低溫浮選螢石的工藝研究

呂子虎，衛(wèi) 敏，吳東印，劉長淼，趙登魁

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450006）

螢石已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要礦物原料，廣泛用于冶金、化工和建材等行業(yè)，許多發(fā)達(dá)國家將它作為一種重要的戰(zhàn)略物資進(jìn)行儲備［1－2］。2010年1月，國務(wù)院辦公廳下發(fā)了對螢石戰(zhàn)略資源保護(hù)的產(chǎn)業(yè)政策。然而，氟化工等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，拉升了對螢石精粉的需求量，國際市場螢石精粉已面臨著嚴(yán)重短缺，國內(nèi)螢石精粉市場價(jià)格從2010年900元／t一路攀升到2012年4月2300元／t，因此加工優(yōu)質(zhì)螢石精粉對企業(yè)有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。某螢石礦含CaF235.70%，為合理開發(fā)利用該資源，將礦產(chǎn)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，給工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對其進(jìn)行了低溫條件下螢石浮選工藝研究。

1 礦石性質(zhì)

礦石的主要礦物為石英、螢石，其次為絹云母、鉀長石，并含有少量的赤鐵礦、褐鐵礦、方解石、黃鐵礦等。有用礦物螢石大部分呈塊狀分布，顆粒粒度一般都在0.5mm以上；部分螢石與石英、絹云母、黃鐵礦等礦物緊密共生，或包裹微細(xì)粒石英、絹云母等脈石礦物，包裹體粒度多在0.04mm以下，平均0.01mm。石英主要為他形粒狀，脈狀分布，與螢石、赤鐵礦和絹云母關(guān)系緊密。赤鐵礦、褐鐵礦主要為他形粒狀，多呈浸染狀，粒度極細(xì)，平均0.01mm，但與螢石嵌布關(guān)系不密切。原礦主要礦物組成見表1，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2。

表1 原礦主要礦物組成／%

表2 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

2 浮選工藝研究

2.1 藥劑作用機(jī)理分析［3］

本試驗(yàn)以碳酸鈉為介質(zhì)調(diào)整劑，水玻璃和單寧酸為脈石抑制劑，新型捕收劑XL－2為螢石捕收劑，在環(huán)境溫度10℃～15℃進(jìn)行螢石浮選工藝研究。

XL－2是一種脂肪酸類陰離子型捕收劑（RCOOM），在礦漿中電離出的羧酸陰離子（RCOO－）與含鈣礦物表面上Ca2＋相互作用，以化學(xué)吸附的方式吸附在礦物表面上；而且在中性或弱堿性礦漿中，有利于增加有效捕收成分（RCOO）2H－及RCOO－的濃度。

水玻璃對礦物的抑制作用主要是親水且?guī)ж?fù)點(diǎn)的硅酸膠粒及硅酸氫根（HSi）吸附在礦物表面上，使礦物強(qiáng)烈親水而受到抑制作用。硅酸膠粒和HSi與硅酸鹽礦物具有相同的酸根，易吸附在這些礦物表面且比較牢固，因此水玻璃對石英、硅酸鹽、鋁硅酸鹽等脈石礦物有著良好的抑制作用。此外有研究表明；相比螢石，硅酸膠粒和HSi在方解石表面吸附固有強(qiáng)度大且吸附量多，所以水玻璃可選擇性抑制方解石而浮出螢石。

單寧酸（分子中同時帶有羧基和酚羥基）在浮選中常用于抑制方解石、白云石等含鈣、鎂的脈石礦物。單寧酸對方解石的抑制主要是依靠分子一端的羧基與礦物表面發(fā)生作用，分子另一端的酚羥基通過氫鍵結(jié)合水分子在礦物表面形成水化膜，從而引起礦物的親水化而受到抑制。

2.2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度對螢石浮選指標(biāo)的影響很大。因?yàn)槟サV粒度過粗，磨礦產(chǎn)品中尚有螢石和石英及其他脈石礦物的連生體，粗精礦雜質(zhì)含量高；磨得過細(xì)，雖已單體解離，但往往螢石已過粉碎，浮選時精礦回收率低，只有確定最佳條件下的磨礦細(xì)度，才能得到最好的選別指標(biāo)。為確定最佳的磨礦細(xì)度，固定碳酸鈉用量1000g／t，單寧酸用量200g／t，水玻璃用量1000g／t，XL－2用量1000g／t進(jìn)行磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，當(dāng)－0.074mm含量在55%～75%時，精礦品位及回收率差別不大，但優(yōu)于85%的磨礦細(xì)度。綜合考慮精礦品位、回收率及磨礦成本選擇磨礦細(xì)度－0.074mm含量為65%。

2.2.2 粗選碳酸鈉用量試驗(yàn)

確定磨礦細(xì)度為－0.074mm占65%，其他試驗(yàn)條件與磨礦細(xì)度試驗(yàn)時相同，變化碳酸鈉用量，碳酸鈉用量與螢石精礦品位和回收率的關(guān)系見圖2。

由圖2可知，隨著碳酸鈉用量的增加，精礦品位逐漸升高，但回收率變化不大，以下試驗(yàn)確定碳酸鈉用量為1.5kg／t，此時礦漿pH為8.5。

2.2.3 粗選水玻璃用量試驗(yàn)

固定其他條件，改變水玻璃用量進(jìn)行試驗(yàn)，水玻璃用量與螢石精礦品位和回收率的關(guān)系見圖3。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 碳酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

圖3表明，隨著水玻璃用量的增加，精礦品位逐漸升高，回收率也有所提高，但變化幅度較小，考慮水玻璃用量過大會降低尾礦沉降速度及影響后續(xù)產(chǎn)品過濾，故確定水玻璃用量為1.0kg／t。在此基礎(chǔ)上又考查了單寧酸用量對方解石的抑制效果，最終確定用量為0.2kg／t時效果最好。

2.2.4 粗選捕收劑用量試驗(yàn)

在環(huán)境溫度10℃～15℃，采用油酸及氧化石蠟皂進(jìn)行螢石浮選時，由于兩種藥劑的溶解度低，分散性差，浮選指標(biāo)不理想。而新型捕收劑XL－2雖然也是脂肪酸類陰離子型捕收劑，但分散性能好，具有較強(qiáng)的抗低溫性能，在環(huán)境溫度10℃以上即能發(fā)揮優(yōu)良的捕收性能。為考查其用量變化對螢石浮選效果的影響，固定其他條件，改變XL－2用量進(jìn)行試驗(yàn)，XL－2用量變化與螢石精礦品位和回收率的關(guān)系見圖4。

由圖4可知，隨捕收劑XL－2用量的增加，螢石精礦品位在其用量為0.8kg／t時最高，隨后下降但幅度不大，趨勢較平緩；而回收率曲線卻一直呈上升趨勢，且都在90%以上。充分表明新型捕收劑XL－2在低溫環(huán)境也具有優(yōu)良的捕收性能，抗低溫性能好。

2.2.5 精選水玻璃用量試驗(yàn)

在確定了粗選磨礦細(xì)度為－0.074mm占65%，碳酸鈉用量1.5kg／t，單寧酸用量0.2kg／t，水玻璃用量1.0kg／t，XL－2用量0.8kg／t，浮選濃度33.84%，粗選時間為5min的基礎(chǔ)上，考查水玻璃用量對精選Ⅰ作業(yè)的影響，試驗(yàn)條件及流程見圖7，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，水玻璃用量對精礦品位和回收率影響不大。精選作業(yè)的目的主要是提高精礦品位，用量過多也不能進(jìn)一步提高精礦品位，反而會使回收率下降，所以確定精選Ⅰ水玻璃用量為0.1kg／t。

2.2.6 精選再磨細(xì)度試驗(yàn)

螢石浮選粗精礦巖礦鑒定分析發(fā)現(xiàn)仍有部分螢石包裹微細(xì)粒石英、絹云母等脈石礦物，為獲得高品質(zhì)精礦需要再磨，再磨地點(diǎn)選擇在脫除大量細(xì)泥后的精礦Ⅱ，試驗(yàn)條件及流程見圖7，再磨細(xì)度對最終精礦品位及回收率的影響見圖6。

圖4 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

圖5 精選水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

圖6 精選再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖6可知，隨著再磨細(xì)度的增加，精礦品位先增后降，在－0.074mm占85%時，精礦品位最高，為98.08%；回收率從68.41%一直降低到54.40%，充分說明螢石過磨對其上浮率影響很大，綜合考慮精礦品位及回收率，確定再磨細(xì)度為－0.074mm占85%。

2.2.7 全流程閉路試驗(yàn)

通過磨礦細(xì)度、粗選和精選條件試驗(yàn)及浮選開路與閉路流程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等，最終確定了兩段磨礦（精礦Ⅱ再磨再選），一次粗選，一次掃選，七次精選，中礦1返回掃選，其余中礦順序返回的全流程閉路試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)條件及流程見圖7，結(jié)果見表3，精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表4。

全流程閉路試驗(yàn)獲得了產(chǎn)率32.53%、含CaF297.82%、回收率87.26%的螢石精礦產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于化學(xué)工業(yè)酸級螢石粉精礦三級品質(zhì)量要求。

表3 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果／%

表4 精礦產(chǎn)品多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

3 結(jié)論

1）試驗(yàn)樣品屬于石英－方解石型螢石礦。螢石大部分呈塊狀分布，粒度較粗，與石英、絹云母、黃鐵礦等礦物堪布關(guān)系緊密，部分螢石包裹微細(xì)粒石英、絹云母等脈石礦物，包裹體粒度較細(xì)。螢石與赤鐵礦、褐鐵礦嵌布關(guān)系不密切。

2）新型捕收劑XL－2分散性能好，具有良好的螢石選別效果和較強(qiáng)的抗低溫性能，在環(huán)境溫度10℃以上能發(fā)揮優(yōu)良的捕收性能。

3）全流程閉路試驗(yàn)以碳酸鈉調(diào)整劑，水玻璃和單寧酸為脈石抑制劑，XL－2為捕收劑，采用兩段磨礦（精礦Ⅱ再磨再選），一次粗選，一次掃選，七次精選，中礦1返回掃選，其余中礦順序返回的試驗(yàn)流程，獲得了CaF2品位97.82%、回收率87.26%的精礦產(chǎn)品，流程穩(wěn)定可靠，工藝簡單，可作為建廠推薦工藝流程。

圖7 全流程閉路試驗(yàn)流程

［1］李洪潮，張成強(qiáng).河南某難選螢石礦選別工藝研究［J］.非金屬礦，2008，31（5）：17－19.

［2］宋翔宇，趙新昌，徐會存，等.地螢石礦浮選工藝及機(jī)理研究［J］.礦冶工程，2004，24（3）：28－31.

［3］胡熙庚，黃和慰，毛鉅凡.浮選理論與工藝［M］.長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1991.