選礦中絮凝劑的應(yīng)用

唐麗群,梁斌,黃 東,陳 偉,吳兆清,李 輝

(1.廣西大學(xué),廣西南寧 530004;2.湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

選礦中絮凝劑的應(yīng)用

唐麗群1,梁斌1,黃 東1,陳 偉2,吳兆清2,李 輝2

(1.廣西大學(xué),廣西南寧 530004;2.湖南有色金屬研究院,湖南長沙 410015)

隨著選擇性絮凝工藝的發(fā)展和應(yīng)用,絮凝劑在礦泥或者處理膠體礦物、細(xì)?；驑O細(xì)嵌布的礦石等選礦過程中得到了應(yīng)用,獲得了滿意的效果。文章論述了絮凝劑的種類、分類和絮凝機(jī)理,總結(jié)了其在選礦中的主要應(yīng)用方向。

絮凝劑;選礦;應(yīng)用

礦石中有用礦物常常存在于大量的脈石中。為了使有用礦物同脈石分離,必須將礦石磨得足夠細(xì),采用重選、磁選、浮選等技術(shù)將其盡量分開。在許多濕法冶煉過程中,有用組分同雜質(zhì)分離經(jīng)常面臨沉淀產(chǎn)生慢、懸浮物不沉降和渣的過濾難等問題。特別是處理某些含泥物質(zhì)多或在過程中產(chǎn)生某些膠體物的礦石,液固分離的困難有時(shí)會(huì)導(dǎo)致流程無法進(jìn)行,而恰當(dāng)?shù)剡x擇及使用性能優(yōu)良的絮凝劑可以很好地解決以上問題。近些年來眾多學(xué)者、專家對(duì)絮凝劑在選冶方面的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究,以下主要綜述了其反應(yīng)機(jī)理及其在礦物加工上的應(yīng)用。

1 絮凝機(jī)理

絮凝作用是加入具有有效官能團(tuán)的線狀高分子化合物,由這種聚合物通過電荷效應(yīng)、色散力或氫鍵鍵合等作用吸附于顆粒表面上,它像一條長繩將許多微粒捆扎在一起,實(shí)現(xiàn)聚焦、長大,形成一個(gè)個(gè)絮團(tuán),從而加速沉降。高分子絮凝作用機(jī)理是極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程,目前對(duì)其多局限于定性的解釋。“吸附架橋”即“橋連作用機(jī)理”受到普遍采用。橋連作用的實(shí)質(zhì)是高分子同時(shí)在兩個(gè)以上的膠體或微粒表面吸附,借助自身的長鏈特征把膠體或微粒連接在一起[1]。

高分子絮凝機(jī)理如圖1所示:(1)高分子絮凝劑分子和膠體或微粒在液相中分散;(2)分子間相互碰撞,高分子絮凝劑分子中的某些基團(tuán)吸附在膠體或微粒表面,其余部分則朝外伸向溶液中;(3)具有一些吸附空位的膠體或微粒接觸到高分子絮凝劑分子的外伸部分,發(fā)生附著,兩個(gè)、多個(gè)膠體或微粒借助于高分子絮凝劑分子的作用形成聚集體;(4)高分子絮凝劑添加過量時(shí),膠體或微粒表面被高分子絮凝劑分子所飽和,膠體或微粒表面已無吸附空位而使高分子絮凝劑失去架橋作用,膠體或微粒又處于穩(wěn)定分散狀態(tài)。

圖1 高分子絮凝機(jī)理

2 絮凝劑的分類

目前,國內(nèi)外使用的絮凝劑多種多樣,根據(jù)其化學(xué)成分的不同,可以分為無機(jī)、有機(jī)和微生物絮凝劑三類。無機(jī)絮凝劑雖然價(jià)格低廉,但效果較差,特別是在某些冶煉過程中添加,實(shí)質(zhì)上是加入了雜質(zhì),因此應(yīng)用較少。有機(jī)高分子絮凝劑較無機(jī)絮凝劑具有產(chǎn)品穩(wěn)定性好、吸附架橋能力強(qiáng)、絮凝效果好、投料量少、絮凝速度快、產(chǎn)生的污泥量少、形成的絮凝體過濾性好等優(yōu)點(diǎn),而得到越來越廣泛的應(yīng)用[2,3]。微生物絮凝劑較無機(jī)和有機(jī)絮凝劑具有高效且能自然降解、無二次污染等特點(diǎn),因而越來越受到人們的重視,并成為絮凝劑研究的重要方向。

2.1 天然高分子絮凝劑

天然高分子聚合物在現(xiàn)代選冶中仍有所應(yīng)用,不過其價(jià)格較低的優(yōu)點(diǎn)被需要高的加入量所抵消,而且它們易受酶的作用發(fā)生生物降解而失去絮凝活性。20世紀(jì)70年代以來,許多國家開始重視化學(xué)改性天然高分子絮凝劑的研制。目前,天然改性高分子絮凝劑可分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、殼聚糖及甲殼素改性產(chǎn)物、植物膠改性產(chǎn)物、多糖類及蛋白質(zhì)改性產(chǎn)物等[4]。經(jīng)改性后的天然高分子絮凝劑與合成的有機(jī)高分子絮凝劑相比,具有選擇性大、無毒、價(jià)廉等顯著特點(diǎn)。

2.1.1 淀粉衍生物

天然的淀粉其絮凝效果通常不理想,通過淀粉分子的相應(yīng)改性反應(yīng)就能取得良好的絮凝效果。淀粉的衍生物是通過其分子中葡萄糖單元上羥基與某些化學(xué)試劑在一定條件下反應(yīng)而制得的[1]。淀粉與丙烯酞胺的接枝共聚反應(yīng)所得產(chǎn)品與聚丙烯酞胺相比具有穩(wěn)定性強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣、絮凝能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此,淀粉接枝聚丙烯酞胺類具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.1.2 殼聚糖類

在自然界中,甲殼素是僅次于纖維素的第二類天然高分子化合物,它是甲殼類動(dòng)物和昆蟲外骨骼的主要成分。人們對(duì)甲殼素進(jìn)行改造,脫去乙酞基,得到殼聚糖。殼聚糖作為一種線性聚胺,當(dāng)它在酸性介質(zhì)中溶解以后,隨著氨基的質(zhì)子化,即表現(xiàn)出陽離子聚電解質(zhì)的性質(zhì),不僅對(duì)重金屬具有鰲合吸附作用,還可有效地吸附水中帶負(fù)電荷微細(xì)顆粒[5]。

2.1.3 木質(zhì)素類

木質(zhì)素是由三種不同類型的苯丙烷單體通過脫氧聚合生成的無定形三維高分子聚合物,通過烷基化、羥甲基化、酯化、?；确磻?yīng)進(jìn)行改性,可得到性能良好的絮凝劑[1]。據(jù)報(bào)道,添加木質(zhì)素改性產(chǎn)物后的絮凝劑,固液分離時(shí)懸濁物容易過濾。

2.1.4 植物膠類

植物膠是從植物或植物的種子中提取而得到的,其主要成分為半乳甘露聚糖,屬多糖類天然高分子化合物,分子量因來源不同而異。半乳糖-甘露糖結(jié)構(gòu)具有較好的水溶性和交聯(lián)性,且在低濃度下能形成高粘度的穩(wěn)定性水溶液。

2.2 合成有機(jī)高分子絮凝劑

合成有機(jī)高分子絮凝劑按官能團(tuán)離子型,一般可分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型[6]四類。主要包括聚丙烯酰胺、磺化聚乙烯苯、聚乙烯醚等系列,其中以聚丙烯酰胺系列應(yīng)用最為廣泛[4]。

2.2.1 陽離子型

分子中含有的帶電基團(tuán)常常是氨基(-NH3+)、亞氨基(-NH2R+)、季銨基(-NR4+)。其絮凝性能不僅表現(xiàn)在可通過電荷中和使懸浮膠體粒子絮凝,而且還可與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng),生成不溶性的鹽。它可與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用,從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過濾脫水[7]。代表物有:聚乙烯胺、聚乙烯亞胺、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨。

2.2.2 陰離子型

分子中所含的可電離基團(tuán)常常是羧基(-COOM)(其中M為氫離子或金屬離子)、磺酸基(-SO3H)、磷酸基(-PO3H)。常見的有聚丙烯酸鈉、AM與丙烯酸鈉共聚物、聚苯乙烯磺酸鈉等。此類絮凝劑研制開發(fā)較早,技術(shù)比較成熟,但由于受應(yīng)用范圍的限制,相關(guān)研究報(bào)道較少。

2.2.3 非離子型

在合成中不引入帶電基團(tuán)的有機(jī)高分子聚合物,如聚丙基酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚等。

2.2.4 兩性型

一般由含有陰、陽離子基團(tuán)的乙烯類單體通過自由基共聚反應(yīng)以及高分子改性得到,其中陰離子基團(tuán)為羧基(-COOM)、磺酸基(-SO3H),陽離子基團(tuán)為季銨鹽基()、嘧啶嗡離子基和喹啉嗡離子基。代表物有:蛋白質(zhì)、動(dòng)物膠。兩性高分子絮凝劑[8]不僅有電性中和、吸附架橋,而且有分子間的“纏繞”包裹作用。

2.3 微生物絮凝劑[9,10]

微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的代謝產(chǎn)物,一般利用生物技術(shù),通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、抽提、精煉而取得,主要有糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等。微生物絮凝劑具有安全、高效、可生物降解、不污染環(huán)境、可消除二次污染等特點(diǎn),具有其它絮凝劑無法比擬的優(yōu)勢。根據(jù)近些年對(duì)微生物絮凝劑的研究與報(bào)道,可把它分為4大類:(1)直接利用微生物細(xì)菌作為絮凝劑,如某些細(xì)菌、霉菌、放線菌和酵母等,它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中;(2)從微生物細(xì)胞壁提取的絮凝劑,如酵母細(xì)胞壁葡聚糖、蛋白質(zhì)和N—乙酰葡萄糖胺等成分均可作絮凝劑使用;(3)從微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生絮凝劑,這類絮凝劑主要是細(xì)菌的莢膜和粘液質(zhì),其主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類及其復(fù)合物等;(4)利用克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑,這類絮凝劑是用基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué),把高效絮凝基因轉(zhuǎn)移到便于發(fā)酵的菌中,構(gòu)造高效遺傳菌株,克隆絮凝基因能在多種降解中產(chǎn)出有效的微生物絮凝劑。

3 絮凝劑在選冶中的應(yīng)用

從低分子到高分子,從單一型到復(fù)合型,隨著對(duì)絮凝劑不斷的了解和研究,絮凝劑的優(yōu)越性得到了顯示,并有了很廣泛的應(yīng)用。在選礦中絮凝劑的使用取得了顯著效果,其應(yīng)用主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。

3.1 選礦廢水的處理

在礦業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的選礦廢水,這些廢水具有排放量大、成分復(fù)雜、懸浮物含量高、有毒有害成分較多而濃度較低等特點(diǎn),若不及時(shí)對(duì)選礦廢水進(jìn)行處理,勢必對(duì)礦區(qū)周邊環(huán)境產(chǎn)生危害,也造成了水資源的極大浪費(fèi)。李曉君[11]等對(duì)黃沙坪鉛鋅礦選礦廢水選用聚鐵為絮凝劑,投加量為0.3 mg/L,助凝劑聚丙烯酰胺的投加量為0.5 mg/L,處理出水的80%回用為生產(chǎn)用水,其余出水達(dá)標(biāo)外排。盧國儉[12]等在絮凝劑PAM加入量0.5 mg/L等條件下,采用化學(xué)氧化-絮凝沉降法對(duì)礦坑廢水進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn),Pb、Zn、Cd和黃藥去除率均在95%以上,出水懸浮物質(zhì)量濃度小于10 mg/L。楊麗芳[13]等取陰離子型高分子絮凝劑DPW-1355不同劑量對(duì)某磷酸鹽選礦廢水進(jìn)行分次加藥及加砂絮凝沉降實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果顯示有很好的效果。

3.2 細(xì)顆粒有用礦物的選擇性絮凝

選擇性絮凝是往處于良好分散狀態(tài)的礦漿中添加適量的選擇性絮凝劑,使目的礦物選擇性絮凝成團(tuán),而脈石礦物仍處于分散狀態(tài)。選擇性絮凝工藝是有效解決微細(xì)物料分選的工藝。王毓華[14]等以HSPA為絮凝劑,用量7 g/t,以碳酸鈉為礦漿分散劑,用量5 kg/t,處理一水硬鋁石型鋁土礦,取得了精礦鋁硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為8.9、Al2O3回收率86.98%的好效果。劉苗華[15]等以苛化淀粉為絮凝劑, NaOH為調(diào)整劑,水玻璃為分散劑,對(duì)某細(xì)粒鐵礦石進(jìn)行連續(xù)磨礦-選擇性絮凝脫泥-陽離子反浮選實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),獲得了鐵精礦品位為65.50%、回收率為83.09%的較好指標(biāo)。蔣善勇[16]等對(duì)極細(xì)煤泥進(jìn)行了絮凝劑用量、分散劑用量等各因素的單因素試驗(yàn)研究和正交試驗(yàn)研究,在最優(yōu)條件下,可制備潔凈燃料,對(duì)小于0.045 mm占68%的太西煤,可得灰分1.29%的精煤,產(chǎn)率為41.26%。郭宇峰[17]等以油酸為絮凝劑對(duì)某鎳冶金渣(鐵含量接近50%)進(jìn)行選擇性絮凝-磁選研究,絮凝劑用量0.8 kg/t、碳酸鈉用量為2 kg/t及磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2 T的條件下,可獲得鐵品位 56.68%,回收率為 81.72%的磁鐵精礦。

3.3 尾礦漿的處理

隨著原礦處理量的逐年增加,選礦廠排出的尾礦量也逐年增加,尾礦的低濃度輸送導(dǎo)致經(jīng)營費(fèi)用越來越高。提高尾礦排放濃度是各選礦廠急待解決的問題,采用絮凝劑是使尾礦達(dá)到高濃度濃縮的高效且實(shí)用的方法。王延坤[18]等使用陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑,用量為5～10 g/t,對(duì)南芬尾礦絮凝效果很好,不僅產(chǎn)生的絮團(tuán)較大,沉降速度快,而且藥劑用量少,效率高。張學(xué)英[19]等使用改良型ZSH -J絮凝劑對(duì)鋁土礦浮選尾礦漿進(jìn)行絮凝沉降,可以使尾礦壓縮液固比由原來的13左右降為3.6左右。

4 結(jié) 語

根據(jù)以上分析可以看出,合適的絮凝劑在精礦中的濃縮、過濾以及尾礦水的凈化中起到了相當(dāng)重要的作用,選擇性絮凝這一工藝得到了很快的發(fā)展,絮凝劑在選礦過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Application of Flocculant in the Beneficiation

TANGLi-qun1,LIANGBin-jun1,HUANGDong1,CHEN Wei2, WU Zhao-qing2,LI Hui2
(1.Guangxi University,Nanning530004,China;2.Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

With the development and application of selective flocculation process,flocculant agent has been applied in many mineral processing,for example the mineral separation of the slurry,the disposal of colloid mineral,the granule ore,and has obtained satisfactory results.This article discussed the type of flocculant,classification and flocculation mechanism,and summarized the main application direction of flocculant agent in mineral processing.

flocculant;beneficiation;application

TD923+.1

A

1003-5540(2010)06-0010-03

唐麗群(1985-),女,研究生,主要從事礦物材料的研究。

2010-10-10