遼寧海城某菱鎂礦難選原因分析及浮選研究

王恩雷，李曉安，姜效軍，路增祥，趙通林，桑群

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051）

截至2015 年底，我國菱鎂礦總儲量為 29.7億t[1]，主要集中在遼寧大石橋和海城一帶，占總探明儲量的86%[2]。菱鎂礦主要被用作生產(chǎn)高中檔耐火材料、精細(xì)化工原料及造紙業(yè)[3-4]。

隨著過度開采，高品質(zhì)菱鎂礦資源越來越少。近年來菱鎂礦的選礦文獻(xiàn)報道較多[5-6]，主要集中在選礦工藝領(lǐng)域，菱鎂礦工藝礦物學(xué)的研究有待強(qiáng)化。據(jù)李曉安報道，海城菱鎂礦礦石中菱鎂礦的浸染粒度較粗，以粗粒為主，不均勻分布，細(xì)粒很少，累計+0.075 mm 粒級分布率達(dá)96.82%，菱鎂礦極易單體解離[7]。近年來工藝礦物學(xué)研究多采用掃描電子顯微鏡和偏光顯微鏡結(jié)合化學(xué)分析手段[8]，這種方法費(fèi)時費(fèi)力，針對這一現(xiàn)象，本文采用ZEISS Sigma 500 掃描電鏡和礦物自動分析系統(tǒng)，對遼寧海城和大石橋菱鎂礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)特性研究。通過礦石特性對比分析了海城低品位菱鎂礦難選原因。針對海城低品位難選菱鎂礦，研發(fā)了高效浮選捕收劑，為海城低品位難選菱鎂礦的開發(fā)利用提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

儀器設(shè)備： ZEISS Sigma 500 掃描電子顯微鏡和礦物自動分析系統(tǒng)(AMICS)；ETD-2000C 濺射蒸碳儀；上海金相拋光機(jī)；布魯克S8TLGER-X射線熒光光譜儀；XPC-(150×200) mm 顎式破碎機(jī)； PEXF-(100×125) mm 顎 式 破 碎 機(jī)；XPC-(200×125) mm 對輥破碎機(jī)；XFD 型單槽浮選機(jī)。

試樣分別取自海城和大石橋某廠采場塊樣，破碎至2 mm 過篩，制樣，備用。

1.2 操作

1.2.1 AMICS 測試樣品制備及測試

（1）分別取5 g 海城和大石橋樣品，用環(huán)氧樹脂和凝固劑(重量比10:3)混合均勻，進(jìn)行鑲嵌，35℃保溫4 h 固化。

（2）研磨拋光樣品表面，表面露出礦物顆粒，至出現(xiàn)鏡面光表面。

（3）將拋光好的試樣表面噴金處理，樣品置于ETD-2000C 濺射蒸碳儀中(控制電流10 ～ 20 mA；真空0.1 ～ 2 mbar)1 min。

掃描電子顯微鏡采用背散射探頭，高壓20 kV高速流、60 μm 光闌參數(shù)下，將圖像調(diào)至清晰。打開能譜，在AMICS 中測試樣品。

1.2.2 浮選條件及操作流程

漆大姑水提物外用對慢性皮炎-濕疹模型小鼠的改善作用研究 ……………………………………………… 阮毅銘等（11）：1536

稱取200 g 礦樣，磨至-0.074 mm 75%。進(jìn)行浮選，葉輪轉(zhuǎn)速為2000 r/min。反浮選礦漿pH 值調(diào)至9.5，捕收劑加藥量0.2 mL。正浮選礦漿pH值調(diào)至10.5，溫控25℃，粗選加入濃度為5%的六偏磷酸鈉3.4 mL 和捕收劑0.20 mL，精選加入六偏磷酸鈉1.7 mL 和捕收劑0.10 mL，加藥間隔時間3 min。攪拌3 min 后打開充氣和刮板開關(guān)，粗選時間3 min，精選時間2 min。

2 結(jié)果及討論

2.1 礦物組成分析

采用AMICS 自動分析系統(tǒng)研究海城和大石橋菱鎂礦，可以定量礦石中礦物組成以及元素成分含量，礦物嵌布粒度，賦存狀態(tài)，單體解離度，連生關(guān)系等參數(shù)。通過掃面電鏡礦物分析圖可以清晰看出礦物嵌布粒度關(guān)系，見圖1、2。

圖1 大石橋菱鎂礦礦物分解Fig. 1 Mineral decomposition diagram of Dashiqiao magnesite

圖2 海城菱鎂礦礦物分解Fig.2 Mineral decomposition diagram of Haicheng magnesite

由圖1、2 可知，海城菱鎂礦脈石礦物有鎂鋁榴石、斜綠泥石、白云石、鎂橄欖石、堇青石、閃石石英、磷灰石、鋇冰長石、普通輝石、氯黃晶、透輝石。海城菱鎂礦比大石橋菱鎂礦脈石礦物種類復(fù)雜，菱鎂礦與脈石礦物連生包裹嚴(yán)重，尤其是與石英包裹嚴(yán)重，這是海城菱鎂礦難選的主要原因。大石橋與海城菱鎂礦礦物組成差別較大，礦物含量見表1、2。

表1 大石橋菱鎂礦主要礦物的相對含量/%Table 1 Relative content of main minerals of Dashiqiao magnesite

表2 海城菱鎂礦主要礦物的相對含量/%Table 2 Relative content of main minerals of Haicheng magnesite

由表1、2 中可知，海城菱鎂礦與大石橋菱鎂礦相比硅、鈣都低。上述兩種菱鎂礦都含有綠泥石，但海城菱鎂礦比大石橋菱鎂礦高出1.28%。在磨礦時綠泥石易泥化，進(jìn)而罩蓋、包覆菱鎂礦。海城菱鎂礦中含鋁礦物種類多且礦物性質(zhì)復(fù)雜，還有閃石和磷灰石，這些特性是海城菱鎂礦難選的另一原因。

2.2 主要礦物粒度

采用AMICS 自動分析系統(tǒng)獲得海城和大石橋菱鎂礦中主要礦物粒度的各粒級組成，結(jié)果見圖3。

圖3 菱鎂礦及其主要礦物粒度Fig. 3 Grain size diagram of magnesite and its main minerals

由圖3 可知，海城菱鎂礦：菱鎂礦P80 為175.36 μm，石英P80 為108.8 μm，白云石P80 為104.97 μm。大石橋菱鎂礦：菱鎂礦P80 為890.98 μm，石英P80 為166.51 μm，白云石P80 為214.53 μm。海城菱鎂礦比大石橋菱鎂礦粒度更細(xì)。兩樣品中菱鎂礦粒度比脈石礦物粒度粗，但海城菱鎂礦中脈石礦物粒度更細(xì)，且細(xì)粒脈石礦物與菱鎂礦連生包裹。因此要想得到更高品位的菱鎂礦，就必須對菱鎂礦進(jìn)行細(xì)磨，使菱鎂礦得到充分單體解離。

2.3 浮選實(shí)驗(yàn)

針對低品位難選海城菱鎂礦，研發(fā)了具有鰲合作用的N-牛酯基丙撐二胺和醚胺混合捕收劑作為反浮選脫硅捕收劑，正浮選捕收劑采用脂肪酸和烴類化合物混合捕收劑。在相同條件下，同時對大石橋菱鎂礦進(jìn)行了選別對比實(shí)驗(yàn)，取得指標(biāo)見表3、4。

表3 海城菱鎂礦新型組合捕收劑反正浮選指標(biāo)Table 3 Diverse-positive flotation index of the combined collecting agent for Haicheng magnesite

表4 大石橋菱鎂礦新型組合捕收劑反正浮選指標(biāo)Table 4 Diverse-positive flotation index of the combined collecting agent for Dashiqiao magnesite

新型組合胺捕收劑對海城低品位難選菱鎂礦具有良好的捕收性，得到了精礦產(chǎn)率64.36%，含硅0.12%，含鈣0.61%的良好指標(biāo)。

2.4 捕收劑機(jī)理分析

鑒于海城菱鎂礦石英及硅酸鹽礦物包裹夾雜現(xiàn)象，為降低其含量，在醚胺和N-牛脂基丙撐二胺復(fù)配藥劑協(xié)同作用可以有效降低SiO2 的含量。堿性條件下，石榴石和角閃石等硅酸鹽礦物表面荷負(fù)電，可以和N-牛脂基丙撐二胺中一個N 原子結(jié)合，形成錨定鏈接，另一個N 原子與硅酸鹽中Si 締合，硅酸鹽和兩個N 原子發(fā)生鰲合效應(yīng)，整體形態(tài)更加穩(wěn)定，醚胺中的兩個N 和O 也有類似的功能。在兩種胺的協(xié)同作用下，能更加有效降低精礦中SiO2的含量。

鑒于海城菱鎂礦白云石包裹夾雜現(xiàn)象，需要降低捕收劑對含鈣礦物的吸附，只對菱鎂礦有吸附，即正浮選捕收劑有較高的選擇性。正浮選捕收劑采用脂肪酸類和烴類化合物組合捕收劑，脂肪酸在礦漿中電離顯負(fù)電的油酸根離子，可與礦漿中鎂離子結(jié)合，在烴類化合物的作用下，能有效的選擇鈣連生較少的含鈣菱鎂礦顆粒，進(jìn)而降低精礦中CaO 的含量。

3 結(jié) 論

（1)利用AMICS 對海城和大石橋菱鎂礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，研究發(fā)現(xiàn)海城菱鎂礦礦物種類多且嵌布粒度細(xì)，脈石礦物與菱鎂礦連生包裹嚴(yán)重，是其難選的主要原因。

（2)針對海城和大石橋菱鎂礦采用反浮選一次粗浮，正浮選一次粗選兩次精選工藝流程，海城菱鎂礦得到了精礦產(chǎn)率64.36%，硅含量0.12%，鈣含量0.61%的良好指標(biāo)，在相同浮選條件下，相對易選的大石橋菱鎂礦可以獲得特級品的精礦，海城菱鎂礦只能得到一級品的精礦，事實(shí)證明海城菱鎂礦比大石橋菱鎂礦難選。

（3)反浮選新藥劑與石英及硅酸鹽礦物發(fā)生螯合，兩種胺的協(xié)同作用，可有效降低精礦中SiO2 的含量。脂肪酸類和烴類化合物組合捕收劑，在烴類油的作用下，捕收劑對菱鎂礦的選擇性更好，有利于提高精礦品位。