硫化礦浮選體系中滑石的可浮性研究

潘高產

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

硫化礦浮選體系中滑石的可浮性研究

潘高產

(湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

文章通過浮選試驗、接觸角測量等研究了硫化礦浮選體系中滑石的可浮性。研究結果表明:滑石具有不受pH影響的天然可浮性,硫化礦浮選體系中戊基鉀黃藥(PAX)和金屬離子不會影響滑石的可浮性;滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角低于層面,約小10°,弱堿性條件下PAX和金屬離子不會影響滑石的表面潤濕性;弱堿性硫化礦浮選體系中滑石具有良好的可浮性。

滑石;硫化礦;浮選;天然可浮性

多數硫化礦的生成與基性或超基性巖有關,因此硫化礦中脈石礦物組成十分類似[1]。滑石作為硫化礦礦石中常見的脈石礦物之一,它是層狀結構硅酸鹽,莫氏硬度為1,理論MgO含量31.72%,滑石層內為離子鍵、層間為分子鍵,表面呈非極性,疏水性較強[2,3]。磨礦過程中滑石易碎,會產生層面和斷面兩種不同性質的表面[4,5],硫化礦浮選中滑石形成的大量易浮礦泥致使硫化礦物與滑石難以有效分離[6,7]。目前為止,硫化礦浮選中滑石的浮選行為研究仍然較少,因此,本文詳細研究了硫化礦浮選體系中滑石的可浮性,可供硫化礦浮選消除滑石和降低氧化鎂含量時參考。

1 試 驗

1.1 礦樣與試劑

滑石、黃鐵礦、硫化銅鎳礦經人工破碎、手選后,挑選結晶完好的滑石塊供磨片使用,其余礦樣再次破碎后用瓷球磨磨礦、干式篩分,制取粒度小于0.150 mm礦樣供浮選試驗使用。礦樣名稱和主要礦物組成列于表1。

表1 礦樣名稱和主要礦物組成%

試驗中調整劑鹽酸、氫氧化鈉、氯化鎂、氯化鈣、氯化銅、氯化鐵和氯化鎳均為分析純;捕收劑戊基鉀黃藥(PAX)為工業品;起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)為工業品。試驗用水是一次蒸餾水。

1.2 浮選試驗

礦樣準備:滑石浮選時2.0 g滑石直接使用;人工混合礦浮選時適量黃鐵礦、硫化銅鎳礦加50 mL蒸餾水置入燒杯中用超聲波清洗6 min,靜止1 min后倒掉懸浮液,燒杯底部礦樣與2.0 g滑石混合后進行浮選試驗。浮選設備:XFG型掛槽式浮選機,槽容積40 mL。浮選流程與條件:浮選試驗流程如圖1所示;浮選溫度為室溫;浮選試驗起泡劑MIBC用量為8.5 mg/L。產品處理:浮選泡沫產品和槽內產品分別烘干、稱重后計算產率;單礦物滑石浮選后其回收率等于泡沫產品產率,人工混合礦通過化學分析MgO含量計算滑石回收率。

圖1 浮選試驗流程

1.3 接觸角測量

利用JJC-1型潤濕接觸角測量儀進行潤濕接觸角測量試驗。將滑石塊制成2×2×2 cm3方塊,調漿前用軟毛刷沾水多次刷洗滑石表面。礦塊按照浮選條件加藥調漿,然后自然晾干,用水滴法測量接觸角∠BOC,水滴直徑約2～3 mm,每個條件測量5次,去掉最大值和最小值計算平均值。接觸角測量示意圖如圖2所示。

圖2 接觸角測量示意圖

2 試驗結果與討論

2.1 滑石可浮性

2.1.1 pH對滑石可浮性的影響

圖3是pH對滑石浮選回收率的影響。由圖3曲線可知,在較寬pH值(pH=3～11)范圍內,僅添加8.5 mg/L起泡劑MIBC,滑石就具有90%左右的浮選回收率,可見滑石具有不受pH值影響的天然可浮性。

圖3 pH對滑石浮選回收率的影響

2.1.2 PAX和金屬離子對滑石可浮性的影響

圖4是PAX和金屬離子對滑石浮選回收率的影響。由圖4曲線可知,隨PAX用量增大,滑石回收率幾乎沒有變化,說明PAX沒有吸附在滑石表面,硫化礦捕收劑PAX不會影響滑石的可浮性。pH =8.5時,隨Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ni2+和Cu2+等金屬離子用量增加,滑石回收率變化不大,可見硫化礦浮選體系中的難選金屬離子不會影響滑石的可浮性。圖5是混合體系對滑石可浮性的影響。金屬離子和硫化礦捕收劑PAX共存的體系不會影響滑石的浮選回收率和可浮性。

圖4 PAX和金屬離子對滑石浮選回收率的影響

圖5 混合體系對滑石可浮性的影響

2.1.3 硫化礦含量對滑石可浮性的影響

圖6所示為人工混合礦浮選分離時硫化礦含量對滑石浮選回收率的影響。隨黃鐵礦和硫化銅鎳礦含量增加,滑石浮選回收率始終保持在85%左右,可見硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性,這與滑石單礦物試驗結果一致。

2.2 滑石表面潤濕性

圖6 硫化礦含量對滑石浮選回收率的影響

圖7是pH對滑石表面潤濕性的影響。在較寬pH值范圍內,滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角明顯低于層面,約小10°,滑石表面潤濕性較差,疏水性較好。圖8、圖9、圖10分別是PAX和Mg2+、 Ca2+和Fe3+、Cu2+和Ni2+用量對滑石表面潤濕性的影響。這些圖中曲線有著共同的規律:硫化礦捕收劑PAX和金屬離子幾乎不影響滑石的表面潤濕性,在這些難選組分作用下,滑石始終保持著較好的疏水性,因此,硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性。滑石的良好表面潤濕性很好地解釋了滑石不受硫化礦浮選體系影響而上浮的現象。

圖7 pH對滑石表面潤濕性的影響

圖8 PAX和Mg2+用量對滑石表面潤濕性的影響

2.3 討 論

滑石是層狀鎂硅酸鹽礦物,它的晶體結構是由三個基本結構層組成結構單元層后堆砌而成(如圖11所示),每個結構單元層中,上下兩層均系硅氧四面體,尖端彼此相對,中間夾著氫氧鎂石層[8]。結構單元層內電荷平衡,層間沒有離子填充,結構單元層間是微弱的分子鍵,層內原子間為共價鍵和離子鍵[9]。滑石層狀結構中硅氧四面體所有未飽和的氧都分布在結構單元層內側,分布在結構單元層外側的氧都達到了價鍵飽和,因此滑石層面沒有極性,呈疏水性;滑石端面由斷裂的Si-O和Mg-O(OH)組成,這些未飽和的共價鍵和離子鍵使滑石端面具有親水性[10]。

圖9 Ca2+和Fe3+用量對滑石表面潤濕性的影響

圖10 Ni2+和Cu2+用量對滑石表面潤濕性的影響

圖11 滑石結構單元層

破碎時滑石容易沿層間結合力較弱處解理,解理后滑石表面以層面為主[11],Zbik等[12]認為粒徑小的滑石顆粒,其端面對總表面的比率較高,對于微米級的滑石顆粒,其端面對總表面的比率為13%, Morris等[11]也認為滑石顆粒表面90%是疏水的層面。因此,滑石的晶體結構和解離特性決定了滑石具有良好的疏水性和可浮性,僅在起泡劑MIBC作用下,就可以得到90%左右的滑石回收率,所以滑石具有天然可浮性。

滑石化學性質比較穩定,一般不和強酸、強堿發生作用[13],隨pH變化,滑石表面性質基本不發生改變,所以其可浮性不受pH影響。滑石在很寬的pH范圍內荷負電,且在堿性條件下隨pH升高滑石表面動電位負值增大,這是因為滑石端面具有鍵合羥基的能力[9]。在弱堿性的硫化礦浮選體系中,硫化礦表面溶解的金屬離子會與滑石端面競爭吸附礦漿中的羥基,并且金屬離子會優先與礦漿中的羥基作用,同時,硫化礦捕收劑與金屬離子具有較強的鍵合作用,因此,占比表面積較小的滑石端面與金屬離子的作用十分微弱,這對滑石天然可浮性的影響極其微小。弱堿性硫化礦浮選體系中,滑石具有良好的可浮性,這種可浮性不受硫化礦捕收劑和難選金屬離子的影響。含滑石硫化礦浮選時,可以利用滑石的天然可浮性通過預先浮選將其脫除,也可以通過高效抑制劑先抑制滑石再浮選硫化礦。

3 結 論

1.滑石具有不受pH影響的天然可浮性。弱堿性條件下,滑石的可浮性不受硫化礦捕收劑和金屬離子的影響,硫化礦浮選體系不會影響滑石的可浮性。

2.滑石層面接觸角約為69°,端面接觸角低于層面,約小10°;滑石表面以疏水層面為主。

3.含滑石硫化礦浮選時可以通過預先浮選脫除滑石和添加抑制劑抑制滑石。

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Abstract:Talc flotability in the system of sulfide minerals flotation was studied through flotation tests and contact angle measurement.Results show that talc has natural floatability which not affected by pH value.In the system of sulfide minerals flotation,potassium amyl xanthate(PAX)and metal ions would not change the good floatability of talc.Contact angle of talc on lay face is about 69°,that on edge face about 10°lower than lay face.In the alkaline condition,PAX and metal ions could not influence the surface wettability of talc and talc still has good floatability in the sulfide minerals flotation system.

Key words:talc;sulfide minerals;flotation;natural flotability

Study on Talc Floatability in the System of Sulfide Minerals Flotation

PAN Gao-chan
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

TD952

A

1003-5540(2012)01-0009-04

2011-09-19

潘高產(1983-),男,工程師,主要從事選礦工藝研究和浮選藥劑開發工作。