十二胺體系中煤系礦物的浮選特性研究

陸芳琴 侯寶宏 張明旭

摘 要：為了探索煤泥水中不同種類礦物在十二胺體系中的浮選特性，通過浮選試驗(yàn)、Zeta電位測(cè)試分析，研究了十二胺作捕收劑條件下藥劑濃度以及溶液pH值對(duì)高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性影響.結(jié)果表明：高嶺石、石英在濃度為0.08mmol/L時(shí)，回收率較高，分別為70.14%、82.78%，蒙脫石在藥劑濃度為0.8mmol/L時(shí)，才有較好的可浮性，回收率為60.37%;高嶺石、石英以及蒙脫石在酸性、中性都有較好的可浮性，在強(qiáng)堿條件下是三種礦物的可浮性變差;高嶺石、石英以及蒙脫石在整個(gè)pH范圍內(nèi)，顆粒表面Zeta電位主要為負(fù)值，加入十二胺后能顯著降低礦物顆粒表面的負(fù)電位.

關(guān)鍵詞：十二胺;浮選;高嶺石;石英;蒙脫石

中圖分類號(hào)：TD923? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2020）05-0039-03

由于采煤機(jī)械化，大量的矸石進(jìn)入原煤中，而我國(guó)煤炭又大多采用濕法選煤技術(shù)，導(dǎo)致了煤炭洗選過程產(chǎn)生了大量的難處理的高泥化煤泥水[1].這些高泥化煤泥水具有顆粒粒度細(xì)、黏土含量高、荷負(fù)電和易水化等特點(diǎn)，導(dǎo)致煤泥水難沉降難脫水.高泥化煤泥水中含有大量的微細(xì)粘土礦物是其難以沉降澄清處理的一個(gè)重要原因[2]，而高嶺石、石英以及蒙脫石是高泥化煤泥水中礦物的主要成分之一[3]，同時(shí)，高嶺石、石英以及蒙脫石也是重要的工業(yè)原料[4-6]，如果將這些礦物從煤泥水中浮選分離出來，既能解決選煤廠因高泥化煤泥水難處理造成的眾多問題，還能避免資源浪費(fèi)，能產(chǎn)生一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.因此研究煤泥水中高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性是十分重要的.

目前，在選礦業(yè)中，高嶺石、石英浮選研究較多，而蒙脫石浮選研究較少.其中，季銨鹽與胺類藥劑是當(dāng)今最常用的鋁土礦反浮選藥劑，它可以在廣泛的pH值范圍內(nèi)從鋁土礦中浮選出高嶺石顆粒[7].曹學(xué)鋒[8]等進(jìn)行了十二系列胺類在高嶺石浮選方面研究，發(fā)現(xiàn)N，N-二甲基十二烷基胺相較于其他十二系列胺類對(duì)高嶺石有更好的捕收性.劉長(zhǎng)淼[9]等進(jìn)行了十二系列叔胺對(duì)高嶺石與一水硬鋁浮選試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)相與一水硬鋁相比，十二系列叔胺對(duì)高嶺石有較好的捕收性.沈亮[10]等進(jìn)行十二烷基氯化銨和脂肪酸混合作為捕收劑對(duì)高嶺石浮選影響研究，研究表明混合后藥劑的浮選效果比單一藥劑的更好.陽離子捕收劑對(duì)石英有較好的捕收性[11，12]，牛艷萍[13]等進(jìn)行了十二胺對(duì)石英浮選試驗(yàn)，其結(jié)果表明石英在十二胺體系下有較好的可浮性.油酸鈉作為常見的陰離子捕收劑也被應(yīng)用到石英浮選研究當(dāng)中[14，15]，其中從金瑤[16]等進(jìn)行了油酸鈉體系鈣離子活化石英浮選試驗(yàn)研究，其結(jié)果表明在油酸鈉+鈣離子體系下，石英在強(qiáng)堿條件下有較好的可浮性.目前關(guān)于蒙脫石礦物浮選研究較少.由于高嶺石、石英以及蒙脫石這些礦物既是高泥化煤泥難處理的原因之一，同時(shí)又是重要的工業(yè)原料，如果將這些礦物從煤泥水中提取出來，能避免礦物資源的浪費(fèi)和選煤廠高泥化煤泥水難處理等問題，同時(shí)還能提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.目前關(guān)于從煤泥水中提取分離高嶺石、石英以及蒙脫石等礦物的研究較少，因此本文研究了十二胺體系下高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性研究，為下一步從煤泥水中提取分選這些礦物提供理論依據(jù).

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品及藥劑

試驗(yàn)用煤系高嶺石取自淮北地區(qū)，石英取自徐州地區(qū)，蒙脫石取自六安地區(qū).高嶺石、石英、蒙脫石三種原礦經(jīng)過人工手選，顎式破碎機(jī)破碎，球磨機(jī)研磨后，分別取250g放入1L燒杯中與90mL雙氧水混合攪勻，靜置24h后用60℃水加熱分解剩余的雙氧水并去除雜質(zhì)，除雜后的樣品人工篩分得到-0.25mm粒級(jí)試驗(yàn)樣品，將得到的樣品在60℃溫度下烘干，裝瓶備用.

試驗(yàn)所用藥劑：十二胺、冰醋酸、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純.其中試驗(yàn)時(shí)所用的十二胺藥劑是由十二胺與醋酸按1：1的比例混合配制成的十二胺醋酸鹽.

采用EDX-3600K型X熒光光譜儀（XRF）對(duì)高嶺石、石英以及蒙脫石樣品進(jìn)行了礦物組分分析，分析時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)硼酸與樣品混合均勻后，在30-40MPa的壓力下壓片進(jìn)行預(yù)處理，在X射線源：50kV、1Ma條件下進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果如表1所示.

由表1可知，高嶺石、蒙脫石主要成分是Al2O3以及SiO2，其中含有少量的雜質(zhì)，石英的主要成分是SiO2，含有少量的Fe2O3、MgO、TiO2，三種礦物均符合試驗(yàn)要求.

1.2 試驗(yàn)儀器及方法

1.2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所采用的主要儀器：長(zhǎng)沙市儀器設(shè)備有限公司XFG-35II型掛槽式浮選機(jī)、上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司SL502型精密電子天平、金壇市榮華儀器制造有限公司PHS-3C型pH劑、美國(guó)Zeta probe Zeta電位測(cè)定儀、美國(guó)熱電檢測(cè)分析技術(shù)公司NICO-LET-380傅里葉紅外（FT-IR）光譜儀、長(zhǎng)DX-3600K元素X熒光光譜儀.

1.2.2 浮選試驗(yàn)

高嶺石、石英單礦物浮選試驗(yàn)在XFG-35II型掛槽式浮選機(jī)中進(jìn)行.每次取2g樣品試樣，加30mL去離子水，攪拌1min后用HCl或NaOH調(diào)節(jié)pH值，再加入一定濃度的捕收劑，然后進(jìn)行浮選.加入藥劑后的攪拌時(shí)間均為1min，浮選時(shí)間為3min，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1600r/min.浮選完畢后將泡沫產(chǎn)品與浮選槽內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行烘干、稱重，計(jì)算回收率.回收率計(jì)算公式如下：

式中：γ為回收產(chǎn)率%;m1為浮選泡沫中礦物質(zhì)量;m2為浮選尾礦中礦物質(zhì)量.

1.2.3 Zeta電位測(cè)試

將高嶺石、石英樣品配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的懸浮液，用Zeta probe Zeta電位測(cè)定儀采用自動(dòng)滴定方式進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)樣品循環(huán)測(cè)量3次，取平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 藥劑濃度對(duì)各礦物的浮選回收率的影響

在不調(diào)節(jié)pH值的條件下，考察十二胺濃度對(duì)-0.25mm粒級(jí)的高嶺石、石英與蒙脫石等礦物回收率的影響.其結(jié)果見圖1.圖（a）所示，在十二胺濃度0.01～0.1mmol/L范圍內(nèi)，高嶺石的回收率在40%～71%之間，高嶺石回收率先隨著藥劑的增加而增加，當(dāng)藥劑濃度大于0.6mmol/L，高嶺石回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在71%左右;圖（b）所示，在十二胺濃度0.01～0.1mmol/L范圍內(nèi)，石英的回收率在60%～85%之間，而石英回收率先隨著藥劑的增加而增加，當(dāng)藥劑濃度大于0.08mmol/L，石英回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在82%左右;圖（c）所示，在十二胺濃度0.1～1.0mmol/L范圍內(nèi)，蒙脫石的回收率在13%～62%之間，而蒙脫石回收率先隨著藥劑的增加而增加，當(dāng)藥劑濃度大于0.8mmol/L，蒙脫石回收率隨藥劑濃度的增加而趨于穩(wěn)定在62%左右.按可浮性因此對(duì)于高嶺石與石英選擇0.08mmol/L的藥劑濃度，對(duì)于蒙脫石選擇0.8mmol/L的藥劑濃度為后續(xù)試驗(yàn)的所用濃度.

2.2 pH值對(duì)各礦物的浮選回收率的影響

為了進(jìn)一步了解十二胺體系中高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選特性，研究了溶液pH值對(duì)各礦物浮選回收率的影響.試驗(yàn)條件：高嶺石、石英浮選藥劑濃度0.08mmol/L;蒙脫石浮選藥劑濃度0.8mmol/L.試驗(yàn)結(jié)果如圖2.由圖2可知，高嶺石、石英以及蒙脫石的回收率先隨著溶液pH值的增大而增大，當(dāng)pH值為4時(shí)，高嶺石、石英以及蒙脫石的浮選回收率達(dá)到最大，分別為76.28%、84.47%和71.68%，隨后高嶺石、石英以及蒙脫石的回收率隨著pH值的增加而減小.高嶺石、石英以及蒙脫石三種礦物在酸性、中性條件下有較好的可浮性，在堿性條件下可浮性變差，其中在pH=12時(shí)，高嶺石回收率低于40%左右，而石英與蒙脫石回收率低于20%.綜合藥劑用量試驗(yàn)以及pH值影響試驗(yàn)結(jié)果，三種礦物按可浮性高低排列為石英>高嶺石>蒙脫石.

2.3 Zeta電位分析

利用Zeta電位分析來進(jìn)一步了解十二胺條件下pH值對(duì)高嶺石、石英回浮選的影響規(guī)律，考察了高嶺石、石英以及蒙脫石在十二胺作用前后的Zeta電位的變化情況，試驗(yàn)條件：高嶺石、石英浮選藥劑濃度0.08mmol/L;蒙脫石浮選藥劑濃度0.8mmol/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.由圖3可知，高嶺石、石英以及蒙脫石在去離子水中表面電位絕對(duì)值隨著pH值的增加而減小，高嶺石表面零點(diǎn)電位為pH=2.38，石英表面零點(diǎn)電位為pH=2.45，在pH值2～12范圍內(nèi)，去離子水中的蒙脫石表面未出現(xiàn)零點(diǎn)電位，加入十二胺后，三種礦物的表面負(fù)電位均降低，高嶺石的表面零點(diǎn)電位升高為pH=4.26，石英的表面零點(diǎn)電位升高為pH=4.33，蒙脫石的表面出現(xiàn)零點(diǎn)電位為pH=2.65，這表明十二胺在三種礦物表面發(fā)生了吸附，使得礦物表面負(fù)電位降低.而高嶺石、石英以及蒙脫石與十二胺作用前后在pH值為4、6、8條件下電位變化最大，這與前面浮選試驗(yàn)結(jié)果一致.

3 結(jié)論

（1）不調(diào)節(jié)pH的情況下，十二胺作捕收劑，高嶺石與石英在低濃度藥劑（0.06～0.1mmol/L）條件下都有較好的可浮性，而蒙脫石在較高濃度（0.6～1.0mmol/L）的藥劑條件下才有較好的可浮性.

（2）高嶺石、石英的浮選藥劑用量0.08mmol/L，蒙脫石的浮選藥劑用量0.8mmol/L，高嶺石、石英以及蒙脫石在酸性、中性都有較好的可浮性，在強(qiáng)堿條件下是三種礦物的可浮性變差，綜合藥劑用量試驗(yàn)以及pH值影響試驗(yàn)結(jié)果，三種礦物按可浮性高低排列為石英>高嶺石>蒙脫石.

（3）高嶺石、石英的浮選藥劑用量0.08mmol/L，蒙脫石的浮選藥劑用量0.8mmol/L，十二胺吸附在高嶺石、石英以及蒙脫石表面，使得三種礦物表面的負(fù)Zeta電位降低;三種礦物與十二胺作用前后在pH值為4、6、8條件下電位變化最大，與浮選試驗(yàn)結(jié)果相吻合.

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