金紅石與石榴石浮選分離試驗(yàn)研究

李洪強(qiáng)苗呈佶翁孝卿陳　騫宋少先李洪潮

（1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北　武漢430070；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北　武漢430070；3.國(guó)土資源部鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，鄭州　河南450006）

金紅石（TiO2）是制造電焊條、高檔鈦白粉、海綿鈦和冶煉金屬鈦及其合金的重要原料，應(yīng)用極為廣泛[1]；納米TiO2則在涂料、化妝品、造紙、塑料和環(huán)保等方面有著廣泛的應(yīng)用[2]。雖然金紅石是重要的工業(yè)原料，但我國(guó)金紅石礦的開(kāi)發(fā)利用尚處于初級(jí)階段，年產(chǎn)量大約2 500 t，且90%來(lái)自砂礦，主要產(chǎn)自廣東、廣西和海南等省區(qū)。其實(shí)我國(guó)的金紅石砂礦儲(chǔ)量并不大，僅占金紅石總儲(chǔ)量的14%，86%以原生金紅石礦的形式存在[3]，普遍具有品位低、粒度細(xì)、礦物組成復(fù)雜、可選性差等特點(diǎn)，因而至今未被大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用，造成國(guó)內(nèi)金紅石精礦緊缺的局面[4]。

榴輝巖型金紅石礦成分相對(duì)簡(jiǎn)單，具有嵌布粒度較粗、可綜合回收利用的礦物多、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高等特點(diǎn)，是一類(lèi)具有較大開(kāi)發(fā)利用優(yōu)勢(shì)的原生金紅石礦[5]。榴輝巖型金紅石的主要共伴生礦物有石榴石（鐵鋁榴石）和綠輝石，由于金紅石與石榴石的密度相近，因而重選方法不能實(shí)現(xiàn)二者的有效分離；純的金紅石與石榴石之間雖然存在磁性差異，但有的金紅石晶格中的鈦被鐵取代，有的金紅石顆粒表面被鐵污染，導(dǎo)致部分金紅石礦物的磁性增強(qiáng)，磁選分離時(shí)會(huì)導(dǎo)致金紅石的損失[6]。因此，研究浮選方法實(shí)現(xiàn)二者的高效分離具有十分重要的意義。

試驗(yàn)以金紅石、石榴石純礦物及混合礦為對(duì)象，研究捕收劑苯乙烯磷酸、活化劑硝酸鉛、抑制劑氟硅酸鈉對(duì)金紅石及石榴石浮選行為的影響，進(jìn)而確定金紅石與石榴石高效浮選分離的藥劑制度，為榴輝巖型金紅石資源開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1　試驗(yàn)原料、藥劑及方法

1.1　試驗(yàn)原料及藥劑

1.1.1試驗(yàn)原料

海南某海濱沙礦的搖床重選金紅石精礦經(jīng)過(guò)瓷球磨、濕篩得到0.074～0.038 mm的金紅石純礦物。將取自江蘇東海某礦的石榴石磁選精礦過(guò)100目篩子，篩上產(chǎn)品經(jīng)干式磁選、振動(dòng)磨、濕篩得到0.074～0.038 mm的試驗(yàn)用石榴石純礦物。金紅石和石榴石純礦物的X射線熒光光譜分析結(jié)果見(jiàn)表1，X射線衍射分析結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

由表1、圖1和圖2可知，試驗(yàn)用金紅石純礦物純度大于98%，石榴石純礦物純度大于92%，滿足純礦物浮選試驗(yàn)要求。

1.1.2試驗(yàn)藥劑

捕收劑苯乙烯膦酸（SPA）、活化劑硝酸鉛、抑制劑氟硅酸鈉、pH調(diào)整劑鹽酸和氫氧化鈉均為分析純?cè)噭?，起泡?#油為工業(yè)品。試驗(yàn)用水用Milli-Q Direct 16制備，電阻率為18.25 MΩ·cm。

1.2　浮選試驗(yàn)

1.2.1純礦物浮選試驗(yàn)

金紅石及石榴石純礦物的浮選試驗(yàn)在100 mL的RK/FGC35型掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，每次試驗(yàn)的金紅石或石榴石純礦物給礦量為3 g。試驗(yàn)時(shí)，先將礦漿攪拌2 min，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，然后根據(jù)需要按順序添加硝酸鉛、SPA、氟硅酸鈉、2#油，每添加1種藥劑后攪拌3 min，然后按每6 s刮泡1次，30 s加水1次，共刮泡3 min，槽內(nèi)產(chǎn)品和泡沫產(chǎn)品分別烘干、稱(chēng)重，計(jì)算上浮率。

1.2.2混合礦浮選試驗(yàn)

將金紅石和石榴石純礦物按1∶3的質(zhì)量比混勻，取3 g混合礦進(jìn)行浮選，試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)步驟同1.2.1節(jié)，槽內(nèi)產(chǎn)品和泡沫產(chǎn)品分別烘干、稱(chēng)重、化驗(yàn)，計(jì)算浮選精礦的金紅石回收率。

2　試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1　純礦物浮選試驗(yàn)

2.1.1SPA用量（濃度）試驗(yàn)

在不添加硝酸鉛和氟硅酸鈉情況下，探究SPA對(duì)金紅石及石榴石可浮性的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，金紅石和石榴石的上浮率均隨著SPA濃度的提高而提高，SPA濃度從1×10-6mol/L提高到1×10-4mol/L，金紅石的上浮率從27.09%提高到88.05%，石榴石的上浮率從22.76%提高到85.11%；在SPA的用量區(qū)間，相同的SPA濃度情況下，石榴石的上浮率始終低于金紅石的上浮率，當(dāng)SPA的濃度為5×10-5mol/L時(shí)，石榴石的上浮率較金紅石低29個(gè)百分點(diǎn)，顯示出SPA對(duì)金紅石和石榴石的捕收有一定的選擇性。

2.1.2硝酸鉛的活化作用試驗(yàn)

硝酸鉛對(duì)金紅石浮選的活化作用，表現(xiàn)在促進(jìn)SPA與金紅石的結(jié)合，從而提高金紅石的上浮率[7]。圖4為硝酸鉛用量為1×10-4mol/L情況下，SPA濃度與金紅石、石榴石上浮率關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果。

比較圖3和圖4可以看出，硝酸鉛對(duì)金紅石和石榴石均具有活化作用：SPA濃度為1×10-6mol/L時(shí)，金紅石和石榴石的上浮率分別提高到45.36%和40.07%；SPA濃度提高到1×10-4mol/L時(shí)，金紅石和石榴石的上浮率分別提高到93.12%和91.14%。硝酸鉛的添加使浮選的選擇性變差，SPA的濃度為5×10-5mol/L時(shí)，石榴石的上浮率較金紅石僅低21.75個(gè)百分點(diǎn)。

2.1.3氟硅酸鈉對(duì)石榴石的抑制作用試驗(yàn)

由于金紅石與石榴石在SPA和硝酸鉛作用下可浮性差異不大，因此在SPA濃度為1×10-4mol/L，硝酸鉛用量為1×10-4mol/L情況下，考察了氟硅酸鈉對(duì)石榴石抑制效果的影響，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可看出，當(dāng)氟硅酸鈉用量從5×10-5mol/L增大至25×10-5mol/L，金紅石與石榴石的可浮性差異顯著增大，對(duì)石榴石的抑制作用非常強(qiáng)烈，氟硅酸鈉的用量從1×10-5mol/L提高到25×10-5mol/L，石榴石的上浮率從93.81%大幅度下降到5.45%，而金紅石的上浮率僅從94.09%下降到91.26%。表明在氟硅酸鈉用量為25×10-5mol/L時(shí)，金紅石和石榴石浮選分離的選擇性最好。

2.1.4礦漿pH值的影響

在SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛為1×10-4mol/L，氟硅酸鈉為2.5×10-4mol/L情況下，考察了礦漿pH值對(duì)金紅石、石榴石可浮性的影響，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著pH值的增大，金紅石的上浮率先上升后下降，石榴石的上浮率很低，且變化很小，當(dāng)pH=6～8時(shí)，金紅石的上浮率大于90%，石榴石的上浮率在5%左右，二者相差約85個(gè)百分點(diǎn)。因此，石榴石和金紅石的浮選分離宜在近中性礦漿中進(jìn)行。

2.2　人工混合礦浮選分離試驗(yàn)

2.2.1SPA濃度試驗(yàn)

SPA濃度試驗(yàn)固定礦漿中硝酸鉛的濃度為1×10-4mol/L，不添加氟硅酸鈉，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著SPA濃度的增大，浮選精礦金紅石回收率先升后降，金紅石含量維持在30%左右，而給礦的金紅石含量為25%，可見(jiàn)浮選分離效果不好。

2.2.2氟硅酸鈉的選擇性抑制試驗(yàn)

在SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L情況下考察氟硅酸鈉的選擇性抑制作用效果，結(jié)果如圖8所示。

從圖8可知，氟硅酸鈉濃度增大，浮選精礦金紅石含量升高，金紅石回收率先升后降。精礦金紅石含量升高，表明在浮選過(guò)程中石榴石受到了抑制；氟硅酸鈉用量過(guò)大，金紅石回收率下降，表明金紅石也受到了抑制。

2.2.3礦漿pH值試驗(yàn)

礦漿pH值試驗(yàn)固定SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L，氟硅酸鈉濃度為2.5×10-4mol/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

由圖9可知，隨著pH的增大，浮選精礦金紅石含量和金紅石回收率均先顯著上升后顯著下降，拐點(diǎn)在pH=6時(shí)，對(duì)應(yīng)的精礦金紅石含量達(dá)73.83%、回收率達(dá)86.62%，較好地實(shí)現(xiàn)了金紅石與石榴石的分離。

3　結(jié)論

（1）純礦物浮選試驗(yàn)表明：捕收劑苯乙烯膦酸（SPA）對(duì)金紅石和石榴石均具有捕收能力，濃度在5×10-5mol/L時(shí)顯示出一定的浮選選擇性；活化劑硝酸鉛對(duì)金紅石和石榴石均具有活化作用，添加硝酸鉛可以降低SPA的用量；抑制劑氟硅酸鈉對(duì)石榴石有極強(qiáng)的抑制能力，用量較大時(shí)對(duì)金紅石也有一定的抑制作用；浮選礦漿pH=6～8時(shí)，金紅石上浮率最大，金紅石與石榴石的分離效果最好。

（2）人工混合礦浮選試驗(yàn)表明：在礦漿pH=6，捕收劑SPA濃度為1×10-5mol/L，活化劑硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L，抑制劑氟硅酸鈉濃度為2.5×10-4mol/L情況下，可高效浮選分離金紅石和石榴石的人工混合礦，得到金紅石含量達(dá)73.83%、回收率達(dá)86.62%的金紅石精礦。