1 0 ．5 左右，因此油酸6 5 和油酸1 2 1 需要在更高的碱性条件下才 能发挥最好的捕收能力。 5 ．3 ．2 三种油酸对叶蜡石的浮选行为的影响 图5 一1 5 是三种不同碘值的油酸对叶蜡石浮选的影响结果。浮选过程中以盐 酸和碳酸钠作为矿浆p H 调整剂，六偏磷酸钠 1 1 0 西m o l ／L 作为抑制剂，分 别用油酸6 5 、油酸1 2 1 和油酸1 3 1 用量均为4 0m g ／L 作为浮选捕收剂。 由图可以看出，随着矿浆p H 的增大，叶蜡石的回收率逐渐增大，在p H 8 后，油酸1 3 1 为捕收 剂时，叶蜡石的回收率维持在2 0 ％左右，而以油酸1 2 1 和油酸6 5 为捕收剂时， 叶蜡石的回收率继续从2 0 ％升高到4 5 ％。 4 8 万方数据 中南大学硕士论文 5 单矿物浮选实验研究 p H 图5 1 5 油酸碘值不同时，p H 对叶蜡石浮选的影响 六偏磷酸钠用量1X1 0 石m o l F L ；油酸用量4 0m g ／L 5 ．3 ．3 三种油酸对高岭石的浮选行为的影晌 以盐酸和碳酸钠作为矿浆p H 调整剂，六偏磷酸钠 1X1 0 。6m o l ／L 作为抑 制剂，分别用油酸6 5 、油酸1 2 1 和油酸1 3 1 用量均为4 0m g ／L 作为高岭石的 浮选捕收剂，三种油酸对高岭石浮选效果如图5 ．1 6 所示。 p H 图5 - 1 6 油酸碘值不同时，p H 对高岭石浮选的影响 六偏磷酸钠用量1X1 0 - 6 m o L ／L ；油酸用量4 0m g ／L 图5 - 1 6 中以不同碘值的油酸为捕收剂时，随着p H 的增大，高岭石的回收率 4 9 万方数据 中南大学硕士论文5 单矿物浮选实验研究 都逐渐增大，三种油酸对高岭石的捕收效果相差不大，油酸6 5 和油酸1 2 1 对高 岭石的捕收效果相当，但略差于油酸1 3 1 。 综上可见，油酸1 3 1 对一水硬铝石和高岭石的捕收效果要好于油酸6 5 和油 酸1 2 1 ，对叶蜡石的浮选效果比油酸6 5 和油酸1 2 1 差。 5 ．4 本章小结 1 综合三种抑制剂 六偏磷酸钠、硅酸钠、氟硅酸钠 对三种纯矿物的 抑制效果来看，