超聲預(yù)處理對(duì)十二烷基嗎啉浮選NaCl、KCl和光鹵石行為的影響*

葉秀深 ，權(quán)朝明 ，張慧芳 ，吳志堅(jiān) ，劉海寧 ，胡耀強(qiáng)

（1.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，中國科學(xué)院鹽湖資源綜合高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧810008；2.廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院；3.青海省鹽湖資源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

為提高浮選過程中礦物的收率，一些輔助手段會(huì)應(yīng)用于實(shí)際浮選過程。早在20世紀(jì)30年代已經(jīng)有人將超聲波技術(shù)應(yīng)用于浮選實(shí)驗(yàn)中，C.Aldrich等通過對(duì)復(fù)雜硫礦進(jìn)行超聲預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理對(duì)浮選速率、金屬硫化物的選擇性以及整體的回收率都有著顯著的改善［1］。中國學(xué)者對(duì)超聲預(yù)處理在煤泥的浮選過程的作用做了研究，研究發(fā)現(xiàn)超聲波對(duì)煤粒有破碎作用，可以使煤中的礦物有一定程度的分離。礦物粒度降低有助于提升浮選效率［2］。經(jīng)過超聲波處理之后，煤粒增加了比表面積，進(jìn)而增加了與捕收劑接觸的機(jī)會(huì)，提升了浮選效率［3-5?；诔曨A(yù)處理對(duì)煤泥浮選過程中產(chǎn)生的效應(yīng)，也有一些學(xué)者將超聲波技術(shù)應(yīng)用于可溶鹽的相關(guān)領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)可溶鹽固體顆粒進(jìn)行超聲預(yù)處理之后，可溶鹽的重結(jié)晶晶粒細(xì)化以及表面粗糙度等都受到一定程度的影響［6-8］。

筆者考察了十二烷基嗎啉 （DMP）濃度對(duì)NaCl、KCl和光鹵石的浮選分離行為的影響，并研究了超聲預(yù)處理對(duì)NaCl、KCl晶體表面形貌的影響，以及對(duì)DMP浮選效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：DMP（工業(yè)級(jí)），青海省化工設(shè)計(jì)研究院提供；四苯硼鈉、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、季胺鹽、硝酸汞、達(dá)旦黃、鉻黑 T、Cl-指示劑（C15H15N3O）、鹽酸、無水乙醇、氯化鈉及氯化鉀，均為普通市售分析純?cè)噭?/p>

儀器：XFDⅡ-0.5L型單槽浮選機(jī)、DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、JSM-5610LV/INCA型低真空掃描電子顯微鏡、SMART APEXⅡ型X-射線單晶衍射儀、KH-300DE型數(shù)控超聲波清洗器、CU-600型電熱恒溫水箱。

1.2 DMP儲(chǔ)備液配置

稱取一定質(zhì)量離心除雜后的工業(yè)級(jí)DMP加入容量瓶中，按照DMP和HCl的物質(zhì)的量之比約為1∶2加入鹽酸助溶，用去離子水定容后搖勻，作為DMP儲(chǔ)備液使用。

1.3 飽和鹽溶液的配置

將去離子水在70℃的恒溫水箱中恒溫，加入足量的固體鹽，攪拌溶解直至溶液中的晶體不再減少時(shí)，將溶液在室溫下靜置冷卻得到NaCl、KCl、MgCl2的飽和溶液（在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中需始終保留過量的固體鹽存在）。

1.4 對(duì)KCl、NaCl固體顆粒的超聲預(yù)處理

篩分選取粒徑為 250～375 μm 的 KCl、NaCl顆粒進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)。稱取6份200 g的KCl、NaCl固體顆粒，分別加入6組燒杯中，再分別對(duì)應(yīng)加入飽和KCl溶液、飽和NaCl溶液，將燒杯置于超聲清洗器中做超聲處理（20℃、50 Hz），每隔20 min取出一份KCl和NaCl樣品，過濾后用無水乙醇沖洗2次，置于烘箱中100℃干燥。采用SEM觀察其形貌變化，干燥后樣品作為浮選物料備用。

1.5 分析方法

K+含量由四苯硼鈉-季胺鹽容量法測(cè)定，Mg2+采用EDTA滴定，Cl-使用汞量法測(cè)定，Na+采用電荷守恒差減法計(jì)算得出。

1.6 DMP 對(duì) NaCl、KCl的浮選

分別選用超聲處理前后的NaCl、KCl做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。每份浮選料漿中原礦185 g，飽和鹽溶液600 mL（約 740 g），按固液質(zhì)量比為 1∶4做浮選實(shí)驗(yàn)，浮選介質(zhì)分別為相應(yīng)的飽和鹽溶液，DMP質(zhì)量濃度分別為 0.025、0.10、0.17、0.25、0.32、0.40、0.47、0.55 g/L，鼓泡時(shí)間為5 min、浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為2 100 r/min，刮泡時(shí)間10 min、浮選機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，浮選全程均在室溫下進(jìn)行。

浮選完成后，將刮出的泡沫收集后過濾，無水乙醇沖洗2次，置于烘箱中100℃下干燥、稱重，計(jì)算收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲預(yù)處理對(duì)KCl、NaCl顆粒表面形貌的影響

圖1、2分別為NaCl、KCl顆粒超聲處理后經(jīng)無水乙醇洗滌干燥后在掃描電鏡下的照片。由圖1、2可見，超聲處理后NaCl和KCl顆粒表面粗糙度增大，出現(xiàn)大量的凹凸結(jié)構(gòu)和臺(tái)階，顆粒邊緣棱角消失。這表明超聲波處理會(huì)使NaCl和KCl顆粒表面出現(xiàn)沖擊痕、凹坑，使得NaCl和KCl的溶解結(jié)晶平衡破壞，故出現(xiàn)了粗糙的表面［6］。同樣在煤泥超聲處理過程中會(huì)發(fā)生類似的現(xiàn)象，煤泥超聲預(yù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)超聲波清洗掉了煤粒表面的細(xì)小粒子，對(duì)煤粒表面產(chǎn)生了沖擊痕，產(chǎn)生剝蝕凹痕［5］。根據(jù)晶體生長(zhǎng)溶解動(dòng)力學(xué)理論，溶解是由晶體表面上所形成的蝕坑而開始的，并且這些蝕坑提供了溶解所需的位錯(cuò)和臺(tái)階。

圖1 超聲預(yù)處理后NaCl晶體的SEM照片

圖2 超聲預(yù)處理后KCl晶體的SEM照片

2.2 DMP濃度對(duì)KCl、NaCl及光鹵石的捕收行為

圖3為DMP濃度對(duì) KCl、NaCl、光鹵石的浮選結(jié)果。從圖3可以看出，NaCl的回收率隨DMP濃度的增大而增大，當(dāng)DMP質(zhì)量濃度為0.025 g/L時(shí)，NaCl的回收率約為60%，DMP質(zhì)量濃度從0.025 g/L提高至0.17 g/L的過程中NaCl的回收率顯著升高。當(dāng)DMP質(zhì)量濃度大于0.32 g/L時(shí)，NaCl的回收率保持在97%以上。在低濃度范圍內(nèi)，KCl的回收率隨著DMP濃度的增大而增大，當(dāng)DMP濃度繼續(xù)增大時(shí)，KCl的回收率基本保持在13%左右。DMP對(duì)光鹵石基本不具有捕收作用，濃度的增加也不影響其效果。

圖3 DMP濃度對(duì)NaCl、KCl和光鹵石浮選回收率的影響

2.3 DMP濃度對(duì)光鹵石-NaCl體系中NaCl的捕收行為影響

圖4為DMP濃度對(duì)光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系的影響。由圖4可見，與NaCl-NaCl飽和鹽溶液浮選體系相比，光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系中，DMP對(duì)NaCl的捕收能力有一定程度的降低。但是當(dāng)DMP質(zhì)量濃度大于0.25 g/L時(shí)，NaCl的回收率依然能保持在94%左右。與此類似，光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系中，DMP對(duì)KCl的捕收能力同樣有所降低，KCl的回收率均低于2.5%。

圖 4 DMP濃度對(duì)NaCl-光鹵石、KCl-光鹵石浮選體系中NaCl、KCl回收率的影響

2.4 超聲預(yù)處理對(duì)DMP浮選捕收行為的影響

將超聲處理后的KCl和NaCl顆粒分別與其飽和溶液組成浮選物料體系進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)，浮選劑DMP的質(zhì)量濃度為0.17 g/L，得到超聲預(yù)處理時(shí)間對(duì)DMP浮選KCl和NaCl晶體回收率的影響趨勢(shì)，結(jié)果見圖5。由圖5可見，未對(duì)NaCl和KCl晶體進(jìn)行超聲預(yù)處理時(shí)，0.17 g/L的DMP對(duì)NaCl的回收率為92.8%，KCl的回收率為11.4%。超聲預(yù)處理后，NaCl和KCl晶體的回收率均有所增加，NaCl和KCl回收率分別增加4.4%和2.8%。隨著超聲預(yù)處理時(shí)間的延長(zhǎng)，NaCl和KCl晶體的回收率基本保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。結(jié)合超聲預(yù)處理對(duì)NaCl和KCl晶體表面形貌的影響，推測(cè)超聲波作用使得NaCl和KCl晶體的表面變得更加粗糙，在一定程度上增加了無機(jī)鹽顆粒的表面積。這使得浮選過程中DMP和晶體顆粒的作用位點(diǎn)增多，從而使NaCl和KCl的浮選收率在經(jīng)過超聲預(yù)處理后有所增大。

圖5 超聲預(yù)處理時(shí)間對(duì)NaCl、KCl的浮選回收率的影響

3 結(jié)論

本文研究了DMP濃度對(duì)NaCl、KCl和光鹵石在各自飽和鹽溶液中捕收行為的影響，以及在模擬浮選體系光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液、光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液的影響，初步考察了超聲預(yù)處理對(duì)NaCl和KCl捕收行為的影響。得出結(jié)論：1）在本實(shí)驗(yàn)所選濃度范圍內(nèi)，DMP對(duì)NaCl的捕收能力很強(qiáng)，對(duì)KCl有一定的捕收能力，對(duì)光鹵石幾乎不捕收；2）在光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液和光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液模擬體系中，DMP對(duì)NaCl和KCl的捕收能力均有所下降；3）對(duì)NaCl和KCl晶體進(jìn)行超聲預(yù)處理后，在DMP相同的條件下，低濃度DMP對(duì)NaCl和KCl的捕收能力有所增強(qiáng)，這可能因?yàn)槌曨A(yù)處理之后NaCl、KCl晶體顆粒的表面粗糙化，增多了DMP與晶體的作用位點(diǎn)，使NaCl和KCl回收率增大。