新型捕收劑浮選回收白云鄂博選礦廠尾礦中的白云石

江峰 ，劉劍飛，任慧，葛文成

1.包鋼集團礦山研究院，內蒙古 包頭 014030;2.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；3.難采選鐵礦資源高效開發利用技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819

引言

白云鄂博礦床作為罕見的超多金屬共生礦床，據相關資料報道現已探明礦體內存在175種礦物。由于礦床內主要包含的礦物為含鐵礦物和稀土礦物，故之前白云鄂博礦產資源的利用采用“以鐵為主，兼顧稀土”的開發方針[1]。但隨著礦產資源的持續開發應用，未能有效利用的礦物均堆放于尾礦壩。而尾礦的堆存不僅存在著資源利用率低的問題，同時對周邊環境也存在著較大的危害。因此針對尾礦資源化綜合利用研究對于提高資源利用率與環境保護均具有重要意義[2,3]。

目前，廣大學者已針對白云鄂博尾礦綜合回收稀土、鐵、鈮、硫和螢石等資源綜合回收工藝進行了大量研究[4-14]。其中，秦玉芳[4]等對選鐵尾礦中的稀土回收進行了相關研究，結果表明在捕收劑為LF-P8、抑制劑為水玻璃及起泡劑為松醇油時，在礦漿pH值為9.0、溫度60 ℃下，浮選閉路試驗可獲得品位(REO)為50.52%、回收率(REO)為81.30%的稀土精礦。李宏靜[7]等開展了尾礦資源中的螢石回收，應用自主研發的新型抑制劑獲得了CaF2含量為95.62%、SiO2含量為0.69%、CaCO3含量為0.34%的螢石精礦，回收率為59.46%，該螢石精礦符合螢石精礦酸級三級標準。同時，針對白云石的高值化利用研究則主要集中在耐火材料、化工、建材以及農業等領域[15]。蔣為[16]等通過對白云石與菱鎂礦按比例混合進行復合型鎂質膠凝材料研究，以廣西臨桂縣白云石為原料制備的復合型膠凝材料與鋸屑、氯化鎂溶液調制而成的混凝土抗壓強度達到國標要求。賈建業[17]等將活性白云石粉作為聚丙烯和熱塑性彈性體的填充劑進行研究，試驗結果表明活性白云石粉可以代替輕鈣作為填充材料。

從以上研究結果可知，隨著礦產資源開發過程中對資源利用效率的提高和尾礦堆存所導致環境問題的重視，開展白云鄂博尾礦資源化利用研究具有較好的經濟價值和社會效益。但目前對尾礦中的稀土、鐵、鈮以及螢石等資源的綜合回收利用研究相對成熟，而其中的白云石回收利用研究較少。因此通過對白云鄂博尾礦螢石選別后尾礦中的白云石進行回收研究以及白云石高附加值產品的開發，對于提高白云鄂博礦資源綜合利用水平、減少尾礦的排放量、減輕環境壓力、豐富公司的產品結構、增加企業經濟效益等均具有重要意義。

現階段白云石的浮選回收研究主要集中在脂肪酸類捕收劑的相關研究，李彩霞[18]等在堿性條件下對菱鎂礦與白云石進行分離浮選研究，最終在油酸鈉用量為170mg/L時獲得回收率為66%的白云石精礦。王雪[19]等人則在油酸鈉濃度為10.0×10-4mol/L時白云石的回收率較高，但在酸性條件下受溶液中離子影響其回收率會顯著降低。因此，李鋒[20]等人運用化學修飾改性手段合成新型脂肪酸類捕收劑進行膠磷礦與白云石浮選分離研究，結果表明α-羥基油酸與大豆油酸相比具有較強的選擇性且在水中的溶解性顯著強于后者。綜合以上研究現狀可知，白云石浮選回收時常用脂肪酸類捕收劑如油酸鈉等，但存在捕收性能差、溶解性差等問題，故基于脂肪酸類捕收劑進行改性研究以提高其捕收性能具有重要的研究意義。

本研究以螢石與白云石分離粗選尾礦為研究對象，考察了新型捕收劑DWZ-2與水玻璃用量對白云石浮選回收行為的影響。在最佳藥劑制度下進行浮選閉路試驗研究并對其精礦產品進行分析，考察其是否具備后續高附加值產品的開發研究。

1 試驗原料與研究方法

1.1 試驗原料

本研究所選礦樣為白云鄂博尾礦綜合回收螢石與白云石后進行分離粗選時的尾礦，礦石中主要礦物為白云石，其次包含少量石英、螢石、方解石以及鎂鐵閃石與金云母等礦物。對該礦物進行化學多元素檢測及粒度分析，結果如表1、圖1所示。

表1 試驗樣品化學多元素分析結果 /%

圖1 試驗樣品粒度分析結果

由表1可知，試驗樣品中白云石為含鐵錳白云石，且由于試驗樣品中含有少量的含鈣礦物與含鎂礦物均導致計算所得白云石含量與實際含量相差較大。在樣品燒失率測試中主要燒失成分包括水分、二氧化碳、有機物，但由于該試驗樣品中水分與有機物含量較低，綜合考慮不同計算方法的誤差，確定該樣品中白云石的含量通過采用燒失率計算更為準確，以及資料表明900 ℃時白云石完全分解[21]，故由計算結果可知樣品中白云石含量為74.54%。而主要脈石礦物石英、云母、螢石的含量分別約為3.47%、1.73%、2.5%。同時，由圖1可知，該樣品粒度較細，-0.074 mm占比在90%左右。

1.2 試驗方案的確定

DWZ-2是由脂肪酸改性陰離子捕收劑和兩性捕收劑按一定比例復配而成的組合捕收劑，脂肪酸改性的陰離子捕收劑主要以化學吸附的形式作用在白云石表面，而兩性捕收劑則主要以靜電吸附、氫鍵吸附作用在白云石表面[22]。因此開展了DWZ-2與油酸鈉在白云石浮選回收流程中藥劑捕收性能的對比試驗研究。水玻璃能夠選擇性吸附在硅酸鹽礦物表面，且含有大量的親水基團能使吸附了水玻璃的硅酸鹽礦物親水性增加，從而抑制硅酸鹽礦物的浮選捕收。最終在試驗樣品中白云石的浮選回收流程中實現白云石的有效富集。

在工作電壓15 kV、工作距離8.5 mm、光闌60 μm的條件下，對精礦產品開展EDS檢測以及白度檢測對其性質進行表征，以確定其是否具備后續高附加值產品的開發研究。

2 結果與討論

2.1 捕收劑種類及用量對比試驗研究

在礦漿pH值為7、水玻璃用量為200 g/t條件下，分別考察了油酸鈉、DWZ-2在不同用量條件下對白云石回收率的影響。試驗結果如圖2、圖3所示。

圖2 油酸鈉用量對浮選效果的影響

圖3 DWZ-2用量對浮選效果的影響

對比圖2、圖3可知，當油酸鈉與DWZ-2捕收劑用量逐漸增加時，燒失率均在38%左右小幅度波動。油酸鈉作為捕收劑時，隨著其用量的增大白云石回收率增幅較小，在油酸鈉用量為200 g/t時，白云石回收率為74.92%。而DWZ-2在其用量為200 g/t時，白云石的回收率為80.06%，隨著用量的增大白云石的回收率仍有顯著增加。在該試驗條件下，應用DWZ-2浮選所得精礦中SiO2含量變化趨勢呈先降低再增加，且SiO2含量均降低至2.30%以下。綜合以上分析，確定DWZ-2用量為250 g/t進行后續試驗研究。

2.2 水玻璃用量試驗研究

在礦漿pH值為7、DWZ-2用量為250 g/t條件下，分別考察了水玻璃用量為150 g/t、200 g/t、250 g/t、從圖4可知，當抑制劑用量由150 g/t逐漸增加至300 g/t時，精礦中白云石回收率在80%左右波動；精礦中雜質成分SiO2含量在2%左右，SiO2去除率隨著抑制劑增加呈增加趨勢。當抑制劑用量為200 g/t時，白云石精礦中白云石回收率為87.40%，故確定水玻璃用量為200 g/t。

圖4 水玻璃用量對浮選效果的影響

2.3 浮選閉路試驗研究

在如圖5所示藥劑制度下，進行白云石浮選回收閉路浮選試驗研究。

圖5 浮選閉路試驗流程

閉路浮選試驗結果如表2所示，并對浮選所得精礦進行如表3所示化學多元素分析及圖6、圖7所示主要元素在礦物中的分布分析。

表3 閉路浮選試驗結果 /%

圖7 元素面掃描分析結果

表4 浮選精礦化學多元素分析結果 /%

圖6 浮選精礦形貌及背散射電子圖

從表4可知，試驗樣品經一粗四精閉路試驗，可獲得白云石含量83.62%、回收率80.49%的精礦指標，精礦中CaO含量為26.43%，MgO含量為13.62%，SiO2含量為0.86%，SiO2的去除率為84.10%。結合圖6、圖7可知，該礦石大部分的白云石中都均勻地分布有Fe、Mn等元素，致使主元素Ca、Mg含量降低，這是由于含鐵白云石中的Fe、Mn是以類質同象形式占據白云石Ca、Mg晶格結點位置。同時依據電子探針面掃描、EDS能譜分析結果可知，Ca元素絕大部分賦存于含鐵白云石中，含鐵白云石是其主要載體礦物，少部分分布于螢石、方解石和磷灰石中。Mg元素絕大部分賦存于含鐵白云石中，含鐵白云石是其主要載體礦物，少量分布于金云母中。Fe元素部分賦存于含鐵白云石中，部分以磁鐵礦、赤鐵礦獨立鐵礦物形式賦存，很少部分賦存于金云母中，磁鐵礦、赤鐵礦、含鐵白云石是Fe元素的主要載體礦物。Mn元素部分賦存于含鐵白云石中，部分以菱錳礦獨立礦物形式賦存，含鐵白云石、菱錳礦是Mn的主要載體礦物。

白云石可用于涂料、橡膠、塑料等填充料方面，在一定程度上可替代輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣等常用填料，例如白云石粉體通過改性可代替輕質碳酸鈣做橡膠填料。因此對精礦白度進行檢測可知，其白度為45.7%，具備作為深色橡膠填充材料原料的可能性。

3 結論

(1)白云鄂博尾礦中螢石粗選尾礦中白云石含量為74.54%，基本具備回收應用價值。通過與油酸鈉進行對比可知，DWZ-2具有更佳的捕收性能，且以DWZ-2為捕收劑，以水玻璃為抑制劑，采用一段粗選四段精選工藝流程浮選閉路試驗所得浮選精礦中白云石含量83.62%、回收率80.49%，SiO2含量為0.86%，SiO2的去除率為84.10%。

(2)由于白云鄂博尾礦中白云石主要為含鐵錳白云石，且浮選所得白云石精礦中含有微量的磁鐵礦、赤鐵礦等深色礦物，因此其白度為45.7%。白云石改性后可替代輕質碳酸鈣作為橡膠填料，故該浮選精礦具備成為深色橡膠填充材料制備原料的可能性。