微細(xì)粒輝鉬礦的浮選動(dòng)力學(xué)研究

任 強(qiáng)

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司礦冶分公司三十畝地選礦廠，陜西 渭南 714102）

1 試驗(yàn)

1.1 試樣和試劑

選取陜西某大型鉬礦的粒輝鉬礦礦樣作為試驗(yàn)對(duì)象，主要采取手選除雜的方法處理已經(jīng)破碎后的礦樣，將陶瓷球磨礦，干式篩分，獲得低于38 μm粒度的單礦物樣品。樣品累計(jì)粒度分布體積中的d10、d50和d90分別表示10%、50%和90%所對(duì)應(yīng)的粒徑，樣品的粒徑分布為為d10=2.72 μm，d50=10.15 μm，d90=32.13 μm。輝鉬礦單礦物的X線衍射（XRD）分析結(jié)果如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單礦物浮選

在XFG11掛槽浮選機(jī)中進(jìn)行單礦物浮選，選取容積為10 mL的浮選槽容積，主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)在0～2600 r/min范圍內(nèi)，將25℃作為浮選溫度指標(biāo)。每次試驗(yàn)在100 mL燒杯中稱取2.0 g礦樣，將50 mL蒸餾水加入燒杯中，然后進(jìn)行5 min的超聲處理，將靜置澄清2 min的礦漿的懸浮液倒入。在40 mL浮選槽中倒入40 mL的礦樣，并加入蒸餾水至30 mL進(jìn)行攪拌1 min，然后根據(jù)試驗(yàn)要求將調(diào)整劑、捕收劑和起泡劑依次加入，調(diào)整劑的藥劑作用為2 min，捕收劑的藥劑作用為3 min，起泡劑的藥劑作用為1 min，然后進(jìn)行3 min的浮選刮泡，其間每隔30 s需分開收集所獲得的泡沫產(chǎn)品。最后過(guò)濾泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品，并對(duì)其進(jìn)行烘干、稱質(zhì)量并計(jì)算產(chǎn)率，產(chǎn)率為回收率。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每次需重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，求平均值[1]。

圖1 輝鉬礦單礦物的X線衍射圖

1.2.2 粒徑測(cè)試

稱取2.0 g礦樣進(jìn)行試驗(yàn)，在調(diào)漿時(shí)按照與單礦物浮選相同的條件實(shí)施，在激光粒度分析儀中放入取樣，對(duì)絮團(tuán)的表觀粒度進(jìn)行測(cè)試，每次需重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)。

1.2.3 濁度沉降試驗(yàn)

礦物顆粒處于聚集狀態(tài)說(shuō)明濁度較小，礦物顆粒處于分散狀態(tài)說(shuō)明濁度較大。在100 mL含有一定藥劑濃度的溶液中加入稱取0.2 g礦物樣品，并將其倒入100 mL沉降量筒中，目的是為了進(jìn)行3 min的沉降，在試樣瓶中放入所抽取的20 mL上層懸濁液，采用WGZ-3（3A）型散射光油度儀測(cè)量濁度，F(xiàn)TU表示濁度單位，1 FTU代表1 mg/L SIO2懸濁液的濁度。

2 結(jié)果

2.1 不同輝鉬礦的天然可浮性

不同輝鉬礦的天然可浮性隨礦漿pH的變化規(guī)律在不添加非極性烴油的情況下的結(jié)果如圖2所示；不同輝鉬礦的浮選動(dòng)力學(xué)情況在pH為7、MIBC用量12.5 mg/L的情況下的結(jié)果如圖3所示。

圖2 攪拌轉(zhuǎn)速為1900 r/min時(shí)礦漿pH對(duì)不同輝鉬礦的天然可浮性的影響

由圖2可知，與粒徑在38～74 μm范圍的輝鉬礦相比，粒度在38 μm以下的輝鉬礦在整個(gè)pH范圍內(nèi)，浮選回收率在20%以下。由此可知，隨顆粒粒度的減小，輝鉬礦的天然可浮性會(huì)不斷降低[2]。原因主要是輝鉬礦顆粒粒度的減少會(huì)使面棱比例降低，從而降低輝鉬礦表面的疏水性與可浮性。

圖3 當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速為1900 r/min、礦漿pH為7時(shí)不同輝鉬礦的浮選動(dòng)力學(xué)

由圖3可知，與粒度在38～74 μm的輝鉬礦浮選速率常數(shù)相比，粒度在38μm的輝鉬礦浮選速率常數(shù)越小，浮選速率越低，說(shuō)明了微細(xì)粒輝輝鉬礦具有浮選速率較小的特點(diǎn)。

2.2 柴油添加量的影響

試驗(yàn)中的捕收劑主要采用0號(hào)柴油乳狀液，12.5 mg/L作為MIBC用量指標(biāo)，1900 r/min為攪拌轉(zhuǎn)速指標(biāo)，7為礦漿pH指標(biāo)，在捕收劑作用時(shí)間3 min的條件下，對(duì)柴油的添加量對(duì)微細(xì)輝鉬礦浮選動(dòng)力學(xué)的影響進(jìn)行考察，結(jié)果如圖4所示。

圖4 當(dāng)pH=7、攪拌轉(zhuǎn)速為1900 r/min時(shí)，不同柴油用量下微細(xì)粒輝鉬礦的浮選動(dòng)力學(xué)

結(jié)合圖3、圖4可知，添加200 mg/L非極性烴油時(shí)，輝鉬礦回收率與浮選速率常數(shù)會(huì)顯著提高和增大。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因與顆粒表明疏水性的增強(qiáng)，以及疏水聚團(tuán)體粒度有著密切聯(lián)系。

2.3 礦漿pH的影響

12.5 mg/L為MIBC用量指標(biāo)，1900 r/min為攪拌轉(zhuǎn)速指標(biāo)，7為礦漿pH指標(biāo)，捕收劑作用時(shí)間3 min的條件下，就pH對(duì)微細(xì)粒輝鉬礦的浮選動(dòng)力學(xué)的影響考察結(jié)果如圖5所示。

圖5 當(dāng)柴油用量為200 mg/L、攪拌轉(zhuǎn)速為1900 r/min時(shí)，礦漿pH對(duì)微細(xì)粒輝鉬礦浮選動(dòng)力學(xué)的影響

由圖5可知，微細(xì)粒輝鉬礦浮選速率的影響與礦漿pH有關(guān)，輝鉬礦的浮選速率常數(shù)在強(qiáng)酸性至中性的pH范圍內(nèi)會(huì)增大。

2.4 攪拌轉(zhuǎn)速的影響

在12.5 mg/L為MIBC用量指標(biāo)，1900 r/min為攪拌轉(zhuǎn)速指標(biāo)，7為礦漿pH指標(biāo)，捕收劑作用時(shí)間3 min的條件下，攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)微細(xì)粒輝鉬礦選動(dòng)力學(xué)的影響規(guī)律：浮選速率常數(shù)和回收率的增大，是建立在攪拌轉(zhuǎn)速在1300～1900 r/min范圍內(nèi)增加的基礎(chǔ)上；且浮選速率常數(shù)與回收率的增大是建立在攪拌轉(zhuǎn)速在1900 r/min的技術(shù)上。如果出現(xiàn)過(guò)高的攪拌轉(zhuǎn)速，在高剪切力作用下，疏水聚團(tuán)體將可能遭到破壞，這對(duì)浮選分離帶來(lái)不良影響；如果存在過(guò)低的攪拌轉(zhuǎn)速，那么將無(wú)法獲得良好的疏水絮凝[3]。

2.5 顆粒間相互作用

在對(duì)微細(xì)粒輝鉬礦疏水聚團(tuán)浮選中顆粒間相互作用的研究中，可應(yīng)用擴(kuò)展的DLVO理論（EDLVO理論）。得出的結(jié)論為：疏水引力是微細(xì)粒輝鉬礦與柴油油滴之間相互作用的核心。

3 結(jié)論

隨著顆粒力度的減小，輝鉬礦的天然可浮性也會(huì)不斷降低；粒度在38 μm的微細(xì)粒輝鉬礦相比于38～74 μm的微細(xì)粒輝鉬礦，其浮選回收率更低且浮選速率更慢。柴油用量通過(guò)對(duì)疏水團(tuán)聚體粒徑的增大，并對(duì)浮選速率常數(shù)的提高，使微細(xì)粒輝鉬礦的浮選效率增大。在其他條件不變，只是柴油用量變化的情況下，微細(xì)粒輝鉬礦的浮選速率常數(shù)L與團(tuán)聚體平均粒徑dp之間存在的關(guān)系為：L=1.6022×10-3dp2.4433。

對(duì)于微細(xì)粒輝鉬礦浮選速率受礦漿pH的影響來(lái)說(shuō)，輝鉬礦的浮選速率常數(shù)比堿性條件下的速率常數(shù)要大，其是建立在酸性和中性pH的條件基礎(chǔ)上。在柴油體系中，pH的降低會(huì)使輝鉬礦顆粒的聚集行為增加，但增加幅度不太顯著，導(dǎo)致輝鉬礦浮選回收率的增加也不顯著。在疏水聚團(tuán)過(guò)程中，微細(xì)粒輝鉬礦聚團(tuán)行為的促進(jìn)可以通過(guò)攪拌轉(zhuǎn)速的增大得以實(shí)現(xiàn)，且能夠使團(tuán)聚體的平均粒徑增大，使其浮選速率常數(shù)和浮選回收率得到提高；如果出現(xiàn)過(guò)高的攪拌轉(zhuǎn)速，在高剪切力的作用下，將會(huì)直接破壞疏水聚團(tuán)體，從而將會(huì)降低浮選效率。

與靜電排斥勢(shì)能和van deer Waals的作用勢(shì)能絕對(duì)值相比，微細(xì)粒輝鉬礦與柴油油滴之間疏水作用勢(shì)能的絕對(duì)值要大3個(gè)數(shù)量級(jí)，疏水作用占據(jù)核心地位。為了使微細(xì)例輝鉬礦浮選效率得到提高，本次研究結(jié)果可提供相關(guān)的理論依據(jù)。