EPE型雙親嵌段共聚物對細粒螢石和石英的強化分散作用

2018-06-14 03:23:58錢玉鵬邱玄陳彬胡善海秦煦坤

金屬礦山 2018年5期

錢玉鵬邱　玄陳　彬胡善海秦煦坤

（1.武漢理工大學資源與環境學院，湖北武漢430070；2.礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，湖北武漢430070）

螢石又稱氟石，是CaF2的結晶體，化學元素氟的主要來源。由于氟原子的獨特化學性質，廣泛應用于新能源、新材料、國防、制冷、光學、電子、冶金、化工、原子能工業、建材、醫藥、農藥等產業[1]。

目前，國內外富集螢石及獲得高品質螢石精礦的方法主要是浮選法，該方法雖可使螢石精礦的品位達到90%以上[2]，但隨著顆粒粒度變細，螢石與石英顆粒之間極易發生團聚，增大兩者的分離難度。硅酸鈉和六偏磷酸鈉等是石英的常規抑制劑，也在一定程度上對螢石有抑制作用。因此，尋找合適的分散、抑制劑，是解決細粒螢石和石英浮選分離的關鍵。

Pluronic F-127是由Sigma公司生產的一種嵌段聚醚高分子表面活性劑，具有典型的兩親性，廣泛用作潤濕劑、分散劑、增稠劑及乳化劑等。相關文獻[3]報道，利用F-127在固液界面聚集的特性，可以調控固液分散體系的穩定性，顯著提高碳納米管的分散效果。

試驗以細粒（-30 μm）螢石和石英為對象，系統研究了EPE型雙親嵌段共聚物F-127對細粒螢石和石英在介質中分散聚沉行為的影響，并通過表面電位測試和紅外光譜測試分析了其作用機理，為細粒螢石和石英的分離提供理論基礎。

1　試樣、試劑及試驗方法

1.1　試樣與試劑

試驗用螢石純礦物取自福建武夷山某螢石礦，石英純礦物取自江西某石英廠。礦石經破碎、磨礦、沉降分級，獲得-30 μm粒級。XRD分析表明，螢石和石英試樣純度均在97%以上，達到純礦物試驗要求。

F-127購自Sigma公司，礦漿pH調整劑硫酸和氫氧化鈉均為分析純試劑。

1.2　試驗方法

1.2.1沉降試驗

用沉降試驗研究礦物顆粒的分散、聚沉行為。稱取試驗樣（螢石與石英的人工混合礦按質量比1∶1混合）2.00 g，加入去離子水100 mL，用硫酸或氫氧化鈉調節礦漿的pH，調節F-127的用量，充分攪拌4 min后，將礦漿轉移至100 mL具塞量筒中，上下顛倒量筒10次后靜置沉降1 h，采用WGZ-3A型濁度儀測量上層懸濁液的濁度（濁度值越大，表示上層懸浮液中的顆粒數目越多，顆粒處于較好分散狀態；濁度值越小，表示上層懸浮液中的顆粒數目越少，顆粒處于聚團狀態）。

1.2.2光學顯微鏡分析

取一滴可能處于團聚狀態的人工混合礦溶液于載玻片上，在光學顯微鏡下觀察，分析所得到的圖像結果。

1.2.3Zeta電位測試

利用ZEN3690型馬爾文Zeta電位儀進行電位測試。稱取0.1 g純礦物研磨至-10 μm，加入100 mL不同濃度的F-127溶液，在磁力攪拌器作用1 h后測試顆粒的表面電位。

1.2.4光譜測試

將與藥劑作用后的礦漿在室溫下自然風干，取少量礦樣與光學純溴化鉀混合后研磨制片，在Nicolet IS-10型紅外光譜儀中進行測量，分析得到的紅外圖譜。

2　試驗結果與討論

2.1　礦漿pH值對細粒螢石和石英的異相凝聚行為的影響

礦漿pH值對細粒螢石、石英純礦物和人工混合礦分散聚沉行為的影響見圖1，人工混合礦的異相凝聚圖片見圖2。

由圖1可知，在試驗pH范圍內，石英純礦物的分散濁度較高（均高于700 NTU），且隨著pH值的升高，礦漿分散濁度逐漸升高，原因在于隨著礦漿pH值的上升，石英表面Zeta電位絕對值越高，顆粒在介質中越穩定[4]；螢石在試驗pH范圍內處于穩定的分散狀態，分散濁度在400 NTU左右，且受礦漿pH值變化的影響不大；在試驗pH范圍內，人工混合礦的分散濁度均低于100 NTU，分散濁度顯著低于純礦物，說明細粒螢石和石英在試驗pH范圍內均存在明顯的團聚聚沉現象。通過對沉降底層礦漿進行光學顯微鏡分析（圖2）可知，礦漿體系中細粒石英與螢石發生了較為強烈的異相凝聚現象，圖中兩處顯示細粒石英（灰白色顆粒）極易與螢石（黑色顆粒）發生吸附，從而形成復雜的絮團結構，迅速沉降，導致人工混合礦的分散濁度遠低于純礦物濁度。

2.2　F-127對人工混合礦顆粒分散效果的影響

2.2.1礦漿pH值的影響

在礦漿pH值分別為6、8、10的情況下研究了F-127濃度對人工混合礦顆粒分散效果的影響，結果見圖3。

由圖3可知：①隨著礦漿pH值的升高，體系的分散性逐漸增強，當礦漿pH=6，F-127濃度達到8%時，體系達到較好的分散效果；當礦漿pH=8，F-127濃度達到6%時，體系處于穩定的分散狀態；當礦漿pH=10，F-127濃度為2%時，人工混合礦就已經具有良好分散效果。這是由于在不同pH值條件下，F-127具有不同的臨界膠束值[5]，使得其在顆粒表面的作用效果不同。②礦漿pH=10的情況下，隨著F-127濃度的增大，人工混合礦分散濁度迅速上升，而后繼續增大F-127的濃度，人工混合礦分散濁度不再變化。③礦漿pH=6和8的情況下，隨著F-127濃度的增大，人工混合礦分散濁度先基本不變化，后顯著上升；繼續增大F-127的濃度，人工混合礦分散濁度不再變化。F-127濃度的增大，體系分散穩定性明顯提升，這是由于F-127具有典型的高分子分散劑的特征[6]，低濃度時藥劑在顆粒表面是單層吸附，當藥劑濃度達到臨界膠束值時，吸附層厚度迅速增加，高分子藥劑利用空間位阻作用實現對顆粒的分散。

2.2.2F-127濃度的影響

在pH=8情況下F-127濃度對細粒螢石、石英純礦物及人工混合礦分散聚沉行為的影響見圖4。

由圖4可知，在F-127的作用下，細粒螢石和石英純礦物分散濁度均有一定程度的提高，說明F-127能夠單獨吸附于純礦物顆粒表面并改善顆粒的分散行為，隨著F-127濃度的增加，螢石和石英純礦物的分散濁度均趨于穩定；對人工混合礦而言，在F-127濃度低于4%時，細粒螢石和石英均保持團聚聚沉狀態，當F-127濃度高于4%后，隨著F-127濃度的增大，分散濁度逐漸升高，在F-127濃度達到8%時，分散濁度為1 300 NTU，顯著增強了體系的分散效果。

2.3　機理分析

2.3.1礦物顆粒表面Zeta電位分析

在礦漿pH值分別為6、8和10的情況下改變F-127的濃度，螢石、石英純礦物顆粒表面的Zeta電位分別見圖5和圖6。

由圖5和圖6可知，在F-127濃度不高于6%的情況下，礦漿pH為6～10時，螢石表面的Zeta電位均為正，石英表面的Zeta電位均為負，二者在靜電引力作用下可產生強烈的吸附，這與2.1節的結論一致。F-127能夠在螢石和石英表面發生吸附，隨著F-127濃度的增大，螢石和石英的Zeta電位絕對值均明顯減小，但體系的分散穩定性卻越高，說明不帶電的F-127吸附在顆粒的表面，形成較厚的位阻層，使顆粒間產生空間排斥力，從而達到分散的目的，而不是靜電排斥作用[7-8]。

2.3.2傅里葉紅外光譜分析

在pH=6的條件下對F-127及螢石、石英與F-127作用前后進行了紅外光譜分析，結果見圖7。

由圖7可知，石英在與F-127作用后，表面原本含有的—OH基團特征峰（3 440.47 cm-1）峰強明顯減小，這是由于石英表面的硅羥基與F-127高分子表面醇羥基發生了縮合脫水反應，且石英與F-127作用后的特征吸收峰發生了不同程度的位移，并且在1 339.75 cm-1處出現了CH3—Si—的特征吸收峰[9]，表明F-127在石英表面發生了吸附；在螢石紅外光譜的1 050.76 cm-1處是其特征峰，螢石與F-127作用后在2 850.67 cm-1處出現了—CH3的對稱伸縮振動峰、1 467.5 cm-1處的—CH2—O—峰以及547.63 cm-1處的—C—C O—峰，表明F-127在螢石表面發生了化學吸附。紅外試驗結果表明，F-127能同時吸附于2種礦物表面，并利用空間位阻作用強化螢石和石英顆粒間的分散。