微细粒矿物疏水聚团的研究现状及进展.pdf

第 34 卷 第 2 期 矿矿 物物 学学 报报 Vol. 34, No.2 2014 年 6 月 ACTA MIERALOGICA SINICA Jun., 2014 文章编号文章编号1000-4734201402-0181-08 微细粒矿物疏水聚团的研究现状及进展 陈军，闵凡飞*，王辉 （安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001） 摘摘 要要随着矿山开采矿石嵌布粒度的日益变细，微细粒矿物的分选已经成为目前矿物分选的一个重要组成 部分，越来越受到人们的关注。选择性疏水聚团能够有效处理微细粒矿物，是目前分选微细粒矿物最有效的 途径之一。介绍了微细粒矿物的分选特性及疏水聚团的形成机理，分析了剪切絮凝浮选、载体浮选、油团聚 分选、乳化浮选、两液分离等主要疏水聚团分选工艺的研究现状及疏水聚团的主要影响因素。展望了疏水聚 团研究在煤泥水微细粒聚团沉降方面的应用前景。 关键词关键词微细粒矿物；疏水聚团；形成机理；影响因素；煤泥水 中图分类号中图分类号P579; TD91 文献标识码文献标识码A 作者简介作者简介陈军，男，1990 年生，硕士研究生，研究方向煤泥水疏水聚团沉降. E-mailjchen412 随着矿山开采矿石嵌布粒度的日益变细， 微 细粒矿物的分选和固液分离已经是摆在选矿工 作者面前迫切且重要的课题。据报道，全世界每 年约有 1/5 的钨、1/3 的磷、1/6 的铜以及 1/10 的铁（美国） 、1/2 的锡（玻利维亚）损失在细泥 中[1]，而让微细粒矿物选择性疏水聚团，再用常 规方法分选是处理小于 20～30 μm微细矿粒最有 效的途径之一[2]。 1 微细粒矿物分选特性 目前，微细粒矿物的主要分选途径是浮选， 但由于微细粒矿物本身所具有的质量小、比表面 积大及表面能高等特点决定了其难分选的特性。 主要表现在以下几个方面 （1）体积小、质量小造成了疏水矿粒在浮 选矿浆中的动量小，与其他疏水矿粒及气泡的碰 撞几率小，难以克服矿粒与气泡之间的能垒而无 法粘附于气泡表面；反之，脉石矿粒一旦粘附于 气泡表面，又很难脱落，且细粒脉石矿粒受水介 质粘滞作用大，易随水流上升进入泡沫层形成夹 层。 （2）微细粒矿物比表面积大、表面能高容 易造成脉石矿粒与有用矿粒之间的非选择性团 聚严重，影响浮选的选择性，还会导致药剂吸附 量大且药剂吸附的选择性降低，矿粒在水介质中 溶解度增大且矿浆中离子增多以及矿浆粘度大 幅度上升等，不利于浮选。 （3）一些常见的亲水矿物，如石英、云母、 蒙脱石和高岭石等，当这些微细粒矿物处于水中 时，在其表面附近的水分子具有朝表面定向排列 的趋势，由于水分子和表面间强烈的吸引作用， 在矿粒表面形成水化膜，水化膜的存在使矿粒所 在的分散体系保持较强的稳定性，大大增加了微 细粒矿物的分选难度。 为了解决质量效应和表面效应所造成的微 细粒矿物难分选的问题，国内外的选矿工作者进 行了大量的研究工作，目前提高微细粒分选效果 的有效方法可归为 2 类[3]一是进行浮选行为发 生前对微细粒矿物进行预处理研究，以使其适应 常规浮选工艺（如选择性疏水聚团） ；二是进行 有效的微细粒分选设备的研究，通过优化设备性 能来提高分选效果。 2 微细粒矿物疏水聚团的形成机理 疏水聚团的前提条件是微细粒矿物表面的疏 水化，早在 1933 年高登就已经发现黄药对方铅 矿有聚团作用； 此后， 1950 年 Rebinder 首次提出 疏水絮凝的概念，指出矿粒在水中疏水化后可导 致形成疏松大聚团[4]。但对于疏水聚团现象形成 机理，国内外一直没有系统的报道，直到 1983 年卢寿慈等[5,6]通过对石英-胺及菱锰矿-油酸体系 收稿日期收稿日期2013-09-12 基金项目基金项目国家自然科学基金项目（批准号51174006） ；安徽 省国际合作项目 （批准号 1303063011） ； 安徽省科技计划项目 （批 准号1106b0105063） * 通讯作者，E-mailffmin 182 矿 物 学 报 2014 年 疏水絮凝的理论探讨和势能计算，运用近代水结 构理论及胶团形成原理首次提出了微细粒矿物 间疏水作用理论，认为矿物微粒间的疏水作用包 括两部分，即基于界面水结构变化的疏水作用能 和基于烃链间穿插缔合作用的疏水缔合能。首 先，疏水矿粒在水中造成水分子间氢键连接的间 断，并引起与其毗邻的水分子结构的致密化及有 序化，导致系统自由能增大，水分子产生排斥疏 水粒子的趋向，使其互相靠拢，形成絮团，从而 减少固液界面，降低系统自由能。其次，当矿粒 相互靠近到捕收剂（十二胺和油酸钠，主要结构 为极性基和碳氢键）吸附膜开始接触时，碳氢键 间开始产生交叉缔合作用（如图 1 所示） ，释放 出更多的能量，使形成的疏水聚团稳定化。 a. 相互靠近；b. 开始接触；c. 交叉缔合 图 1 矿粒间的疏水缔合作用示意图 Fig. 1. Schematic diagram of hydrophobic interaction between the mineral particles. 由此可见，矿粒的疏水聚团正是由于表面疏 水作用引起， 且疏水聚团行为不遵循DLVO理论， 因为经典的DLVO理论只包括了颗粒间的静电力 和范德华力，并未考虑颗粒间的疏水作用力。疏 水聚团行为符合扩展的 DLVO 理论，扩展的 DLVO 理论认为，颗粒界面能应包括 DLVO 相互 作用和非 DLVO 相互作用。颗粒间的疏水作用在 颗粒间距小于 20 nm 处开始显著，颗粒间的疏水 作用能 UHR可以用如下公式[7]表示 UHR﹣2.5110-3RK1h0exp﹣H/h0 1 式中，R 为颗粒半径；K1为系数；H 为颗粒间距； h0为衰减长度。由于微细粒矿物疏水作用能的存 在，使得疏水相互作用表现为强吸引力，总相互 作用能基本上由疏水相互作用能提供。因此，即 使在高的 ζ 电位条件下，疏水引力也能克服静电 排斥能， 使疏水矿粒发生聚团。 Yin 等[8]在鞍山微 细粒赤铁矿的油酸钠诱导剪切疏水絮凝研究中， 根据扩展DLVO理论计算出了油酸钠诱导疏水微 细赤铁矿颗粒的总相互作用势能，证实该系统的 疏水絮凝状态主要受颗粒间双电层排斥能和疏 水作用势能支配，双电层排斥能使颗粒间的作用 存在能垒，机械搅拌使颗粒获得动能克服能垒， 随着颗粒的进一步靠近，颗粒间疏水作用势能显 著增大，引起颗粒团聚。 3 疏水聚团分选工艺 以疏水聚团为基础的微细粒矿物分选工艺 较多，凡是矿物颗粒表面经选择性疏水化形成疏 水聚团，然后用适当物理方法分离的工艺，均称 疏水聚团分选法，如剪切絮凝-浮选、载体浮选、 乳化浮选、油团聚分选、两液分离分选等[9]。 3.1 剪切絮凝浮选剪切絮凝浮选 剪切絮凝浮选（Shear-flocculation flotation） 是在高剪切条件下搅拌悬浮液使矿粒团聚，然后 再直接用浮选回收的一种选矿方法，是微细粒矿 物回收的有效方法之一。王怀法等[10]通过试验证 明了剪切絮凝可以有效改善细粒煤浆的可滤性， 煤浆可滤性的改善源于剪切絮凝后形成的絮团 增大了颗粒的表观尺寸，改善了煤浆中颗粒的粒 度分布及滤饼的透气性。刘凤春[11]通过对细粒石 墨进行剪切絮凝试验研究， 在煤油用量为200 g/t、 搅拌机转速为 950 r/min、搅拌时间为 20 min、分 散剂（六偏磷酸钠）用量为 300 g/t、pH 值为 8 的试验条件下可以得到最佳石墨品味为 97、回 收率为 86.07的石墨精矿。Sahinkaya 等[12]分别 采用阴离子表面活性剂（油酸钠和十二烷基硫酸 钠）和金属阳离子无机盐（镁、铝、铁的氯化物） 对硬硼酸钙石进行了剪切絮凝行为研究，试验结 果指出油酸钠对硬硼酸钠的絮凝效果优于十二 烷基硫酸钠，且油酸钠适应的 pH 范围更广；当 存在镁、钡、铝和铁这些阳离子时，硬硼酸钙的 絮凝也能达到一个很好的效果。 3.2 载体浮选载体浮选 载体浮选（Carrier flotation）又称背负浮选 Piggy-back flotation， 是一种微细粒浮选新工艺， 第 2 期 陈军，等. 微细粒矿物疏水聚团的研究现状及进展 183 其基本原理是以粗粒矿物为载体，背负细粒矿 物，使其粘附在粗粒矿物表面，然后用常规泡沫 浮选法进行分离。根据载体来源不同，又分为异 类载体浮选和同类载体浮选。 科卡等[13]以粗粒方解石作为载体对SO3含量 高的高岭土进行明矾石（10 μm）脱除研究，并 对影响分离的参数进行了优化，优化后的参数 为捕收剂（油酸钠）为 1 kg/t、矿浆 pH 为 11、 载体粒度为-0.0530.038 mm、 载体与高岭土比值 为 10、捕收剂搅拌时间为 15 min、搅拌速度为 1750 r/min 及矿浆温度为 45 ℃，在优化条件下得 到 SO3含量为 1.03的高岭土精矿，高岭土回收 率为 57.95， 试验结果表明载体浮选优于传统浮 选工艺。郭健斌[14]对东鞍山赤铁矿进行载体浮选 试验研究，试验结果显示，赤铁矿载体浮选的效 果受矿浆 pH 值、捕收剂用量、搅拌强度、载体 粒度和比例等因素的影响，且试验得出当 pH 值 为 8、油酸钠浓度为 2.510-4 mol/L、辛基羟肟酸 钠浓度为 1.210-4 mol/L、 载体粒度为-5025 μm、 载体比例为 40时， 对于-10 μm粒级赤铁矿和-10 μm 粒级石英人工混合矿的复选分离，能获得-10 μm 粒级赤铁矿回收率为 90.76、精矿铁品味为 64.21、尾矿铁品味为 6.73的指标。朱阳戈等 [15]用载体浮选处理攀枝花难选微细粒钛铁矿，与 细粒矿物单独浮选相比， 0～20 m 粒级钛铁矿回 收率由 52.56提高到 61.96。赵华伦等[16]针对 难选氧化铜进行了浸出沉淀载体浮选法（简 称 LPCF 法）的可行性论证试验研究，试验得出 较为满意的结果精矿品味可达 21.25，回收率 为 94.26。 3.3 油团聚分选油团聚分选 选择性油团聚分选是处理细粒物料的有效 方法之一，根据非极性油用量的多少，油团聚分 选可分为 3 类乳化浮选（油水比约为 1） 、油 团聚分选（油水比约为 5）和两液分离（油水 比约为 10～20）[9]。 3.3.1 乳化浮选 乳化浮选（Emulsion flotation）又称为团聚 浮选Agglomeration flotation，是将捕收剂、非极 性油以及乳化剂制成的乳状液加入矿浆，经强机 械搅拌后使目的矿物形成疏水聚团的浮选，油药 比约为 0.6～2.0。 目前乳化浮选在煤浮选方面应用比较广泛。 沈正义等[17]对乳化浮选药剂浮选性能进行了研 究，研究结果表明乳化药剂对浮选完善程度有 一定的改进， 可以提高浮选速度、 节省药剂用量、 提高精煤产率。廖寅飞等[18]采用煤油乳化剂对细 粒煤进行了浮选研究，研究表明对选煤进行煤 油乳化处理，可以显著提高细粒煤的浮选效果， 且可以降低捕收剂的消耗量。 3.3.2 油团聚分选 油团聚分选（Oil agglomeration）又称球团聚 分选（Spherical agglomeration） ，最早由加拿大国 家研究委员会提出，其基本原理[19]是在矿浆中 加入捕收剂使目的矿物疏水，再加入非极性油使 其在疏水颗粒表面铺展开来形成油桥，使颗粒悬 浮体的疏水聚团行为得到强化，被非极性油覆盖 的细颗粒相互粘附形成油聚团，再通过常规浮选 方法对其进行分离回收。近十年，油团聚分选在 很多领域都有应用。 在煤的脱水、脱灰、脱硫浮选领域，刘杰等 [20]通过试验分别采用煤油、柴油及两者的复配使 浮选精煤产生疏水聚团来考察油团聚对细粒煤 脱水的影响，试验结果表明，油聚团的过程不仅 能很好的降低细粒煤的水分，而且还能降低煤样 的灰分。徐建平等[21]利用油团聚分选对混合煤样 进行黄铁矿硫脱除研究，并在试验确定的最佳试 验参数下，获得黄铁矿硫脱出率为 73.12、精煤 产率为 84.01的满意结果。 此后徐建平等[22]还利 用自主开发的团聚脱硫工艺，对两种复合药剂脱 除高硫煤中细粒黄铁矿进行了研究，并通过试验 得出所选复合药剂不仅对黄铁矿硫的脱除有稳 定的效果，而且对煤样有很明显的团聚效果，且 指出团聚现象的发生是由线性高分子聚合物类 药剂的吸附架桥和非燃料极性油类药剂的非极 性共同引起的。 在细粒金的浮选领域，瑟[23]针对细粒金的回 收，在前人研究的煤-油-金团聚法的基础上提出 了“煤-油团聚助金浮选法”， 该浮选法所用的煤和 团聚剂用量较小，可有效处理金矿石，实验结果 也表明了该浮选法可以提高金的浮选指标。 在细粒氧化物的浮选领域，沙多夫斯基等[24] 采用油团聚浮选对氧化锌 （ZnO） 和氧化镁 （MgO） 的水悬浮液进行试验， 并对自然 pH 下吸附在两种 氧化物上的表面活性剂的吸附等温线和 ζ 电位进 行了测量。吸附等温线测量结果显示用油酸钠时 吸附密度最大；ζ 电位测量结果表明，加入阳离子 表面活性剂使 ζ 电位正值增加，且 MgO 的正 ζ 电 位随阴离子表面活性剂的浓度增加而降低。 184 矿 物 学 报 2014 年 在废纸的脱墨浮选领域，于传兵等[25]对废纸 进行了油团脱墨浮选研究，在碎浆时间 15 min、 碎浆浓度为 12、碎浆温度为 45 ℃、搅拌速度 为435 r/min、 pH值为 10.5的条件下， 采用NaOH、 Na2SiO3和 SDA-405 为脱墨剂，以油酸为团聚油 对废纸进行脱墨浮选，得到了白度 81.90、纸纤 维回收率 92.68的良好指标。 在微细粒金属矿浮选领域，王晖等[26]对浙江 某钼矿山库存的尾矿进行了微细粒钼矿的油团 聚浮选回收试验研究，指出油团聚浮选是一种从 尾矿中回收微细粒辉钼矿资源的有效手段，且工 业试验表明，可以从含钼 1.05的浮选尾矿中， 获得钼品位为 22.62、回收率为 94.93的钼精 矿，具有显著的经济效益和社会效益。 油团聚分选工艺，优点是在分离微细粒矿物 的同时也对产品进行了脱水，故而简化了固液分 离工艺；其缺点表现在分选过程药剂用量比较 大，导致生产成本较高。 3.3.3 两液分离 两液分离法（Two-liquid separation）就是向 经过调整剂调浆后的矿浆中加入捕收剂，使目的 矿物表面疏水化，再注入非极性油，在剪切力场 中，使疏水颗粒粘附于油珠上并形成稳定的乳浊 液，然后送至分离装置使覆盖疏水颗粒的油珠上 升至矿浆上部，形成有疏水矿物富集的油层，最 后采用相分离的方法，使疏水性矿物与亲水性矿 物分离。 张香亭等[27]通过分单矿物、人工混合矿样和 实际矿样试验，对高岭土中的铁进行了双液浮选 法脱除研究，试验表明在油酸钠用量 400 g/t， 碳酸钠用量 2000 g/t，油水容积比 2∶5，搅拌速 度 1750 r/min，分选时间 8 min 的最佳试验条件 下，煤系高岭土中的铁可得到有效脱除。科卡巴 格等[28]用双液浮选法研究了矿浆电位、捕收剂和 抑制剂浓度对黄铁矿、黄铜矿和方铅矿可浮性的 影响，试验得出当使用 Na2S 还原剂时，3 种硫 化矿物均发生浮选；用或不用捕收剂，黄铜矿和 黄铁矿均能在相同的电位下发生浮选；方铅矿则 要在更高的还原电位下用捕收剂才能浮选；氰化 物是通过调节电位的抑制剂，而铬酸盐是不通过 调节电位的抑制剂。 3.4 其他疏水聚团分选工艺其他疏水聚团分选工艺 对于弱磁性微细粒矿物，已研究出结合疏水 聚团及矿物磁性的分选方法有疏水聚团磁种法 及复合絮凝法等。 疏水团聚磁种法是利用表面活性剂使磁种 粘附到疏水的目的矿物上实现分选的方法。严波 等[29]对油墨的疏水聚团磁种分选进行了试验研 究，采用疏水性的磁铁矿作为磁种，用煤油使油 墨与磁种发生聚团，然后采用磁选法去除油墨。 研究结果表明， 在磁种用量为 3 g/L、 煤油用量为 0.3125 g/L、pH9、搅拌时间为 45 min、温度为 45 ℃的条件下，油墨在磁选产品中的回收率达 94.99。 宋少先等[30]在 1997 年将弱磁性矿物颗粒在 外磁场中的疏水絮凝现象称为复合絮凝，并通过 试验和计算得出复合絮凝比单一的疏水絮凝和 磁絮凝强烈的多；单一的外磁场不能形成强烈絮 凝，但可以强化疏水絮凝过程，外磁场的作用在 于减小以至消除疏水颗粒间总相互作用势能的 能垒，从而使絮团更易产生。 4 疏水聚团的主要影响因素 4.1 添加药剂添加药剂 4.1.1 表面活性剂的添加 在选择性疏水聚团分选中，表面活性剂充当 捕收剂的角色，主要作用是对微细粒矿物进行表 面改性使其表面选择性疏水化，为微细粒矿物疏 水聚团提供先决条件。表面活性剂对疏水聚团的 影响主要表现在表面活性剂的种类和表面活性 剂浓度上。 刘建军等[31]发现孔雀石可被丁基黄药选择 性疏水化。张厚民[32]发现，十八醇及硬脂酸等能 改变熔融色料的表面性质，使之脱离纤维，脱离 的色料颗粒在高温下进行机械搅拌将发生聚团。 王伟等[33]通过试验发现，以配比为 5∶1～10∶1 的油酸钠/硬脂酸作为改性剂对磁铁矿表面的疏 水改性效果较好。张晓萍等[34]对微细粒高岭石在 水介质中的聚团行为进行了研究，发现添加阳离 子型胺盐类表面活性剂可以显著提高高岭石的 疏水聚团行为，且随着烷基伯胺盐类表面活性剂 浓度的增大， 高岭石的聚团行为更加显著。 Ozkan 等[35]对重晶石、天青石和方解石进行了剪切絮凝 浮选研究，试验考察了表面活性剂（油酸钠）的 浓度对矿物的润湿临界表面张力（γc）的影响， 提出在剪切絮凝过程中矿物的γc值是表面活性剂 的一个函数，即表面活性剂浓度存在一个利于剪 切絮凝的最佳值。此外，表面活性剂浓度对聚团 第 2 期 陈军，等. 微细粒矿物疏水聚团的研究现状及进展 185 形态也有很大的影响，Ji 等[36]对赤铁矿微粒通过 十二烷基硫酸钠（SDS）的疏水凝聚和聚合行为 进行了研究， 结果表明 SDS 浓度对赤铁矿微粒的 聚团形态有显著的影响。采用环境扫描电子显微 镜对不同 SDS 浓度下的聚团形态进行了观察， 如 图 2 所示当 cSDS为 1.410-4 mol/L 时，是典 型的球型聚团；浓度为 1.010-3 mol/L 时，是较 密实的聚团形态， 浓度为 1.010-2 mol/L 时， 是“链 状”聚团； 浓度为 2.510-1 mol/L 时， 是多孔聚团。 cSDS aI 1.410-4 mol/L; aII 1.010-3 mol/L; aIII 1.010-2 mol/L; aVI 2.510-1 mol/L 图 2 50 nm 粒级赤铁矿溶胶颗粒在不同浓度 SDS 下聚团形态的 ESEM 图片[36] Fig. 2. ESEM images for aggregated Hs50 sol particles at different SDS concentrations in the solution. 4.1.2 非极性油的添加 研究表明，处理微细粒矿物时，添加非极性 油和进行强力机械搅拌是实现有效分选的前提 和保证，且非极性油的添加对微细粒矿物疏水聚 团具有强化作用。早在 1992 年宋少先等[37]就针 对非极性油对微粒矿物疏水絮凝的强化作用进 行了深入的研究，提出了诱导疏水微粒与非极性 油珠相互作用的机理模型和能量数学模型，并对 微粒菱锰矿与煤油油珠的相互作用势能进行了 计算，证实了非极性油具有强化疏水聚团的作 用。有研究指出[38]，非极性油强化疏水的机理 一是非极性油珠及疏水油珠与疏水颗粒发生黏 附，并在其表面适度展开，使颗粒表面的疏水性 得到进一步增强，从而使颗粒悬浮体的疏水聚团 行为获得强化；二是非极性油在 2 个疏水颗粒之 间形成油桥，大大地提高了聚团抗碎的能力，使 聚团能稳定地存在和继续生长。 Song 等[39]在辉钼 矿疏水聚团浮选研究中，通过扫描电镜观察聚团 形态考察了非极性油的添加对疏水聚团的影响， 结果显示添加非极性油的矿粒聚团比未添加非 极性的聚团更加紧凑，且强度更大。 同时，不同种类的非极性油对疏水聚团的强 化效果也有所差异。Ucbeyiay[40]考察了以不同非 极性油（正庚烷、煤油、粗苯和正己烷）作为桥 接药剂对细粒煤疏水絮凝的影响，试验结果表 明在自然 pH 下，采用煤油作为桥接药剂，细 粒煤的疏水絮凝效果最佳。 4.2 强机械搅拌强机械搅拌 有关疏水聚团分选的试验研究都表明，强力 的机械搅拌是疏水聚团形成、聚团尺寸大小及聚 团净化的主要控制手段。机械搅拌对疏水聚团的 影响主要体现在搅拌强度（搅拌速度）和搅拌时 间上。 Fu 等[41]通过试验得出，采用油团聚浮选在 搅拌时间为 3 min、搅拌强度为 400～600 r/min 的条件下可以从细粒尾矿中充分回收细粒辉钼 矿。张兴旺等[42]在微细粒辉钼矿疏水聚团浮选研 究中进行了动能输入试验和疏水聚团浮选动力 学试验。动能输入试验考察了不同搅拌强度与不 同搅拌时间对辉钼矿微细矿粒疏水聚团浮选结 果的影响，试验结果如图 3 所示，随着机械搅拌 强度从 300 r/min 增加到 1300 r/min，微细粒辉钼 矿的上浮率显著提高，说明了机械搅拌的输入能 强化辉钼矿颗粒疏水聚团的效果，且适当的搅拌 时间对辉钼矿颗粒疏水聚团的形成非常有利；疏 水聚团浮选动力学试验考察了机械搅拌对辉钼 矿聚团的浮选速率的影响， 试验结果如图 4 所示， 试验结果表明机械搅拌强度的强弱显著影响着 辉钼矿的浮选速率。 图 3 动能输入试验[42] Fig. 3. kinetic energy test. 186 矿 物 学 报 2014 年 图 4 浮选动力学试验[42] Fig. 4. Flotation kinetics test. 4.3 矿浆矿浆 pH 值的影响值的影响 众所周知，疏水聚团的形成主要取决于颗粒 的表面性质。介质 pH 值的变化会对微细颗粒表 面的 zeta 电位产生一定的影响，进而影响疏水颗 粒团聚的效果， 因此控制介质 pH 是非常重要的。 Snmez[43]考察了 pH 对天青石剪切絮凝浮选的影 响，实验结果表明，天青石颗粒可以在 pH 值为 3～13 的范围内絮凝， 且当 pH 值为 8.8 时絮凝效 果最佳，pH 值高于 8.8 或低于 8.8 时絮团都会减 少。张晓萍[44]在微细粒高岭石与伊利石疏水聚团 的机理研究中考了 pH 对高岭石和伊利石的分散 和聚团的影响，试验结果显示，对于高岭石，当 pH9 时，颗粒处于分散状态。对于伊 利石，由于其聚团效果差，只在弱酸条件下有一 定的聚团效果。张兴旺[45]在微细粒辉钼矿聚团浮 选研究中考察了在无任何药剂时矿浆 pH 值对疏 水聚团及浮选结果的影响，试验结果表明辉钼矿 适宜在酸性或中性条件下进行疏水聚团浮选，碱 性条件下浮选效果很差。可见，适宜的 pH 环境 对疏水聚团的影响是有利的。 5 疏水聚团在煤泥水聚团沉降方面 应用展望 煤矿开采伴随机械化采煤程度的增加和煤 质的变差，普遍出现难处理的高泥化煤泥水。这 些难处理的煤泥水具有浓度大、粒度细、粘土矿 物含量高、颗粒表面电负性强等特点。这使得矿 物颗粒特别是粘土颗粒表面容易形成较强的水 化膜，颗粒间产生有很强的水化排斥力，不能凝 聚沉降，使煤泥水分散体系仍然保持着较强的稳 定性。若按常规处理方法添加电解质凝聚剂和高 分子絮凝剂，沉降效果并不理想，还会给选煤厂 的其他作业带来不利的影响。此时，可以通过添 加表面活性剂如阳离子胺盐使矿粒表面疏水 化来破解水化膜[46]，颗粒表面被疏水化后在水 中会发生相互吸引作用，形成疏水聚团。形成疏 水聚团使煤泥水体系中沉降颗粒粒径增大，根据 Stokes 沉降公式知，颗粒沉降速度与颗粒的直径 平方呈正比例关系， 粒径越大， 沉降速度也越大。 而微细粒矿物在水中的沉降，表面性质的影响也 至关重要，微流边界层理论[47]将这种影响归结于 固体表面分子对水分子的引力作用。文书明[48] 通过试验得出对于疏水性矿粒，表面极性弱， 固体表面对水分子的引力小，矿粒的自由沉降的 速度变大。由此可见，采用合适的表面活性剂对 煤泥颗粒表面进行疏水化改性，并使疏水颗粒形 成疏水聚团，是煤泥水沉降的一个新的思路，有 利于提高煤泥的回收利用率，具有较大的经济意 义和环保意义。 第 2 期 陈军，等. 微细粒矿物疏水聚团的研究现状及进展 187 参参 考考 文文 献献 [1] 赵培培, 曹亦俊. 细粒矿物浮选技术和高效浮选柱研究进展[J]. 金属矿山, 2011, 12 78-81. [2] 卢寿慈. 疏水聚团分选的进展[J]. 金属矿山, 1999, 9 15-18. [3] 尚旭, 张文彬, 刘殿文, 凌石生, 殷志勇. 微细粒矿物的分选技术及设备探讨[J]. 矿产保护和利用, 2007, 1 31-35. [4] 欧阳坚. 微细粒矿物分散和疏水聚团理论与应用研究[D]. 长沙 中南工业大学, 1995 7-10. [5] 卢寿慈, 宋少先, 戴宗福. 微细矿粒在水中的分散[J]. 武汉钢铁学院学报, 1991, 14, 1 1-6 [6] 卢寿慈, 宋少先. 微细矿粒在水溶液中的疏水絮凝[J]. 武汉钢铁学院学报, 1991, 141 7-14. [7] 李哲, 肖伟丽, 徐占春. 鳞片石墨在水中的聚团行为[J]. 黑龙江科技学院学报, 2011, 216 425-428. [8] Yin W, Yang X, Zhou D, Li Y, L Z. Shear hydrophobic flocculation and flotation of ultrafine Anshan hematite using sodium oleate [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 213 652-664. [9] 卢寿慈, 翁达. 界面分选原理及应用[M]. 北京 冶金工业出版社, 1992. [10] 王怀法, 李淑珍, 李采芳. 剪切絮凝改善细粒煤泥可滤性的试验研究[J]. 煤炭加工与综合利用, 2000, 6 30-32. [11] 刘凤春. 剪切絮凝浮选细粒石墨的研究[J]. 中国矿业, 2012, 216 81-87. [12] Ucbeyiay Sahinkaya H, Ozkan A. Investigation of shear flocculation behaviors of colemanite with some anionic surfactants and inorganic salts [J]. Separation and Purification Technology, 2011, 801 131-139. [13] 科卡 S, 周廷熙. 从高岭土中载体浮选明矾石[J]. 国外金属矿选矿, 2001, 9 42-45. [14] 郭建斌. 东鞍山赤铁矿载体浮选试验研究[J]. 矿冶工程, 2003, 233 29-31. [15] 朱阳戈, 张国范, 冯其明, 卢毅屏, 欧乐明. 微细粒钛铁矿的自载体浮选[J]. 中国有色金属学报, 2009, 193 554-559. [16] 赵华伦, 余成. 浸出-沉淀-载体浮选法处理冲江氧化铜矿试验研究[J]. 四川地质学报, 2012, S2 223-226. [17] 沈正义, 卓金武, 匡亚莉, 陈祥君. 乳化浮选药剂浮选性能的研究[J]. 煤炭科学技术, 2007, 358 65-67. [18] 廖寅飞, 安茂燕, 夏文成. 煤油乳化捕收剂在细粒煤浮选中的研究[J]. 洁净煤技术, 2010, 2 17-19. [19] Ozkan A, Aydogan S, Yekeler M. Critical solution surface tension for oil agglomeration [J]. International Journal of Mineral Processing, 2005, 761-2 83-91. [20] 刘杰, 刘炯天, 李延锋, 李振, 商林萍. 细粒煤脱水的试验研究[J]. 选煤技术, 2008, 2 6-9. [21] 徐建平, 陈跃华. 煤中黄铁矿硫团聚脱硫的主要影响因素[J]. 煤炭科学技术, 2006, 346 81-84. [22] 徐建平, 陈跃华. 复合团聚药剂脱除高硫煤中黄铁矿硫[J]. 北京科技大学学报, 2008, 311 7-10. [23] 瑟 S. 用煤-油团聚助浮选法回收金[J]. 国外金属矿选矿, 2005, 4212 28-32. [24] 沙多夫斯基 Z, 等. 细粒氧化物的团聚浮选[J]. 国外金属矿选矿, 2005, 42 6 30-32. [25] 于传兵, 张立诚. 团聚浮选在废纸脱墨中的应用[J]. 有色金属选矿部分, 2006, 5 25-27. [26] 王晖, 于润存, 符剑刚, 应斌. 油团聚浮选回收尾矿中微细粒辉钼矿的研究[J]. 矿冶工程, 2009, 291 30-33. [27] 张香亭, 刘晨宏, 郭东风. 双液浮选脱除煤系高岭土中的铁[J]. 煤炭学报, 2000, S1 186-192. [28] 科卡巴格 D 等. 硫化矿物的双液浮选电化学[J]. 国外金属矿选矿, 2008, 3 34-38. [29] 严波, 郑其, 车小奎, 段锦, 张雷. 油墨的疏水聚团磁种分选试验研究[J]. 环境科学与工程, 2010, 3312F 165-168. [30] 宋少先, 崔吉让, 卢寿慈. 弱磁性矿物颗粒在外磁场中的疏水絮凝[J]. 有色金属, 1997, 491 49-54. [31] 刘建军, 吉干芳, 王淀佐. 微细粒氧化铜矿疏水性团聚浮选的研究[J]. 有色金属, 1991, 433 40-46. [32] 张厚民. 用于生产优质纸张和商品浆的混合办公废纸的脱墨[J]. 现代浆纸技术, 2004, 236 19-21. [33] 王伟, 沈辉. 纳米 Fe3O4颗粒改性详析[J]. 材料科学与工艺, 2001, 94 431-433. [34] 张晓萍, 胡岳华, 黄红军, 邓美姣. 微细粒高岭石在水介质中的聚团行为[J]. 中国矿业大学学报, 2007, 364 514-517. [35] Ozkan A, Uslu Z, Duzyol S, Ucbeyiay H. Correlation of shear flocculation of some salt-type minerals with their wettability parameter [J]. Chemical Engineering and Processing, 2007, 4612 1341-1348. [36] Ji Y, Black L, Kster R, Janek M. Hydrophobic coagulation and aggregation of hematite particles with sodium dodecylsulfate[J]. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 2007, 2983 235–244. [37] 宋少先, 卢寿慈. 非极性油对水中微粒矿物疏水絮凝强化作用的研究[J]. 有色金属, 1992, 443 29-35. [38] 程晓虎, 程晓玲. 微细粒高硫煤团聚脱硫工艺条件探索[J]. 煤质技术, 2008, 1 45-48. [39] Song S, Zhang X, Yang B, Mendoza A. Flotation of molybdenite fines as hydrophobic agglomerates [J]. Separation and Purification Technology, 2012, 98 451-455. [40] Ucbeyiay H. Hydrophobic flocculation and Box–Wilson experimental design for beneficiating fine coal [J]. Fuel Processing Technology, 2013, 106 1-8. [41] Fu J, Chen K, Wang H , Guo C, Liang W. Recovering molybdenite from ultrafine waste tailings by oil agglomerate flotation [J]. Minerals Engineering, 2012, 39 133-139. 188 矿 物 学 报 2014 年 [42] 张兴旺, 黄晓毅, 来红伟. 微细粒辉钼矿疏水聚团浮选研究[J]. 有色金属科学与工程, 2012, 36 65-68. [43] Snmez İ. Application of a statistical design to the shear flocculation of celestite with Na-Oleate [J]. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 2007, 3021-2 330-336. [44] 张晓萍. 微细粒高岭石与伊利石疏水聚团的机理研究[D]. 长沙 中南大学, 2007 [45] 张兴旺. 微细粒辉钼矿聚团浮选研究[D]. 武汉 武汉科技大学, 2010 [46] 彭陈亮, 闵凡飞, 赵晴, 李宏亮. 微细矿物颗粒表面水化膜研究现状及进展综述[J]. 矿物学报, 2012, 324 515-522. [47] 文书明. 微流边界层理论及其应用[M]. 北京 冶金工业出版社, 2002 100-103. [48] 文书明. 汪伦等.疏水性微细矿粒在水中的沉降速度[J]. 有色金属选矿部分, 2004, 2 33-36. A Review Research Status and Progress on Hydrophobic Aggregation of the Fine Particles Mineral CHEN Jun, MIN Fan-fei, WANG Hui Anhui University of Science hydrophobic aggregation; ation mechanism; influencing factor; coal slurry water