低溫反浮選綠柱石試驗研究

紀國平 王亞洲

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

鈹的優異性能使其在電子電器、航空航天和國防等多個領域都有關鍵性的應用，是全球的戰略性和關鍵性原材料。已經發現的鈹礦物有60 多種，包括綠柱石、硅鈹石、羥硅鈹石、金綠寶石和日光榴石等。目前，鈹冶煉最常用的原料是綠柱石精礦。

美國是全球鈹的主要資源國、生產國和消費國。美國高度重視鈹資源，通過對資源、生產、技術和市場的全面壟斷，推行軍民一體化政策、政府與企業合作以及鈹資源儲備等多種手段保障美國的鈹資源供應。我國鈹資源較為豐富，也是目前世界上極少數幾個具有從礦石加工到生產鈹產品能力的國家之一，但是原礦品位非常低，原礦礦物種類復雜，許多關鍵性選礦工藝沒有解決。目前，國內鈹冶金原料主要依賴進口，只有少量依靠手選工藝生產的鈹精礦供應市場，沒有完整的鈹礦物機選生產線，鈹原料進口依存度高達75%以上。因此，開發國內鈹礦物選礦技術刻不容緩。

云南某礦是典型的花崗偉晶巖，鈣礦物含量高達77%以上，鈹礦物主要為綠柱石。選別綠柱石關鍵是鈣礦物與硅酸鹽礦物的分離和綠柱石與其它硅酸鹽礦物的分離。圍繞該礦選礦工藝，進行了研究。

1 原料性質

1.1 礦物種類及相對含量

主要礦物種類及相對含量見表1。

表1 主要礦物的相對含量(%)

1.2 礦物單體解離度分析

原料細度為-0.074mm 含量65%，主要礦物組分單體解離度見表2。

表2 原料主要礦物組分單體解離度(%)

1.3 原料性質特點分析

原料為鎢礦物浮選尾礦，主要有如下性質特點：

(1)原料主要由鈣礦物和硅酸鹽礦物組成，其中，鈣礦物含量77%以上，硅酸鹽礦物含量18%左右，兩者合計達到95%以上。

(2)原料主要含鈣礦物和硅酸鹽礦物硬度都相對較低，只有綠柱石和少量石英礦物硬度相對較高。

(3)原料綠柱石單體解離度雖然只有78%左右，偏低，主要是綠柱石與云母連生體。

2 選礦試驗

礦石性質表明，綠柱石選別主要包括兩個方面內容：一是硅酸鹽礦物與鈣礦物(主要是方解石、螢石和白云石)分離；二是綠柱石與其它硅酸鹽礦物(主要是云母)分離。反復進行了綠柱石礦物正浮選與反浮選對比試驗，表明直接正浮選綠柱石效率非常低，而首先反浮選鈣礦物、再正綠柱石效率相對較高。

因此，確定綠柱石浮選工藝原則流程為先浮選鈣礦物，尾礦再浮選鈹礦物。

2.1 鈣礦物與硅酸鹽礦物分離試驗

2.1.1 反浮選鈣礦物低溫調整劑試驗

由于該礦選礦廠位于海拔3800m 以上，有半年以上時間礦漿溫度處于10～15℃，因此，必須解決低溫浮選問題。

經過反復試驗，采用十二烷基硫酸鈉作為低溫調整劑效果較好。

控制礦漿溫度10～12℃，碳酸鈉和水玻璃抑制硅酸鹽礦物，用油酸作為捕收劑。采用十二烷基硫酸鈉作為低溫浮選調整劑。試驗流程見圖1，試驗結果見表3。

表3 十二烷基硫酸鈉用量試驗結果(%)

由表3 可以看出，隨著十二烷基硫酸鈉用量增加，鈣礦物產率增加，硅酸鹽礦物鈹品位略有增加。但是，當十二烷基硫酸鈉用量達到150g/t 時，含鈣礦物中鈹品位劇增。顯然，十二烷基硫酸鈉用量60～100g/t為宜。

理論分析：油酸在低于13℃時在水中的溶解度大幅下降，十二烷基硫酸鈉極易溶于水，在低溫條件下乳化油酸，大幅增加了油酸溶解度，因而提高了油酸捕收效果。

2.1.2 綠柱石抑制劑試驗

隨著鈣礦物產率(或回收率)提高，鈹在含鈣礦物中的損失率也大幅增加。這與鈣礦物表面電位高，硅酸鹽礦物表面電位低，大量微細粒鈣礦物吸附在硅酸鹽礦物表面有關。

經過大量有機和無機硅酸鹽礦物抑制劑種類探索試驗，發現N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉對綠柱石抑制效果顯著。

試驗流程見圖2，其中N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉圖中代號為XJ201。試驗結果見表4。

表4 N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量試驗結果(%)

由表4可以看出，隨著N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量增加，鈣礦物中鈹品位降低，鈹損失率降低，且鈣礦物產率增加。當N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量增加300g/t，鈣礦物產率降低，鈣礦物中鈹品位增加，損失率增加。顯然，N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉在200g/t較適宜。

理論分析：在弱堿性條件下，用油酸作捕收劑，云母、石英和綠柱石礦物是不浮游的。但是，當礦漿中含有大量鈣離子和微細粒級鈣礦物時，鈣離子和微細粒級鈣礦物會吸附在云母、石英和綠柱石礦物表面，從而活化云母、石英和綠柱石礦物。N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉會吸附在云母、石英和綠柱石礦物上的鈣礦物表面，并使云母、石英和綠柱石礦物表面的鈣礦物脫離，起到清洗云母、石英和綠柱石礦物表面的作用。因此，N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉可以有效抑制綠柱石浮游。

2.1.3 鈣礦物活化劑試驗

由于在正浮選鈹礦物作業，一般情況下鈣礦物會幾乎全部浮游進入鈹精礦，嚴重影響鈹精礦品位。因此，在反浮選鈣礦物作業必須浮盡鈣礦物，才能有效保證鈹精礦品位。

細粒級鈣礦物一般浮游速度慢，回收率低，如何活化細粒級鈣礦物是保證鈹精礦品位的關鍵。

經過大量試驗，發現N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉對細粒級鈣礦物浮選有較好的活化作用。

試驗流程見圖3，圖中XJ88為N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉，試驗結果見表5。

表5 N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量試驗結果

由表5可以看出，隨著N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量增加，鈣礦物產率增加，硅酸鹽礦物鈹品位增加，但鈹回收率開始緩慢降低，當用量達到140g/t以上，硅酸鹽礦物鈹回收率大幅降低。N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量100g/t較適宜。

理論分析：N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉對鈣礦物捕收能力非常弱，但是，其產生大量微細泡沫，使礦漿中單位體積泡沫數量大幅增加，從而提高了鈣礦物回收率。

2.2 綠柱石與其它硅酸鹽礦物分離浮選試驗

由于鈣礦物含量較大，粗選鈣礦物后，浮選礦漿濃度已經非常稀，必須進行濃縮。濃縮后的礦漿繼續兩次掃選鈣礦物，直到徹底浮盡鈣礦物。掃選鈣礦物時必須繼續添加N 甲基9 十七烯酰胺基乙基磺酸鈉，保證礦漿中有足夠微細泡沫密度。

鈣礦物浮游干凈后，礦漿中主要礦物為云母、石英和綠柱石。采用常規浮選工藝即可以浮選綠柱石。但是考慮到云母表面吸附能力較強，容易吸附鐵質礦物，因此，添加少量硫化鈉對其進行抑制。

綠柱石粗選在強堿條件下進行，由于鈣礦物浮選過程充氣時間較長，礦漿中過量的碳酸根已經使游離鈣離子失去活性，因此，必須補加少量鈣離子，以便活化綠柱石。

浮選捕收劑為改性氧化石蠟皂(見圖4)，氧化石蠟皂經過改性后，對鈣離子活化的綠柱石有非常強的選擇性。

綠柱石浮選精選采用鈣活化與鐵活化轉化機理，先采用大量碳酸鈉抑制被鈣活化的硅酸鹽礦物，再采用大量改性氧化石蠟皂捕收綠柱石。

試驗流程見圖4，試驗結果見表6。

圖4 綠柱石正浮選實驗流程

表6 正浮選試驗結果(%)

理論分析：

（1）鈣礦物浮選過程是在弱堿性礦漿中進行的，而綠柱石浮選是在強堿性中進行的，由于礦漿中含有大量碳酸根，隨著礦漿pH 值提高，礦漿中游離鈣離子失去活性，因此，必須在綠柱石浮選作業補加綠柱石活化劑氯化鈣。

（2）由于云母表面解理復雜，特別是其邊緣吸附能力遠高于綠柱石，因此，必須添加硫化鈉，抑制云母浮游。

（3）精選過程是利用碳酸鈉清洗礦物表面，再采用大量氧化石蠟皂捕收浮選過程。利用鈣活化和鐵活化機理。減少氧化石蠟皂用量，不但會降低綠柱石精礦回收率，更會降低綠柱石精礦品位。

2.3 閉路試驗

將圖4 中鈣掃1 和鈣掃2 產品合并返回鈣粗選，鈹正浮選中礦順序返回進行閉路試驗，試驗結果見表7。

由表7可以看出：

（1）鈣礦物產品產率高于原料鈣礦物含量，鈹尾礦產品產率遠低于原料云母和石英含量之和，說明，仍有大量硅酸鹽礦物進入鈣礦物產品；

（2）鈹礦物在鈣礦物產品中的損失率達19.6%，而硅酸鹽在鈣礦物產品中的含量與原含量相比，應當遠大于上述值，說明整個反浮選工藝抑制綠柱石浮游。

經過上述工藝獲得的鈹精礦產品，氟含量為1.3%，鈣含量3.1%，符合綠柱石精礦行業標準三級品要求。

表7 閉路試驗結果(%)

3 結論

（1）在高海拔低溫環境下，利用十二烷基硫酸鈉低溫乳化性能，可以改善油酸捕收效果，大幅提高鈣礦物浮游速度；

（2）N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉可以有效抑制硅酸鹽礦物(包括綠柱石)浮游，顯著降低綠柱石在鈣礦物中的損失率；

（3）N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉可以活化微細粒鈣礦物，只要用量適當，在提高鈣礦物回收率的同時，對硅酸鹽礦物幾乎沒有活化作用；

（4）采用反浮選鈣礦物-正浮選綠柱石工藝，可以有效實現綠柱石與鈣礦物和硅酸鹽礦物的分離，得到合格綠柱石精礦。