從某銅錫尾礦中浮選回收鉀長石*

劉 杰 張淑敏 韓躍新

(東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院)

·礦物加工工程·

從某銅錫尾礦中浮選回收鉀長石*

劉 杰 張淑敏 韓躍新

(東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院)

某選廠銅錫浮選尾礦-0.074 mm粒級含量占55%，K2O品位為4.50%，主要以鉀長石的形式存在。為回收利用其中的鉀長石，進(jìn)行浮選試驗(yàn)研究。采用稀硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH值、HF為鉀長石活化劑、油胺為捕收劑，在條件試驗(yàn)確定的最佳工藝參數(shù)下，經(jīng)1粗2精1掃浮選閉路試驗(yàn)，最終可獲得產(chǎn)率為24.68%、K2O品位為8.53%、回收率為46.20%的鉀長石精礦，產(chǎn)品滿足陶瓷工業(yè)對鉀長石產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)要求。試驗(yàn)結(jié)果為選銅尾礦二次資源的綜合利用提供了技術(shù)依據(jù)。

銅錫尾礦 鉀長石 石英 浮選

鉀長石與石英的分離是硅酸鹽礦物浮選分離的基礎(chǔ)[1-3]。由于鉀長石和石英在晶體結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面近似，因此鉀長石和石英的分離富集一直是選礦領(lǐng)域的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。鉀長石常引進(jìn)K+、Na+等堿土金屬離子，以補(bǔ)償Al3+對Si4+的取代所造成的電價(jià)不平衡。這些金屬離子與O2-之間的離子鍵強(qiáng)度較低，易在水中解離，使鉀長石礦物表面留有荷負(fù)電的晶格。因此，在通常情況下，鉀長石的零電點(diǎn)比石英的低[4]。又因?yàn)锳l-O鍵比Si-O鍵強(qiáng)度低，破碎時(shí)Al-O鍵更易于斷裂，使鉀長石表面暴露大量Al3+化學(xué)活性區(qū)[1]。鉀長石和石英的這些差異導(dǎo)致它們的可浮性略有不同，為石英與鉀長石的浮選分離提供了可能。

某銅錫尾礦中主要礦物為鉀長石和石英，采用浮選法分離鉀長石和石英，實(shí)現(xiàn)鉀長石的有效富集，將其應(yīng)用于陶瓷和玻璃行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)銅錫尾礦二次資源的綜合回收利用。參考目前工業(yè)中應(yīng)用比較成熟的工藝，進(jìn)行銅錫尾礦中鉀長石浮選回收試驗(yàn)，以獲得合格的鉀長石精礦，為該銅錫尾礦資源的綜合回收利用打下基礎(chǔ)。

1 試樣性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣取自某地的銅錫浮選尾礦，主要非金屬礦物為長石、石英和云母。由于尾礦-0.074 mm粒級含量占55%，粒度較細(xì)，有用礦物已基本單體解離，因此無需進(jìn)行再磨。對試樣進(jìn)行主要化學(xué)成分分析和XRD分析，XRD分析采用日本RIGAKU公司生產(chǎn)的D/MAX-RB型X-射線衍射分析儀進(jìn)行。結(jié)果分別見表1和圖1。

表1 主要化學(xué)成分分析結(jié)果 %

成分SiO2K2OAl2O3Na2OCaOMgOTFeSP含量70.084.5013.432.882.730.960.940.170.013

圖1 XRD分析結(jié)果

由表1和圖1可知，試樣中K2O品位較低，僅4.50%，是主要的回收對象。SiO2含量為70.08%。主要含鉀礦物為正長石、透長石、云母、伊利石以及霞石，主要硅質(zhì)礦物為石英。實(shí)現(xiàn)鉀長石的富集，關(guān)鍵是其與游離的SiO2的分離。

2 鉀長石浮選試驗(yàn)

每次選取150 g試樣采用RK/FD型0.5 L單槽浮選機(jī)進(jìn)行浮選試驗(yàn)，泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱重、化驗(yàn)，計(jì)算品位與回收率。浮選試驗(yàn)采用5%的稀硫酸調(diào)整礦漿pH，以HF為鉀長石的活化劑，油胺為捕收劑。試驗(yàn)流程見圖2。

圖2 鉀長石浮選試驗(yàn)流程

2.1 礦漿pH條件試驗(yàn)

固定HF用量2 500 g/t、油胺用量1 000 g/t，進(jìn)行礦漿pH值條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 礦漿pH值對鉀長石精礦浮選指標(biāo)的影響

由圖3可以看出，隨著礦漿pH值的增加，浮選精礦K2O品位逐漸降低，回收率先升后降。在礦漿pH值為2～3時(shí)，K2O品位下降很快，回收率逐漸升高。pH值在3～6時(shí)，K2O品位下降趨勢趨于平緩，回收率不斷降低。說明礦漿pH值對浮選精礦K2O品位影響較弱，對回收率影響較大。主要原因是鉀長石零電點(diǎn)與石英的相近，但略高于石英。隨著pH值的增大，石英表面的荷電發(fā)生變化，陽離子捕收劑油胺也吸附于石英表面，降低精礦K2O品位。綜合考慮K2O品位與回收率，確定適宜的礦漿pH值為2。此時(shí)精礦K2O品位為7.84%，回收率為36.78%。

2.2 HF用量條件試驗(yàn)

因?yàn)榉瘹渲械臍湓雍头娱g結(jié)合的能力相對較強(qiáng)，使得氫氟酸在水中不能完全電離。氟的電負(fù)性很強(qiáng)，能與很多離子形成絡(luò)合物，是鉀長石浮選的主要活化劑。固定礦漿pH值為2，油胺用量為1 000 g/t，進(jìn)行HF用量條件試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 HF用量對鉀長石浮選的影響

由圖4可以看出，隨著HF用量的不斷增加，浮選精礦K2O品位和回收率均呈先上升后下降趨勢，分別在HF用量為2 500，3 000 g/t時(shí)出現(xiàn)峰值。HF用量超過2 500 g/t后，浮選精礦K2O品位迅速下降，可能是由于HF在用量較低時(shí)對鉀長石有一定的活化作用，但用量過大會同時(shí)抑制鉀長石和石英的上浮。綜合K2O品位與回收率，確定適宜的油胺用量為2 500 g/t。此時(shí)K2O品位為7.32%，回收率為41.09%。

2.3 油胺用量條件試驗(yàn)

固定礦漿pH值為2、HF用量為2 500 g/t，改變油胺用量，考察其對浮選結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出，隨著油胺用量的增加，浮選精礦K2O品位先升后降，回收率先急劇上升后趨于穩(wěn)定。說明油胺用量對精礦品位影響較大，用量超過1 500 g/t 后回收率變化很小。原因是當(dāng)油胺用量

圖5 油胺用量對鉀長石浮選的影響

較低時(shí)，油胺主要以靜電吸附的形式吸附于鉀長石表面；隨著油胺用量的增加，吸附在鉀長石表面的油胺在烴鏈間分子力的相互作用下產(chǎn)生吸引締合，在鉀長石表面形成二維空間的膠束吸附產(chǎn)物，即發(fā)生半膠束吸附，吸附作用較牢固，表現(xiàn)為精礦K2O品位在油胺用量為1 000 g/t時(shí)達(dá)到最高。綜合K2O品位與回收率，確定適宜的油胺用量為1 000 g/t。此時(shí)K2O品位為7.32%，回收率為45.09%。

3 浮選開路試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)確定最佳浮選參數(shù)即礦漿pH值2、HF用量2 500 g/t、油胺用量1 000 g/t，進(jìn)行1粗2精1掃浮選開路試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖6，結(jié)果見表2。

圖6 開路試驗(yàn)流程

表2 開路試驗(yàn)結(jié)果 %

表2表明，1粗2精1掃浮選開路流程處理該銅錫尾礦，可獲得精礦K2O品位9.14%、回收率19.21%的良好指標(biāo)，取得了較好的回收效果。

4 全流程閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和開路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了1粗2精1掃全流程閉路試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖7，結(jié)果見表3。

圖7 1粗2精1掃閉路試驗(yàn)流程

表3 閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

由表3可知，在原礦K2O品位為4.55%的條件下，經(jīng)1粗2精1掃閉路浮選，最終可獲得產(chǎn)率24.68%、K2O品位8.53%、K2O回收率46.20%的精礦產(chǎn)品，試驗(yàn)指標(biāo)較好，達(dá)到了鉀長石回收的預(yù)期目標(biāo)。

5 產(chǎn)品性質(zhì)

對閉路試驗(yàn)的精礦產(chǎn)品進(jìn)行主要化學(xué)成分分析，結(jié)果見表4。

表4 精礦產(chǎn)品主要化學(xué)成分分析 %

名稱SiO2K2OAl2O3Na2OCaOMgOFe2O3SP含量62.998.5317.724.380.500.370.451.170.047

由表4可以看出，精礦產(chǎn)品K2O品位為8.53%，含Na2O 3.88%，含SiO262.99%，完全滿足陶瓷工業(yè)中對鉀長石產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)要求。

鑒于尾礦中鉀品位相對較高，對閉路試驗(yàn)精礦、尾礦進(jìn)行X-射線衍射物相分析，結(jié)果見圖8。

由圖8可以看出，精礦產(chǎn)品主要礦物為正長石、微斜長石、鈉長石，其中石英含量較大。尾礦中主要礦物為石英、正長石、鈉長石，以及部分鐵鋰云母，含鉀礦物的存在導(dǎo)致其K2O品位較高。對于造成該現(xiàn)象的原因，還需進(jìn)一步分析。為分析精礦K2O品位較低和尾礦K2O品位較高的原因，對閉路試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行掃描電鏡分析，結(jié)果見圖9。

圖9表明，閉路試驗(yàn)精礦中夾雜著細(xì)粒的石英，這是精礦中K2O品位相對較低的主要原因。尾礦中仍然存在大量的鉀長石與石英連生體，是造成尾礦K2O品位偏高的原因。

圖8 閉路產(chǎn)品XRD分析

圖9 浮選產(chǎn)品的SEM圖片和EDS能譜

6 結(jié) 論

(1)某銅錫浮選尾礦K2O品位為4.50%，主要以鉀長石的形式存在。由于尾礦粒度較細(xì)，-0.074 mm粒級含量55%，不再磨礦而直接進(jìn)入浮選。

(2)以稀硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH值、HF為鉀長石活化劑、油胺為捕收劑，在最佳條件下進(jìn)行1粗2精1掃閉路試驗(yàn)，最終可獲得產(chǎn)率為24.68%、K2O品位為8.53%、回收率為46.20%的鉀長石精礦，完全滿足陶瓷工業(yè)中對鉀長石產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)要求。

(3)對閉路試驗(yàn)產(chǎn)品分別進(jìn)行主要化學(xué)成分分析、XRD分析和掃描電鏡分析，結(jié)果表明，精礦品位偏低的原因是細(xì)粒石英在浮選時(shí)隨鉀長石一起進(jìn)入了泡沫產(chǎn)品尾礦中，且部分鉀長石和石英未單體解離，導(dǎo)致尾礦K2O品位偏高。

[1] 孫傳堯，印萬忠.硅酸鹽礦物浮選原理[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] Vidyadhar A, Hanumantha Rao K. Adsorption mechanism of mixed cationic/anionic collectors in feldspar-quartz flotation system[J].Journal of Colloid and Interface Science，2007(3):195-204.

[3] 張福存，李小靜，周岳遠(yuǎn).石英砂精制試驗(yàn)研究[J].非金屬礦，2003，26(2)：45-47.

[4] 賈木欣，孫傳堯.幾種硅酸鹽礦物零電點(diǎn)、可浮性及鍵價(jià)分析[J].有色金屬：選礦部分，2001(6)：1-9.

Study on the Flotation Technology of Potassium Feldspar in Copper-tin Tailings

Liu Jie Zhang Shumin Han Yuexin

(School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University)

Some floatation tests were carried out to recover the potash feldspar with -0.074 mm 55% and K2O 4.5% from tailings of a copper ore dressing plant. Under the condition of dilute sulphuric acid as the pH regulator, hydrofluoric acid as activator of potash feldspar and oleylamine as the collector, close circuit test with single-stage roughing, double-stage cleaning and one-stage scavenging was conducted to produce concentrate of K2O 8.53% with the yield of 24.68% and recovery of 46.20%, which satisfied the quality requirements of potash feldspar products for ceramic industry. The experimental results made suggestions for the comprehensive utilization of copper tailings as secondary resources.

Copper and tin tailings, Potassium-feldspar, Quartz, Flotation

*國家自然基金項(xiàng)目(編號：51204035)；新教師基金項(xiàng)目(編號：20110042120041)。

2015-11-24)

劉 杰(1981—)，女，講師，博士，110004 遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路三號巷11號。