石英砂資源,由于其含有較多的雜質,鋁、鐵含量較高,原砂中SiO2含量有時僅74%,遠不能滿足玻璃行業對石英砂純度的要求。浮選提高石英砂純度,對開發利用石英砂資源有重要意義。本文以菱鐵礦、白云石和石英為研究對象,在油酸鈉浮選體系下探索了菱鐵礦、白云石及調整劑用量對石英浮選的影響規律,研究了菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選影響的作用機理。
一、試驗材料和方法
1、試驗材料
菱鐵礦經手選除雜用鋼錘錘至2mm以下后進行球磨,經搖床和強磁分選得到菱鐵礦單礦物,然后選?。?06+45μm粒級。
石英和白云石礦塊經顎式破碎機破碎后,進行瓷球磨濕磨,然后選?。?06+45μm粒級。
經X射線衍射和化學多元素分析,石英和白云石的質量分數均在95%以上,菱鐵礦的質量分數在90%以上,滿足試驗要求。
試驗所用捕收劑油酸鈉和抑制劑淀粉為化學純,活化劑氯化鈣和pH值調整劑(氫氧化鈉、鹽酸)為分析純。試驗所用試劑均用去離子水配制,試驗用去離子水pH值為6左右。
2、試驗方法
?。?)浮選試驗
單礦物浮選試驗在XFG型掛槽式浮選機中進行,浮選機轉速為1750r/min。稱取礦物20g置于30mL浮選槽內,加入適量去離子水,然后按照試驗要求加入pH調整劑、活化劑、抑制劑和捕收劑,添加藥劑后均攪拌3min,浮選3min。所獲得的泡沫產品和槽內礦物經過濾、烘干、稱重,計算回收率。
(2)吸附量測定
稱取1g礦樣置于攪拌槽中,攪拌1min后,調節pH值至所需值,按浮選藥劑用量依次添加各藥劑并準確定容,充分攪拌后靜置,取上清液離心后測定溶液中剩余的油酸鈉溶度。用差減法計算油酸鈉的吸附量,藥劑在礦物表面的吸附量計算公式為
Γ=(ρ0-ρ)v1000m。
式中:Г為吸附量,mg/g;m為礦樣質量,g;ρ0為油酸鈉的初始質量濃度,mg/L;ρ為吸附后油酸鈉的殘余質量濃度,mg/L;V為溶液體積,L
(3)溶液化學計算
由陽離子An+和陰離子Bm-組成的礦物在溶液中的溶解可以表示為:
AmBn(s)=mAn+(aq)+nBm-(aq)Ksp。
式中:n為陽離子An+所帶的電荷數;m為陰離子Bm-所帶的電荷數;Ksp為沉淀平衡常數。根據溶液化學計算的需要,定義離子活度IAP和飽和度SA為
式中:cAn+和cBm-分別代表An+和Bm-在溶液中的濃度(活度)。根據溶液化學的基本理論,當SA>1(IAP>Ksp)時,沉淀會自發生成;當飽和度SA<1(IAPsp)時,沉淀會自發溶解。
二、結果與討論
1、pH值對石英浮選的影響
石英作為一種常見的脈石礦物,采用油酸鈉進行浮選時,需加入多價金屬離子進行活化,其中多價金屬離子的活化效果與礦漿pH值密切相關。因此,在油酸鈉質量濃度為160mg/L、氯化鈣質量濃度為100mg/L、淀粉質量濃度為60mg/L的條件下,考察了石英的浮選回收率與礦漿pH值的關系,如圖1所示。
由圖1可知,礦漿pH能顯著影響石英的浮選。當pH值在3~7區間內變化時,石英幾乎不浮,之后隨著pH值的增大浮選回收率迅速增加,當pH值為11左右時回收率最大。當pH值超過11后,回收率略微降低。浮選試驗結果表明,當pH值為11左右時鈣離子的活化效果最好,因此下述浮選試驗的pH值定為11。
2、菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選的影響
為探究菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選的影響,分別進行“直接浮選”和“去溶解組分浮選”。
“直接浮選”的方法為:將石英和菱鐵礦(白云石)混合調漿,調節pH值為11左右,再按試驗要求加入藥劑進行浮選。
“去溶解組分浮選”的方法為:先將菱鐵礦(白云石)在pH值為11左右的條件下攪拌溶解30min,將溶解液與菱鐵礦(白云石)分離,并用去離子水清洗菱鐵礦(白云石)三次,然后按照“直接浮選”的方法進行浮選試驗。
在pH值為11、油酸鈉的質量濃度為160mg/L、氯化鈣的質量濃度為100mg/L、淀粉的質量濃度為60mg/L的條件下,分別進行“直接浮選”和“去溶解組分浮選”,考察菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響,浮選試驗結果如圖2與圖3所示。由圖2可知,隨著菱鐵礦質量分數的增加,石英的浮選回收率降低。當菱鐵礦質量分數為10%時,對石英進行“直接浮選”,其回收率由90.05%下降為15.32%;而在菱鐵礦質量分數為10%的條件下,對石英進行“去溶解組分浮選”,其回收率為75.53%,因此可以推測菱鐵礦的溶解組分會顯著影響石英浮選。由圖3可知,白云石在一定程度上會降低石英的浮選回收率,當白云石質量分數為20%時,“直接浮選”的回收率為73.24%,而“去溶解組分浮選”的回收率為76.95%,因此與菱鐵礦相比,白云石的溶解組分對石英浮選影響較小。
3、藥劑用量對石英浮選的影響
為進一步探究菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響,研究了藥劑對石英浮選的影響。在菱鐵礦(白云石)質量分數為10%,pH值為11、氯化鈣的質量濃度為100mg/L、淀粉的質量濃度為60mg/L的條件下,改變油酸鈉的質量濃度,結果如圖4所示??芍?,當油酸鈉的質量濃度從160mg/L增大至240mg/L時,石英的浮選回收率略有增加,(石英+白云石)混合礦中石英的回收率從78.56%提高至88.56%,(石英+菱鐵礦)混合礦中石英的回收率始終小于20%。
因此可以認為,白云石增大了捕收劑的消耗,從而使石英的浮選回收率降低,增大捕收劑用量可在一定程度上消除白云石對石英浮選的影響;而菱鐵礦對石英浮選的影響與藥劑消耗無關,增大藥劑用量不能有效消除影響。
在菱鐵礦(白云石)質量分數為10%,pH值為11、油酸鈉的質量濃度為160mg/L、氯化鈣的質量濃度為100mg/L的條件下,改變淀粉的質量濃度,結果如圖5所示??芍?,淀粉的質量濃度從0增加至80mg/L時,(石英+菱鐵礦)混合礦中石英的回收率由80.13%降低至14.13%,回收率明顯降低;而(石英+白云石)中石英的回收率由82.89%降低至70.23%,降低程度不明顯。
因此可認為菱鐵礦對石英浮選的影響與淀粉用量有關;而與菱鐵礦相比,白云石對石英浮選回收率的降低程度受淀粉影響較小。
4、吸附量測定
一般來說,礦物的浮選回收率與捕收劑的吸附量有關,探究油酸鈉吸附量的變化,有助于分析菱鐵礦和白云石對石英浮選影響的作用機理。在pH值為11,油酸鈉的質量濃度為160mg/L、氯化鈣的質量濃度為100mg/L、菱鐵礦和白云石質量分數均為10%的條件下,淀粉對石英浮選的影響的結果如圖5所示,淀粉對油酸鈉吸附量影響的結果如圖6所示??芍?,淀粉和菱鐵礦的共同作用會明顯降低油酸鈉在石英表面的吸附量;淀粉或菱鐵礦單獨存在時,對石英表面油酸鈉的吸附量影響不明顯。白云石可在一定程度上降低油酸鈉在石英表面的吸附量。
綜合吸附量測定結果與浮選試驗結果,推測石英回收率降低的主要原因是油酸鈉在石英表面吸附量的降低,菱鐵礦(溶解組分)可增強淀粉對活化石英的抑制效果,進而降低油酸鈉的吸附量;而白云石(溶解組分)與菱鐵礦相比,在增強淀粉抑制作用方面影響較弱。
三、結論
1、浮選試驗表明:菱鐵礦對石英浮選的影響
與其溶解組分有關,當淀粉存在時,菱鐵礦可明顯影響石英浮選;白云石溶解組分對石英浮選影響較小,增大油酸鈉用量可在一定程度上消除影響。
2、吸附量測定結果表明:菱鐵礦(溶解組分)可明顯增強淀粉對活化石英的抑制效果;而與菱鐵礦相比,白云石(溶解組分)在增強淀粉抑制作用方面影響較弱。
3、溶液化學計算表明:菱鐵礦溶解組分可將活化的石英表面轉化為易被淀粉抑制的CaCO3沉淀;而白云石的溶解會受到溶液中鈣離子的抑制,因此對石英浮選影響較小。這是菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選影響存在差異的主要原因。
資料來源:菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響,李東,東北大學學報;
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