疏水性納米粒子對細粒礦物浮選的影響

廖德華，曾維平，陳 向

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲 412006）

關鍵字：納米粒子；細粒礦物；浮選

隨著人類對礦物資源的開發利用，富礦和易選礦資源越來越少，貧細雜礦石成為我們主要的回收資源。礦物顆粒的浮選行為隨著礦石粒度的減小變得更加復雜，增大了常規選礦工藝回收細粒級目的礦物。

據統計，數百萬噸礦物的流失都是以細粒形態損失的，細粒的流失不僅浪費了大量資源，并且對環境造成了非常大的影響。因此，細粒級有用礦物的浮選回收是現代礦物加工領域面臨的重大科學問題。

1 納米粒子

納米粒子通常是粒度在1nm到100nm之間，它具有尺寸小、比表面積大、表面非配對原子多、吸附性強等特點；因此，納米粒子材料具有許多普通材料所不具有的性能，如量子尺寸效應、小尺寸效應、表面與界面效應.、宏觀量子隧道效應等。

已有相關報道[1-3]納米粒子吸附污水中的污染物，并且獲得比較好的結果。利用納米材料的吸附性能，可以去除污水中的重金屬離子。如有人利用溶液-凝膠法合成的納米鐵酸錳溶液處理污水，可以很好地去除Cr6+，去除率可高達86%；利用原位合成法合成的Fe3O4磁性納米粒子處理印染廠污水，在外加磁場的條件下，磁性納米粒子能快速聚集，有利于污物從廢水中去除。

因此，納米技術受到資源與環境污染物處理工作人員的關注，并有相關學者提出納米粒子在礦漿懸浮體系中浮選分離回收目的礦物。

2 細粒礦物浮選

提高細粒礦產資源的回收利用效率是保證有限礦產資源供應的有效措施，具有開源節流和環境保護的綜合效益。然而，我們面臨的細粒礦物難于浮選回收的重大科學問題并沒有得到有效解決，新技術、新藥劑、新工藝和新設備是解決細粒礦物綜合回收的必要途徑。

針對細粒礦物難選的各種原因，選礦工作者從不同角度入手，進行了大量的研究工作[4-7]，主要包括四個方面：聚團浮選技術、浮選藥劑、浮選溶液化學、細粒浮選設備的研究。

這些研究的目的主要是使細粒選擇性團聚，增大分選顆粒的粒徑；改變運載介質的品種及分散度等。但目前能夠應用到工業實踐中去的細粒選別方法非常少，僅載體浮選[8，9]、選擇性絮凝浮選[10-13]、浮選柱浮選[14，15]等有相關報道。

3 納米粒子浮選回收細粒礦物

在浮選中，浮選藥劑是對浮選指標影響非常大的因素之一，很多科研工作者都對這一因素進行了很多的探究。疏水性納米粒子在浮選中的應用也收到了一些工作者的關注。目前，納米技術在環保方面、資源的高效利用方面都提供了一定的技術支持。納米粒子比其他常規材料具備更多的特異效應，如體積效應、量子尺寸效應和表界面效應等，因此物化性質有很大的變化，表面活性能較高，有較強的吸附能力等。加拿大某大學Songtao Yang[16]等制備了疏水性納米粒子，并將該粒子成功地在礦物模型浮選過程中應用，表明了疏水性納米粒子可有效改善玻璃球模型表面疏水性，從而達到提高浮選指標的效果；同時將該疏水性納米粒子應用到鎳黃鐵礦和硫化鎳礦浮選中，并有效地實現了該目的組分的分選。

在礦物浮選體系中，當顆粒分散在水中的時候，各顆粒之間的疏水力影響著水中的顆粒是否分散還是團聚。礦物顆粒表面附著納米級的粒子，由于固體表面粗糙度增大，疏水性也顯著提高。

微細粒礦物浮選過程中，如果攪拌強度較大，在礦漿中很易產生許多納米級氣泡，這些氣泡的存在增大了疏水表面的距離，有效地增強了各顆粒之間的相互作用力[17]。納米級氣泡受壓力、溫度、表面張力、濃度、接觸角大小等的影響，因此，調控納米級氣泡的形成需進一步的研究。同時，溫度、壓力、表面粗糙度、表面張力、接觸角大小和電解質濃度對疏水表面上納米泡的存在也產生影響[18-20]。但是，關于納米泡在復雜細粒級礦物顆粒浮選體系中的影響，以及如何調控納米氣泡的形成，并提高微細粒礦物的可浮性等尚待進一步研究。

楊磊等[21]在廢紙漿脫墨浮選過程中，發現運用納米二氧化鈦膠體溶液能較好地脫除膠黏物質，去除率可有效提高若干個百分點。Oliver Zech等人[22]認為納米粒子的存在對穩定浮選泡沫起到了較大的作用，因而能改善浮選效果。國內楊磊等早在2007年就將納米TiO2膠體溶液直接用于廢紙漿浮選脫墨過程中，研究表明，浮選中納米TiO2對膠黏物有良好的去除效果，膠黏物去除率最高可達66.8%，與空白樣相比，膠黏物去除率最高可提高50.3%。

從現有的少量研究報道知，采用納米粒子作浮選捕收劑的研究尚處于起步階段，即便是已經報道的納米粒子浮選礦物的研究也主要是采用理想的實驗室模型（疏水性納米粒子浮選玻璃珠）來說明納米粒子能有效改善目標礦物表面疏水性，并能有效粘附到礦漿中的氣泡上，進而上浮到礦漿液面。同樣，在國內少量的納米粒子浮選也是應用到廢紙漿的脫墨處理，對于實際礦物的處理、具有識別和選擇性捕獲目的礦物的疏水性納米粒子的設計合成、納米粒子與礦物間界面的相互作用及微觀機理以及與氣泡的相互作用機制是開發改技術的關鍵。

4 結論

納米技術在細粒礦物浮選回收中的應用是現在微細粒級難選礦物回收的主要研究方向之一，但由于疏水性納米粒子捕收劑（乳液）的微觀結構、納米氣泡的形貌與特征等方面還有很多需要研究的問題。納米技術在微細粒級難選礦物浮選中的應用為細粒礦物的浮選回收探索了新工藝，尤其是微細粒有用難選礦物的浮選回收率的提高，它不僅可以提高細粒礦物的回收率、減少尾礦排放，而且有利用礦山環境保護，提高環保效益。