低溫反浮選綠柱石試驗研究

紀(jì)國平 王亞洲

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

鈹?shù)膬?yōu)異性能使其在電子電器、航空航天和國防等多個領(lǐng)域都有關(guān)鍵性的應(yīng)用，是全球的戰(zhàn)略性和關(guān)鍵性原材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鈹?shù)V物有60 多種，包括綠柱石、硅鈹石、羥硅鈹石、金綠寶石和日光榴石等。目前，鈹冶煉最常用的原料是綠柱石精礦。

美國是全球鈹?shù)闹饕Y源國、生產(chǎn)國和消費(fèi)國。美國高度重視鈹資源，通過對資源、生產(chǎn)、技術(shù)和市場的全面壟斷，推行軍民一體化政策、政府與企業(yè)合作以及鈹資源儲備等多種手段保障美國的鈹資源供應(yīng)。我國鈹資源較為豐富，也是目前世界上極少數(shù)幾個具有從礦石加工到生產(chǎn)鈹產(chǎn)品能力的國家之一，但是原礦品位非常低，原礦礦物種類復(fù)雜，許多關(guān)鍵性選礦工藝沒有解決。目前，國內(nèi)鈹冶金原料主要依賴進(jìn)口，只有少量依靠手選工藝生產(chǎn)的鈹精礦供應(yīng)市場，沒有完整的鈹?shù)V物機(jī)選生產(chǎn)線，鈹原料進(jìn)口依存度高達(dá)75%以上。因此，開發(fā)國內(nèi)鈹?shù)V物選礦技術(shù)刻不容緩。

云南某礦是典型的花崗偉晶巖，鈣礦物含量高達(dá)77%以上，鈹?shù)V物主要為綠柱石。選別綠柱石關(guān)鍵是鈣礦物與硅酸鹽礦物的分離和綠柱石與其它硅酸鹽礦物的分離。圍繞該礦選礦工藝，進(jìn)行了研究。

1 原料性質(zhì)

1.1 礦物種類及相對含量

主要礦物種類及相對含量見表1。

表1 主要礦物的相對含量(%)

1.2 礦物單體解離度分析

原料細(xì)度為-0.074mm 含量65%，主要礦物組分單體解離度見表2。

表2 原料主要礦物組分單體解離度(%)

1.3 原料性質(zhì)特點(diǎn)分析

原料為鎢礦物浮選尾礦，主要有如下性質(zhì)特點(diǎn)：

(1)原料主要由鈣礦物和硅酸鹽礦物組成，其中，鈣礦物含量77%以上，硅酸鹽礦物含量18%左右，兩者合計達(dá)到95%以上。

(2)原料主要含鈣礦物和硅酸鹽礦物硬度都相對較低，只有綠柱石和少量石英礦物硬度相對較高。

(3)原料綠柱石單體解離度雖然只有78%左右，偏低，主要是綠柱石與云母連生體。

2 選礦試驗

礦石性質(zhì)表明，綠柱石選別主要包括兩個方面內(nèi)容：一是硅酸鹽礦物與鈣礦物(主要是方解石、螢石和白云石)分離；二是綠柱石與其它硅酸鹽礦物(主要是云母)分離。反復(fù)進(jìn)行了綠柱石礦物正浮選與反浮選對比試驗，表明直接正浮選綠柱石效率非常低，而首先反浮選鈣礦物、再正綠柱石效率相對較高。

因此，確定綠柱石浮選工藝原則流程為先浮選鈣礦物，尾礦再浮選鈹?shù)V物。

2.1 鈣礦物與硅酸鹽礦物分離試驗

2.1.1 反浮選鈣礦物低溫調(diào)整劑試驗

由于該礦選礦廠位于海拔3800m 以上，有半年以上時間礦漿溫度處于10～15℃，因此，必須解決低溫浮選問題。

經(jīng)過反復(fù)試驗，采用十二烷基硫酸鈉作為低溫調(diào)整劑效果較好。

控制礦漿溫度10～12℃，碳酸鈉和水玻璃抑制硅酸鹽礦物，用油酸作為捕收劑。采用十二烷基硫酸鈉作為低溫浮選調(diào)整劑。試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見表3。

表3 十二烷基硫酸鈉用量試驗結(jié)果(%)

由表3 可以看出，隨著十二烷基硫酸鈉用量增加，鈣礦物產(chǎn)率增加，硅酸鹽礦物鈹品位略有增加。但是，當(dāng)十二烷基硫酸鈉用量達(dá)到150g/t 時，含鈣礦物中鈹品位劇增。顯然，十二烷基硫酸鈉用量60～100g/t為宜。

理論分析：油酸在低于13℃時在水中的溶解度大幅下降，十二烷基硫酸鈉極易溶于水，在低溫條件下乳化油酸，大幅增加了油酸溶解度，因而提高了油酸捕收效果。

2.1.2 綠柱石抑制劑試驗

隨著鈣礦物產(chǎn)率(或回收率)提高，鈹在含鈣礦物中的損失率也大幅增加。這與鈣礦物表面電位高，硅酸鹽礦物表面電位低，大量微細(xì)粒鈣礦物吸附在硅酸鹽礦物表面有關(guān)。

經(jīng)過大量有機(jī)和無機(jī)硅酸鹽礦物抑制劑種類探索試驗，發(fā)現(xiàn)N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉對綠柱石抑制效果顯著。

試驗流程見圖2，其中N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉圖中代號為XJ201。試驗結(jié)果見表4。

表4 N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量試驗結(jié)果(%)

由表4可以看出，隨著N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量增加，鈣礦物中鈹品位降低，鈹損失率降低，且鈣礦物產(chǎn)率增加。當(dāng)N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉用量增加300g/t，鈣礦物產(chǎn)率降低，鈣礦物中鈹品位增加，損失率增加。顯然，N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉在200g/t較適宜。

理論分析：在弱堿性條件下，用油酸作捕收劑，云母、石英和綠柱石礦物是不浮游的。但是，當(dāng)?shù)V漿中含有大量鈣離子和微細(xì)粒級鈣礦物時，鈣離子和微細(xì)粒級鈣礦物會吸附在云母、石英和綠柱石礦物表面，從而活化云母、石英和綠柱石礦物。N 甲基脂肪酰胺基乙酸鈉會吸附在云母、石英和綠柱石礦物上的鈣礦物表面，并使云母、石英和綠柱石礦物表面的鈣礦物脫離，起到清洗云母、石英和綠柱石礦物表面的作用。因此，N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉可以有效抑制綠柱石浮游。

2.1.3 鈣礦物活化劑試驗

由于在正浮選鈹?shù)V物作業(yè)，一般情況下鈣礦物會幾乎全部浮游進(jìn)入鈹精礦，嚴(yán)重影響鈹精礦品位。因此，在反浮選鈣礦物作業(yè)必須浮盡鈣礦物，才能有效保證鈹精礦品位。

細(xì)粒級鈣礦物一般浮游速度慢，回收率低，如何活化細(xì)粒級鈣礦物是保證鈹精礦品位的關(guān)鍵。

經(jīng)過大量試驗，發(fā)現(xiàn)N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉對細(xì)粒級鈣礦物浮選有較好的活化作用。

試驗流程見圖3，圖中XJ88為N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉，試驗結(jié)果見表5。

表5 N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量試驗結(jié)果

由表5可以看出，隨著N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量增加，鈣礦物產(chǎn)率增加，硅酸鹽礦物鈹品位增加，但鈹回收率開始緩慢降低，當(dāng)用量達(dá)到140g/t以上，硅酸鹽礦物鈹回收率大幅降低。N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉用量100g/t較適宜。

理論分析：N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉對鈣礦物捕收能力非常弱，但是，其產(chǎn)生大量微細(xì)泡沫，使礦漿中單位體積泡沫數(shù)量大幅增加，從而提高了鈣礦物回收率。

2.2 綠柱石與其它硅酸鹽礦物分離浮選試驗

由于鈣礦物含量較大，粗選鈣礦物后，浮選礦漿濃度已經(jīng)非常稀，必須進(jìn)行濃縮。濃縮后的礦漿繼續(xù)兩次掃選鈣礦物，直到徹底浮盡鈣礦物。掃選鈣礦物時必須繼續(xù)添加N 甲基9 十七烯酰胺基乙基磺酸鈉，保證礦漿中有足夠微細(xì)泡沫密度。

鈣礦物浮游干凈后，礦漿中主要礦物為云母、石英和綠柱石。采用常規(guī)浮選工藝即可以浮選綠柱石。但是考慮到云母表面吸附能力較強(qiáng)，容易吸附鐵質(zhì)礦物，因此，添加少量硫化鈉對其進(jìn)行抑制。

綠柱石粗選在強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，由于鈣礦物浮選過程充氣時間較長，礦漿中過量的碳酸根已經(jīng)使游離鈣離子失去活性，因此，必須補(bǔ)加少量鈣離子，以便活化綠柱石。

浮選捕收劑為改性氧化石蠟皂(見圖4)，氧化石蠟皂經(jīng)過改性后，對鈣離子活化的綠柱石有非常強(qiáng)的選擇性。

綠柱石浮選精選采用鈣活化與鐵活化轉(zhuǎn)化機(jī)理，先采用大量碳酸鈉抑制被鈣活化的硅酸鹽礦物，再采用大量改性氧化石蠟皂捕收綠柱石。

試驗流程見圖4，試驗結(jié)果見表6。

圖4 綠柱石正浮選實驗流程

表6 正浮選試驗結(jié)果(%)

理論分析：

（1）鈣礦物浮選過程是在弱堿性礦漿中進(jìn)行的，而綠柱石浮選是在強(qiáng)堿性中進(jìn)行的，由于礦漿中含有大量碳酸根，隨著礦漿pH 值提高，礦漿中游離鈣離子失去活性，因此，必須在綠柱石浮選作業(yè)補(bǔ)加綠柱石活化劑氯化鈣。

（2）由于云母表面解理復(fù)雜，特別是其邊緣吸附能力遠(yuǎn)高于綠柱石，因此，必須添加硫化鈉，抑制云母浮游。

（3）精選過程是利用碳酸鈉清洗礦物表面，再采用大量氧化石蠟皂捕收浮選過程。利用鈣活化和鐵活化機(jī)理。減少氧化石蠟皂用量，不但會降低綠柱石精礦回收率，更會降低綠柱石精礦品位。

2.3 閉路試驗

將圖4 中鈣掃1 和鈣掃2 產(chǎn)品合并返回鈣粗選，鈹正浮選中礦順序返回進(jìn)行閉路試驗，試驗結(jié)果見表7。

由表7可以看出：

（1）鈣礦物產(chǎn)品產(chǎn)率高于原料鈣礦物含量，鈹尾礦產(chǎn)品產(chǎn)率遠(yuǎn)低于原料云母和石英含量之和，說明，仍有大量硅酸鹽礦物進(jìn)入鈣礦物產(chǎn)品；

（2）鈹?shù)V物在鈣礦物產(chǎn)品中的損失率達(dá)19.6%，而硅酸鹽在鈣礦物產(chǎn)品中的含量與原含量相比，應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)大于上述值，說明整個反浮選工藝抑制綠柱石浮游。

經(jīng)過上述工藝獲得的鈹精礦產(chǎn)品，氟含量為1.3%，鈣含量3.1%，符合綠柱石精礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三級品要求。

表7 閉路試驗結(jié)果(%)

3 結(jié)論

（1）在高海拔低溫環(huán)境下，利用十二烷基硫酸鈉低溫乳化性能，可以改善油酸捕收效果，大幅提高鈣礦物浮游速度；

（2）N甲基脂肪酰胺基乙酸鈉可以有效抑制硅酸鹽礦物(包括綠柱石)浮游，顯著降低綠柱石在鈣礦物中的損失率；

（3）N甲基9十七烯酰胺基乙基磺酸鈉可以活化微細(xì)粒鈣礦物，只要用量適當(dāng)，在提高鈣礦物回收率的同時，對硅酸鹽礦物幾乎沒有活化作用；

（4）采用反浮選鈣礦物-正浮選綠柱石工藝，可以有效實現(xiàn)綠柱石與鈣礦物和硅酸鹽礦物的分離，得到合格綠柱石精礦。