六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及機(jī)理研究

劉國(guó)晨

(紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院)

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六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及機(jī)理研究

劉國(guó)晨

(紫金礦冶設(shè)計(jì)研究院)

為查明六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及作用機(jī)理，通過(guò)浮選試驗(yàn)研究表明：在菱鎂礦-白云石體系中，適量的六偏磷酸鈉可有效地抑制白云石的上??；機(jī)理分析檢測(cè)表明：六偏磷酸鈉因大量吸附在白云石表面，使得油酸鈉失去與白云石的作用活性點(diǎn)，導(dǎo)致在浮選過(guò)程白云石礦漿中的Ca2+、Mg2+溶解量幾乎不變，從而達(dá)到礦物分選的目的；同時(shí)，試驗(yàn)研究還表明：菱鎂礦-白云石體系在NaOH調(diào)漿下取得的分選效果要好于Na2CO3調(diào)漿下取得的效果。

菱鎂礦 白云石 六偏磷酸鈉 浮選 抑制機(jī)理

菱鎂礦化學(xué)組成為MgCO3，晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。菱鎂礦是提煉金屬鎂的原料，因其中的氧化鎂具有高耐火性和黏結(jié)性，更是鎂質(zhì)耐火材料和鎂質(zhì)建筑材料的主要原料[1]。菱鎂礦一直是我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，截止到2012年底，我國(guó)已探明菱鎂礦資源儲(chǔ)量5億t，退居世界第二位，約占世界菱鎂礦總儲(chǔ)量的20.8%[2]。

隨著開(kāi)采利用的深入，高質(zhì)量的菱鎂礦礦石越來(lái)越少，有效去除其中雜質(zhì)礦物，提高菱鎂礦品級(jí)越來(lái)越迫切。白云石是菱鎂礦礦石中的主要含鈣雜質(zhì)礦物，它的存在會(huì)使得在后續(xù)煅燒過(guò)程中形成CaSiO3，冷卻時(shí)因易松離而使耐火材料崩潰[3]。然而菱鎂礦與白云石同屬碳酸鹽礦物，具有完全相同的陰離子和部分相同的陽(yáng)離子，由于晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)均很相近，二者很難進(jìn)行浮選分離。許多選礦工作者對(duì)此進(jìn)行了大量研究工作，但效果甚微。

為此，以油酸鈉為捕收劑，針對(duì)菱鎂礦、白云石兩種單礦物進(jìn)行試驗(yàn)，在NaOH、Na2CO3調(diào)漿作用下，重點(diǎn)研究六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中對(duì)白云石的抑制效果及機(jī)理。

1 試驗(yàn)礦樣及條件

試驗(yàn)用單礦物菱鎂礦取自遼寧丹東市某菱鎂礦山，主要元素含量為：MgO 46.35%，SiO20.33%，CaO 0.73%。試驗(yàn)用單礦物白云石來(lái)源于一礦物標(biāo)本公司，主要元素含量為MgO 17.21%，SiO229.17%。兩種單礦物制備過(guò)程均經(jīng)人工揀選后，采用干式瓷球磨磨礦，取-35+74 μm用于浮選試驗(yàn)。其中，所制菱鎂礦、白云石單礦物比表面積分別為1.718、1.104 m2/g。試驗(yàn)所用油酸鈉為化學(xué)純，六偏磷酸鈉為分析純，以氫氧化鈉、碳酸鈉作為pH值調(diào)整劑。

試驗(yàn)所用浮選機(jī)為XFG型掛槽式，轉(zhuǎn)速為1 750 r/min，浮選槽容量為50 mL，浮選礦漿溫度為25 ℃，每次試驗(yàn)用礦量為2.000 g，浮選時(shí)間為4 min，加入浮選藥劑后的調(diào)漿時(shí)間均為3 min。

2 試驗(yàn)研究

2.1 不同pH值調(diào)整劑對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)前先以調(diào)整礦漿pH=10.5～11為標(biāo)準(zhǔn)，以此確定調(diào)整劑NaOH、Na2CO3的用量。通過(guò)前期探索，發(fā)現(xiàn)對(duì)于菱鎂礦及白云石的浮選，將其礦漿pH值調(diào)至上述值所需的NaOH用量基本一致；Na2CO3用量亦如此，這為后續(xù)試驗(yàn)操作提供了方便。

確定調(diào)整劑用量后，針對(duì)兩類(lèi)單礦物，分別在以NaOH、Na2CO3作為調(diào)整劑的條件下，采用不同用量的抑制劑六偏磷酸鈉，進(jìn)行兩組對(duì)比試驗(yàn)。礦入浮選槽攪拌2 min后，依次加入pH值調(diào)整劑、抑制劑及捕收劑，調(diào)漿時(shí)間均為3 min，浮選刮泡4 min。不同pH值調(diào)整劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 NaOH調(diào)漿下六偏磷酸鈉用量對(duì)礦物可浮性的影響

圖2 Na2CO3調(diào)漿下六偏磷酸鈉用量對(duì)礦物可浮性的影響

由圖1、圖2可見(jiàn)，對(duì)于菱鎂礦及白云石，六偏磷酸鈉均表現(xiàn)出一定的抑制作用，其中對(duì)白云石的抑制效果更為明顯；同時(shí)，相對(duì)于Na2CO3調(diào)漿，NaOH調(diào)漿下的菱鎂礦及白云石在六偏磷酸鈉的作用下，分選性差別較大；可以推斷，實(shí)際菱鎂礦脫鈣過(guò)程，以六偏磷酸鈉為抑制劑，NaOH調(diào)漿要比在Na2CO3調(diào)漿取得的分選指標(biāo)好。

2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

依據(jù)上述試驗(yàn)可知，菱鎂礦-白云石體系中，六偏磷酸鈉作為抑制劑，在NaOH調(diào)漿下要比在Na2CO3調(diào)漿下取得更好的分選效果。因菱鎂礦含鎂，白云石含鈣鎂，在已取得的試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，為研究分析NaOH調(diào)漿所達(dá)到的分選效果更好的原因，進(jìn)一步針對(duì)浮選過(guò)程礦漿中鈣鎂離子濃度變化進(jìn)行了相關(guān)分析檢測(cè)。

驗(yàn)證試驗(yàn)流程同上述試驗(yàn)一致，加入六偏磷酸鈉后調(diào)漿3 min，不進(jìn)行后續(xù)操作，取出礦漿。將各試驗(yàn)點(diǎn)所得礦漿固液分離，靜置后取上清液進(jìn)行分析檢測(cè)。其中，菱鎂礦送檢鎂離子，白云石送檢鈣、鎂離子。分析檢測(cè)所得試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

由圖3～圖5可見(jiàn)，試驗(yàn)礦樣浮選過(guò)程，無(wú)論采用何種pH值調(diào)整劑，礦漿中鎂離子濃度隨抑制劑六偏磷酸鈉用量增加而產(chǎn)生的變化趨勢(shì)基本一致；對(duì)于菱鎂礦，礦漿中鎂離子濃度均隨六偏磷酸鈉用量的增加而升高；對(duì)于白云石，礦漿中鎂離子濃度則隨六偏磷酸鈉用量的增加而趨于不變。對(duì)于白云石浮選過(guò)程礦漿中鈣離子濃度的變化，針對(duì)不同pH值調(diào)整劑則出現(xiàn)了不同趨勢(shì)的曲線(xiàn)：NaOH調(diào)漿下，鈣離子濃度隨六偏磷酸鈉用量的增加而趨于不變；Na2CO3調(diào)漿下，鈣離子濃度則隨著六偏磷酸鈉用量的增加而呈現(xiàn)先極速升高后趨緩的趨勢(shì)。

圖3 NaOH調(diào)漿下礦物表面鎂離子濃度變化

圖4 Na2CO3調(diào)漿下礦物表面鎂離子濃度變化

圖5 白云石表面鈣離子濃度變化

綜上分析驗(yàn)證試驗(yàn)所得結(jié)果，在NaOH調(diào)漿下，以六偏磷酸鈉為抑制劑，體系中菱鎂礦浮選溶出的鎂離子量一直在增加，而白云石中的鎂離子及鈣離子量幾乎無(wú)變化；而在Na2CO3調(diào)漿下，以六偏磷酸鈉為抑制劑，雖然體系中菱鎂礦浮選也溶出鎂離子，但作為脈石礦物的白云石中鈣離子量卻一直在增加。兩相比較，進(jìn)一步證實(shí)了上節(jié)關(guān)于在菱鎂礦-白云石體系中以六偏磷酸鈉為抑制劑，NaOH調(diào)漿下的分選效果要好于Na2CO3調(diào)漿的推斷。

3 藥劑作用機(jī)理分析

3.1 機(jī)理分析

金屬陽(yáng)離子的溶解對(duì)礦物分選性差異影響明顯已有很多報(bào)道。Al3+、Fe3+對(duì)藍(lán)晶石-油酸鈉體系的浮選具有活化作用；而Ca2+、Mg2+對(duì)藍(lán)晶石-油酸鈉體系的浮選具有抑制作用[4]。陳玉千等[5]研究表明，Ca2+比Mg2+對(duì)鐵礦正浮選影響更大，F(xiàn)e3+對(duì)硅線(xiàn)石浮選有一定的抑制作用，在pH值為6.4～10時(shí)，Al3+能夠活化硅線(xiàn)石的浮選，這兩種三價(jià)金屬離子都能活化石英浮選[6]。

可以看出，菱鎂礦-白云石體系在不同pH值調(diào)整劑作用下產(chǎn)生的分選性差異與礦漿中Ca2+、Mg2+溶解量的不同變化息息相關(guān)。礦漿中Ca2+、Mg2+溶解量之所以呈現(xiàn)不同變化，可能在于脈石礦物白云石表面吸附著大量的六偏磷酸鈉，從而影響其本身Ca2+、Mg2+的溶解。即菱鎂礦-白云石體系藥劑作用機(jī)理：六偏磷酸鈉在白云石表面的吸附量大于在菱鎂礦表面的吸附量，從而影響著白云石礦物浮選過(guò)程中Ca2+、Mg2+的溶解，使得在一定捕收劑用量下，可優(yōu)先浮選菱鎂礦。而對(duì)于不同pH值調(diào)整劑，添加NaOH要比添加Na2CO3所達(dá)到的分選效果更好，原因也就在于體系浮選過(guò)程添加NaOH，六偏磷酸鈉在白云石表面吸附量與在菱鎂礦表面吸附量的差異可能比添加Na2CO3還要大。

3.2 六偏磷酸鈉在礦物表面的吸附量測(cè)定

為驗(yàn)證上述機(jī)理分析，再次進(jìn)行相關(guān)吸附量測(cè)定試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)流程同驗(yàn)證試驗(yàn)完全一致，將各試驗(yàn)點(diǎn)所得礦漿固液分離，靜置后取上清液進(jìn)行分析檢測(cè)。利用ICP光譜儀對(duì)其進(jìn)行元素分析，得到殘余液P的含量，差減即可得到吸附在礦物表面六偏磷酸鈉的含量。分析檢測(cè)所得試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 NaOH調(diào)漿下礦物表面六偏磷酸鈉的吸附量

由圖6、圖7可見(jiàn)，六偏磷酸鈉在礦物表面吸附量的測(cè)定結(jié)果印證了上述機(jī)理分析想猜，在菱鎂礦-白云石體系中，無(wú)論以何種pH值調(diào)整劑調(diào)漿，抑制劑六偏磷酸鈉在白云石礦物表面的吸附量都要比在菱鎂礦礦物表面的吸附量大很多，這也就是六偏磷酸鈉能夠在該體系中作為白云石抑制劑的原因；另外，檢測(cè)結(jié)果也顯示，六偏磷酸鈉在白云石表面吸附量與在菱鎂礦表面吸附量的差異對(duì)比，在NaOH調(diào)漿條件下要比Na2CO3調(diào)漿差異更為明顯，這也就是NaOH調(diào)漿取得的分選指標(biāo)要好于Na2CO3調(diào)漿取得的分選指標(biāo)的原因。

圖7 Na2CO3調(diào)漿下礦物表面六偏磷酸鈉的吸附量

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)通過(guò)浮選試驗(yàn)結(jié)果表明，六偏磷酸鈉對(duì)菱鎂礦及白云石礦物均具有抑制作用，但控制在適合的用量時(shí)，其對(duì)白云石的抑制作用要強(qiáng)于菱鎂礦，使得二者有一定的分選效果。

(2)菱鎂礦-白云石體系礦漿中，Ca2+、Mg2+溶解量的不同直接影響著礦物間的分選性。

(3)六偏磷酸鈉在礦物表面的吸附量測(cè)定結(jié)果表明，菱鎂礦-白云石浮選體系中，六偏磷酸鈉為調(diào)整劑，其選擇性抑制作用對(duì)礦物表面Ca2+、Mg2+溶解能力及吸附作用具有一定的關(guān)聯(lián)。對(duì)菱鎂礦抑制能力較弱，表面Mg2+溶出能力較強(qiáng)，吸附量較??；而對(duì)白云石則相反。這從根本上導(dǎo)致在菱鎂礦-白云石體系中添加六偏磷酸鈉，在一定量的油酸鈉條件下，二者可實(shí)現(xiàn)浮選分離。

(4)菱鎂礦-白云石體系中，添加NaOH調(diào)漿要比添加Na2CO3所達(dá)到的分選效果好。

[1] 王金良，楊秀花.菱鎂礦除鈣可選性研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2010(4)：26-29.

[2] 鮑榮華，郭 娟，許 容，等.中國(guó)菱鎂礦開(kāi)發(fā)居世界重要地位[J].地質(zhì)與礦產(chǎn)，2012(12)：25-30.

[3] 印萬(wàn)忠，丁亞卓，張麗榮，等.國(guó)內(nèi)外鎂鹽晶須制備及應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展概況[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2007(增)：8-9.

[4] 董宏軍，陳 藎，毛鉅凡.金屬離子對(duì)藍(lán)晶石可浮性的影響及機(jī)理研究[J].非金屬礦，1996(1)：27-30.

[5] 陳玉千，松全元.尾礦回水中的幾種離子對(duì)鐵正浮選影響[J].中國(guó)礦業(yè)，1996，5(2)：32-36.

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2016-08-01)

劉國(guó)晨(1989—)，男，工程師，364200 福建省上杭縣二環(huán)路。