礦物表面清洗技術(shù)應(yīng)用研究

紀(jì)國(guó)平 王亞洲

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

前言

目前，中國(guó)已開采利用的長(zhǎng)石主要產(chǎn)于偉晶巖（或偉晶花崗巖）中，如山東新泰長(zhǎng)石礦、湖南衡山縣鈉長(zhǎng)石礦、臨湘縣團(tuán)灣長(zhǎng)石礦等，另有一部分長(zhǎng)石產(chǎn)于風(fēng)化花崗巖（如云南個(gè)舊長(zhǎng)石礦、安徽宿松縣涼亭河礦等）、細(xì)晶巖（如安徽鳳陽(yáng)圍山礦）、熱液蝕變礦床（如安徽宿縣乾山礦）及長(zhǎng)石質(zhì)砂巖（如安徽祁門縣伊坑礦等）。此外，其他礦石選礦過(guò)程中綜合回收長(zhǎng)石也是長(zhǎng)石生產(chǎn)的來(lái)源之一[1]。

長(zhǎng)石中一般賦存的主要雜質(zhì)是石英，也有其他雜質(zhì)礦物，包括含鐵礦物、云母、石榴石、電氣石等，因此一般需要對(duì)長(zhǎng)石礦進(jìn)行選礦[2]。長(zhǎng)石與含鐵礦物、云母、石榴石、電氣石分離均有較為成熟的環(huán)境友好型工藝，而長(zhǎng)石與石英的分離卻相對(duì)較為復(fù)雜[3]。

長(zhǎng)石與石英浮選分離方法經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：有氟有酸法（即氫氟酸法）、無(wú)氟有酸法（即在酸性礦漿環(huán)境中浮選的方法）、無(wú)氟無(wú)酸法（即在堿性或中性礦漿環(huán)境中浮選的方法）[4]。目前國(guó)內(nèi)長(zhǎng)石與石英浮選分離方法主要為無(wú)氟有酸法，而無(wú)氟無(wú)酸法仍處于研究過(guò)程中。

長(zhǎng)石和石英礦物表面電位均較低，采用鐵介質(zhì)磨礦，表面會(huì)吸附大量鐵微末，但是，其吸附牢度卻有較大區(qū)別。利用吸附牢度差異，對(duì)其表面進(jìn)行差異性清洗，擴(kuò)大它們表面性質(zhì)差別，將有助于浮選分離[5]。

本文以國(guó)內(nèi)某花崗偉晶巖型鋰輝石礦浮選尾礦為研究對(duì)象，介紹了通過(guò)中性礦漿條件下礦物表面清洗技術(shù)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)石與石英在堿性礦漿條件下無(wú)氟浮選分離的研究成果。

1 原料性質(zhì)

國(guó)內(nèi)某花崗偉晶巖型鋰輝石礦浮選尾礦，浮選脫除云母后的產(chǎn)品為本項(xiàng)目試驗(yàn)原料。

1.1 化學(xué)組成

表1 原料氧化物全分析結(jié)果 %

由表1可以看出，原料氧化鉀和氧化鈉含量分別為3.68%和3.48%，氧化鉀和氧化鈉含量比值接近1。

1.2 主要礦物相對(duì)含量

原料各礦物組分相對(duì)含量詳見表2。

表2 原料各主要礦物相對(duì)含量 %

由表2 可以看出，原料主要成分是石英、鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，三者含量之和達(dá)到96%以上，金屬礦物含量很低。

1.3 單體解離度分析

原料單體解離度見表3，細(xì)度為-0.074mm 占75%。

表3 原料主要礦物單體解離度分布 %

由表3可以看出，石英和長(zhǎng)石單體解離度均達(dá)到98%以上。

2 選礦試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原則流程

長(zhǎng)石和石英礦物表面電位均較低，零電點(diǎn)一般為2 左右。而鐵介質(zhì)磨礦過(guò)程中產(chǎn)生的鐵微末一般表面電位都相對(duì)較高，傾向于吸附在長(zhǎng)石和石英礦物表面，使長(zhǎng)石和石英表面性質(zhì)同質(zhì)化，導(dǎo)致浮選分離困難。而鐵介質(zhì)微末吸附在長(zhǎng)石和石英表面牢度有較大區(qū)別，因此，通過(guò)清洗擴(kuò)大長(zhǎng)石和石英表面性質(zhì)差異是浮選分離的有效手段。

介于石英和長(zhǎng)石表面鐵微末在磨礦和浮選過(guò)程很容易發(fā)生氧化，生成鐵氧化物，因此，開發(fā)出兩種性質(zhì)不同的清洗劑，分別為XJ201 和XJ88，XJ201 適宜清洗礦物表面鐵微末和亞鐵礦物微末，XJ88 適合清洗鐵氧化物微末。

原料清洗之后采用環(huán)烷酸皂作為捕收劑，浮選工藝除去雜質(zhì)，然后采用氫氧化鈉、碳酸鈉和硫化鈉調(diào)漿，氧化石蠟皂作為捕收劑，浮選石英，槽內(nèi)產(chǎn)物為長(zhǎng)石。

2.2 礦物表面清洗工藝研究

礦物表面清洗工藝參數(shù)主要包括清洗劑種類、清洗時(shí)間、清洗劑用量、清洗過(guò)程礦漿攪拌強(qiáng)度和被清洗礦漿性質(zhì)幾方面。

2.2.1 清洗時(shí)間對(duì)浮選指標(biāo)影響

清洗過(guò)程攪拌工序通過(guò)變速浮選機(jī)完成。添加調(diào)整劑碳酸鈉500g/t，攪拌均勻后添加兩種清洗劑XJ201 和XJ88，XJ201 清洗劑用量200g/t，XJ88 清洗劑用量100g/t，控制清洗過(guò)程浮選機(jī)轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)/分，變化清洗時(shí)間。清洗結(jié)束后，采用環(huán)烷酸皂作捕收劑，用量100g/t，浮出易浮雜質(zhì)。石英和長(zhǎng)石分離浮選采用碳酸鈉、氫氧化鈉和硫化鈉作調(diào)整劑，氧化石蠟皂作捕收劑，其中碳酸鈉用量1000g/t，氫氧化鈉用量500g/t，硫化鈉用量1000g/t，氧化石蠟皂用量1000g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2和圖3。

圖1 攪拌時(shí)間對(duì)易浮產(chǎn)品的影響

圖2 攪拌時(shí)間對(duì)石英產(chǎn)品的影響

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品的影響

由圖可以看出，清洗時(shí)間對(duì)易浮雜質(zhì)、石英和長(zhǎng)石產(chǎn)品影響非常顯著。

（1）對(duì)易浮雜質(zhì)而言，隨著攪拌時(shí)間增加，產(chǎn)率減少，鋁品位（長(zhǎng)石含量，下同）下降，鋁損失率（長(zhǎng)石損失率，下同）下降。

（2）對(duì)石英產(chǎn)品（粗精礦）而言，隨著攪拌時(shí)間增加，石英粗精礦產(chǎn)率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少。

（3）隨著攪拌時(shí)間增加，長(zhǎng)石精礦產(chǎn)率增加，長(zhǎng)石精礦品位先增加，后減少，長(zhǎng)石精礦鋁回收率增加。

試驗(yàn)結(jié)果分析：浮選易浮雜質(zhì)的作業(yè)是在中性條件下進(jìn)行的，主要活性物是含鐵物質(zhì)，隨著清洗時(shí)間增加，長(zhǎng)石和石英表面鐵質(zhì)微末被清洗的更干凈，其被環(huán)烷酸皂捕收的能力大幅降低，因此，隨著攪拌時(shí)間增加，易浮雜數(shù)量大幅下降；又因?yàn)槭⑽借F質(zhì)微末比長(zhǎng)石強(qiáng)，因此，長(zhǎng)石浮游速度下降幅度更快。石英和長(zhǎng)石分離作業(yè)隨著長(zhǎng)石和石英表面鐵質(zhì)微末被清洗的更干凈，表面活性物減少，石英產(chǎn)品產(chǎn)率下降，長(zhǎng)石產(chǎn)品產(chǎn)率增加；又因?yàn)殚L(zhǎng)石礦物表面被清洗速度快于石英礦物表面，因此石英產(chǎn)品隨著清洗時(shí)間增加，鋁品位下降，鋁損失率下降。

2.2.2 XJ201清洗劑用量對(duì)浮選指標(biāo)影響

清洗劑用量也是影響清洗工藝的主要因素。變化XJ201清洗劑用量，清洗時(shí)間20分鐘，其它與清洗時(shí)間試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果見圖4、圖5和圖6。

圖4 XJ201用量對(duì)易浮產(chǎn)品的影響

圖5 XJ201用量對(duì)石英產(chǎn)品的影響

圖6 XJ201用量對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品的影響

由圖4、圖5 和圖6 可以看出，XJ201 清洗劑用量對(duì)分離浮選影響也較顯著。

（1）對(duì)易浮雜質(zhì)而言，隨著XJ201用量增加，產(chǎn)率先減少，然后增加，鋁品位和鋁損失率先減少，然后增加；

（2）對(duì)石英產(chǎn)品（石英粗精礦）而言，隨著XJ201用量增加，產(chǎn)率減少，鋁品位下降，鋁損失率減少；

（3）對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品（長(zhǎng)石粗精礦）而言，隨著XJ201用量增加，產(chǎn)率增加，鋁品位先增加，后減少，鋁回收率增加。

試驗(yàn)結(jié)果分析：隨著XJ201 用量增加，易浮作業(yè)首先表現(xiàn)為清洗作用，但是用量過(guò)大，則清洗作用下降，表現(xiàn)出一定的捕收作用。顯然，適量的XJ201 清洗劑，清洗功能明確，但是，XJ201 清洗劑過(guò)量，則清洗功能弱化，捕收功能增加。對(duì)石英和長(zhǎng)石分離作業(yè)，易浮作業(yè)添加的XJ201 都顯示為清洗作用，這與過(guò)量XJ201 清洗劑基本在易浮作業(yè)進(jìn)入雜質(zhì)泡沫產(chǎn)品有關(guān)。

2.2.3 XJ88清洗劑用量對(duì)浮選指標(biāo)影響

變化XJ88 清洗劑用量，清洗時(shí)間20 分鐘，其它與清洗時(shí)間條件試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果見圖7、圖8和圖9。

圖7 XJ88用量對(duì)易浮產(chǎn)品的影響

圖8 XJ88用量對(duì)石英產(chǎn)品的影響

圖9 XJ88對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品的影響

由圖7、圖8和圖9可以看出，XJ88清洗劑用量對(duì)分離浮選影響也較顯著。

（1）對(duì)易浮雜質(zhì)而言，隨著XJ88 用量增加，易浮雜質(zhì)產(chǎn)率先減少，然后增加，鋁品位和鋁損失率先減少，然后增加；

（2）對(duì)石英產(chǎn)品而言，隨著XJ88 用量增加，石英粗精礦產(chǎn)率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品而言，隨著XJ88 用量增加，長(zhǎng)石精礦產(chǎn)率增加，長(zhǎng)石精礦品位先增加，后減少，長(zhǎng)石精礦鋁回收率增加。

試驗(yàn)結(jié)果分析：試驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)的圖形與XJ201用量相似，其產(chǎn)生的原因也雷同。

2.2.4 清洗工序礦漿攪拌強(qiáng)度對(duì)浮選指標(biāo)影響

變化清洗攪拌轉(zhuǎn)速，清洗時(shí)間20分鐘，其它與清洗時(shí)間條件試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果見圖10、圖11和圖12。

圖10 攪拌強(qiáng)度對(duì)易浮產(chǎn)品的影響

圖11 攪拌強(qiáng)度對(duì)石英產(chǎn)品的影響

圖12 攪拌強(qiáng)度對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品的影響

由圖10、圖11 和圖12 可以看出，清洗過(guò)程攪拌強(qiáng)度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著。

（1）對(duì)易浮雜質(zhì)產(chǎn)品而言，隨著攪拌強(qiáng)度增加，易浮雜質(zhì)產(chǎn)率減少，鋁品位和鋁損失率減少；

（2）對(duì)石英產(chǎn)品而言，隨著攪拌強(qiáng)度增加，石英粗精礦產(chǎn)率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品而言，隨著攪拌強(qiáng)度增加，長(zhǎng)石精礦產(chǎn)率增加，長(zhǎng)石精礦品位先增加，后減少，長(zhǎng)石精礦鋁回收率增加。

試驗(yàn)結(jié)果分析：顯然，隨著清洗過(guò)程攪拌強(qiáng)度加大，清洗效率增加。但是，清洗效率過(guò)高，縮小了石英和長(zhǎng)石礦物表面鐵質(zhì)微末吸附量差異，導(dǎo)致石英和長(zhǎng)石礦物表面性質(zhì)趨于同質(zhì)化，石英產(chǎn)品上浮量大幅減少，石英和長(zhǎng)石分選速度降低。

2.2.5 清洗作業(yè)碳酸鈉用量對(duì)浮選指標(biāo)影響

變化清洗工序碳酸鈉用量，清洗時(shí)間20分鐘，其它與清洗時(shí)間條件試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果見圖13、圖14和圖15。

由圖13、圖14 和圖15 可以看出，清洗作業(yè)碳酸鈉用量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著。

（1）對(duì)易浮雜質(zhì)產(chǎn)品而言，隨著碳酸鈉用量增加，易浮雜質(zhì)產(chǎn)率減少，鋁品位和鋁損失率減少；

（2）對(duì)石英產(chǎn)品而言，隨著碳酸鈉用量增加，石英粗精礦產(chǎn)率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對(duì)長(zhǎng)石產(chǎn)品而言，隨著碳酸鈉用量增加，長(zhǎng)石精礦產(chǎn)率增加，長(zhǎng)石精礦品位先增加，后減少，長(zhǎng)石精礦鋁回收率增加。

試驗(yàn)結(jié)果分析：隨著清洗作業(yè)碳酸鈉用量增加，清洗效率大幅增加，但是，碳酸鈉過(guò)量會(huì)縮小石英和長(zhǎng)石表面性質(zhì)差異，長(zhǎng)石和石英分選速度降低。

圖13 碳酸鈉用量對(duì)易浮產(chǎn)品的影響

圖14 碳酸鈉用量對(duì)石英產(chǎn)品的影響

圖15 碳酸鈉用量對(duì)石英產(chǎn)品的影響

2.3 閉路試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)原料鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石含量比例估算，長(zhǎng)石精礦純度達(dá)到93.5%，石英精礦純度達(dá)到89%左右。根據(jù)長(zhǎng)石精礦化驗(yàn)結(jié)果，其中氧化鉀含量與氧化鈉含量之和為13.1%。

圖16 閉路試驗(yàn)流程圖

表4 閉路試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

（1）鐵介質(zhì)磨礦會(huì)導(dǎo)致磨礦產(chǎn)品中長(zhǎng)石和石英礦物表面吸附鐵質(zhì)微末，通過(guò)XJ201 和XJ88 兩種礦物表面清洗劑對(duì)長(zhǎng)石和石英礦物表面進(jìn)行清洗，使長(zhǎng)石和石英礦物表面存在吸附差異，然后在堿性條件下分離長(zhǎng)石和石英，可以獲得較好指標(biāo)。

（2）清洗時(shí)間、清洗劑用量、清洗強(qiáng)度和碳酸鈉用量是影響清洗過(guò)程的主要參數(shù)。增加清洗時(shí)間、清洗強(qiáng)度和碳酸鈉用量，有利于減少長(zhǎng)石在易浮雜質(zhì)和石英中的損失率，不利于石英浮游速度；清洗劑用量過(guò)量，可以減少長(zhǎng)石在石英產(chǎn)品中的損失率，不利于降低長(zhǎng)石在易浮雜質(zhì)中的損失率和石英浮游速度。