磁化處理影響浮選的機(jī)理及其在浮選中的應(yīng)用

李鳳久，孔亞然，賈清梅，李國峰

(華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

磁化處理是指為改變物質(zhì)的某些物理化學(xué)性質(zhì)而將其置于磁場中磁化的技術(shù)，也稱磁處理技術(shù)。磁化處理對浮選、重選、化學(xué)浸出均有影響。磁化處理在浮選中應(yīng)用具有簡化工藝流程，減少藥劑消耗，分選指標(biāo)好等優(yōu)勢。為促進(jìn)磁化處理在浮選中應(yīng)用，本文從磁化處理的發(fā)展歷程，磁化處理對浮選水系的影響機(jī)理，磁化處理在浮選中的應(yīng)用現(xiàn)狀等方面總結(jié)了國內(nèi)外磁化處理的相關(guān)研究成果。

1 磁化處理的發(fā)展歷程

磁化處理最先應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，北宋《圣濟(jì)總錄》中就有磁石煉水治小兒驚癇的記載。20世紀(jì)初，G.Durville在他的著作中提到磁化水可以治愈傷口和潰瘍。1945年比利時(shí)工程師T.Vermeriven發(fā)現(xiàn)磁化處理水可以減少鍋垢的產(chǎn)生。此方法操作簡單，不產(chǎn)生化學(xué)污染，因此很快應(yīng)用于實(shí)踐，但并未引起太多關(guān)注。直到20世紀(jì)60年代初，前蘇聯(lián)研究人員提出磁化處理可能改變水系統(tǒng)的物理化學(xué)性質(zhì)，而水系物理化學(xué)性質(zhì)的改變可以對農(nóng)業(yè)、建筑、冶金等許多行業(yè)產(chǎn)生影響，因此，磁化處理引起廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代，磁化處理在石油工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，效果良好。21世紀(jì)以來，磁化處理在礦物加工領(lǐng)域也越來越被注重，對磁化處理的研究逐漸向如何有效利用磁場能和磁場如何強(qiáng)化選礦機(jī)理發(fā)展[1-2]。

2 磁化處理對浮選水系性質(zhì)影響的機(jī)理研究

國內(nèi)外大量學(xué)者研究了磁化處理對浮選水系的物理化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，水系經(jīng)磁化處理后會產(chǎn)生一系列物理化學(xué)性質(zhì)的變化，如pH值、吸光度、電導(dǎo)率、粘度、表面張力、溶氧量等。

2.1 表面張力

水系的表面張力與礦物的可浮性密切相關(guān)。水系的表面張力改變，潤濕功和黏著功都會改變，礦物間的可浮性差異發(fā)生改變。邱廷省等人[3]磁化處理黃銅礦與黃鐵礦分選的抑制劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁化處理能夠增大溶液的表面張力和礦物的潤濕性，且磁化處理增強(qiáng)抑制劑對黃鐵礦的作用，降低黃藥對黃鐵礦的作用，從而使黃銅礦、黃鐵礦的疏水性差異擴(kuò)大，浮選效果增強(qiáng)。宛鶴等[4]將磁化處理作為一種高效、低成本、創(chuàng)新、環(huán)保的乳化方法，用于改善NHO（非極性烴油）在低溫輝鉬礦浮選中的浮選性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未磁化煤油（UMK）相比，在298 K溫度下，磁化煤油（MK）的較佳用量可降低11%，在278 K時(shí)，MK的浮選回收率比UMK高3%。表面張力測量結(jié)果表明，隨著磁場強(qiáng)度的增加，MK的表面張力呈周期性上升，并且在每個(gè)周期內(nèi)都有一個(gè)較大的表面張力。

2.2 電導(dǎo)率

電導(dǎo)率可以衡量溶液傳導(dǎo)電流能力的大小。溶液的電導(dǎo)性取決于自由移動(dòng)的離子濃度和離子攜帶的電荷數(shù)。離子攜帶的電荷越多，自由移動(dòng)的離子濃度越高，溶液的電導(dǎo)性越強(qiáng)。藥劑的吸附程度一般會受到礦物表面電性的影響。表面電位是指荷電的固體顆粒表面與浮選溶液之間的電位差。邱廷省等人[5]發(fā)現(xiàn)水系磁化處理會影響水及藥劑的電導(dǎo)率。磁化處理增加了水和藥劑溶液體系中的溶解氧量，促進(jìn)黃藥氧化分解，電解質(zhì)增多，自由移動(dòng)的離子數(shù)目增多，遷移率加大，使溶液的電導(dǎo)率升高，藥劑與礦物表面的吸附作用增強(qiáng)。與常規(guī)浮選相比，磁化處理浮選用水時(shí)黃銅礦的回收率提高3.45%，磁化處理丁基黃藥時(shí)黃銅礦的回收率提高3.54%。

2.3 溶解度

磁化處理影響氣體和藥劑在水中的溶解度，從而影響礦物的浮選。周文波等[6]發(fā)現(xiàn)磁化處理影響油酸鈉在水溶液中的化學(xué)平衡反應(yīng)，使得溶液中油酸根陰離子濃度增加，有利于與方解石、螢石表面Ca2+結(jié)合，與常規(guī)浮選相比，方解石回收率提高19.77%，螢石回收率提高12.81%。方夕輝等[7]研究了磁化處理對硫化銅礦浮選的影響。斑巖型原生硫化銅礦的回收率提高了5% ~ 6%，高硫次生硫化銅礦的回收率提高了2% ~ 3%。作者認(rèn)為磁化處理增加了礦漿的溶解氧量，使礦物表面生成更多的疏水物質(zhì)，還增加了浮選藥劑的離解度和分散度，因而提高了銅的回收率。

近年來國內(nèi)外學(xué)者對磁化處理應(yīng)用于浮選的機(jī)理進(jìn)行了大量研究。主要有以下幾種推斷[2]：洛侖茲力作用、極化作用、磁滯效應(yīng)、磁力矩重新取向、氫鍵變形及活化能改變。但由于磁化處理的理論與實(shí)驗(yàn)室研究的不完善性，長期以來，國內(nèi)外對磁化處理的機(jī)理研究依舊處在論證和假設(shè)不斷交替的階段，尚未形成一套完整的的磁化處理理論體系。

3 磁化處理在浮選中的應(yīng)用實(shí)例

我國礦產(chǎn)資源總量豐富，在全球礦業(yè)界具有舉足輕重的地位[8]。而我國礦產(chǎn)資源又少富礦多貧礦，少單一礦多伴生礦，少易選礦多難選礦。隨著我國礦產(chǎn)資源貧、細(xì)、雜的特點(diǎn)的日益加劇，傳統(tǒng)的重、磁、浮及聯(lián)合選礦流程已不能滿足選礦行業(yè)的需求，一些學(xué)者研究了磁化處理對浮選的影響。

3.1 在金屬礦浮選中的應(yīng)用

3.1.1 在鐵礦浮選中的應(yīng)用

磁化處理在浮選中應(yīng)用對選別流程的縮短，選別指標(biāo)的提高效果十分明顯。T.雅爾辛等人[9]發(fā)現(xiàn)磁浮聯(lián)合選礦流程中四段選別才能達(dá)到的指標(biāo)，磁化處理應(yīng)用于浮選一段選別就可以達(dá)到，大大簡化了選礦工藝流程，降低了選礦成本。夏建勤[10]發(fā)現(xiàn)某磁鐵礦用常規(guī)浮選法經(jīng)一次粗選、兩次精選、兩次掃選精礦品位和回收率分別是64.70%、71.77%，同樣的選別次數(shù)，常規(guī)磁選法品位和回收率分別是59.30%，90.49%。而磁化處理應(yīng)用于浮選一次即可得到品位71.31%，回收率96.63%的磁鐵精礦。

磁化處理可以增強(qiáng)藥劑的選擇性和作用程度，減少藥劑消耗。A.洛佩斯瓦爾迪維索（A.López-Valdivieso）等[11]發(fā)現(xiàn)在沒有淀粉、糊精、CMC等有機(jī)抑制劑的情況下，采用胺類捕收劑浮選TFe品位65.1%的鐵精礦（主要為磁鐵礦），均勻外加弱磁場可以顯著抑制磁鐵礦的浮選。在磁場作用下，磁鐵礦顆粒聚集成大的鏈狀和柱狀，迅速沉降到沉淀池底部。磁鐵礦吸附胺并變得疏水，這導(dǎo)致氣泡附著到磁鐵礦團(tuán)聚體上。磁鐵礦團(tuán)聚體中的氣泡由于磁鐵礦團(tuán)聚體的質(zhì)量較大而不能漂浮，因此它們作為尾礦排出。外加均勻磁場為不使用抑制劑浮選生產(chǎn)鐵精礦提供了可能。由于這些抑制劑抑制石英和含硅礦物的浮選，如果在反浮選過程中不使用抑制劑，這些礦物的浮選回收率會提高。這將獲得更高質(zhì)量的鐵精礦。

磁化處理在浮選柱中的應(yīng)用也獲得了良好指標(biāo)。廖寅飛等[12]研究脈沖磁場對磁鐵礦浮選柱反浮選的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁化處理應(yīng)用于浮選比常規(guī)浮選指標(biāo)好，磁化處理時(shí)脈沖磁場磁化比恒定磁場磁化選別指標(biāo)好。脈沖磁場使鐵精礦的回收率提高了1.12%，品位提高了4.22%。比林奇（Mustafa Birinci）等[13]采用磁性微浮選柱，研究了外加磁場對磁鐵礦中石英陽離子浮選的影響。由于外加磁場的優(yōu)點(diǎn)是抑制磁鐵礦的選擇性強(qiáng)。高選擇性是由于磁場只影響磁鐵礦顆粒，而石英顆粒不受磁場的影響場。因此在磁場存在下，分選效率顯著提高。

磁化處理對細(xì)粒礦物的浮選尤為有利。S.阿瓦爾等[14]發(fā)現(xiàn)磁化處理應(yīng)用于磁鐵礦的浮選可以有效減少細(xì)粒磁鐵礦的損失。向軍等[15]發(fā)現(xiàn)磁化處理有利于微細(xì)粒赤鐵礦的浮選。李艾強(qiáng)等[16]研究磁化處理如何影響赤鐵礦的絮凝，發(fā)現(xiàn)磁化處理可以加強(qiáng)赤鐵礦顆粒間的絮凝作用。盧毅屏等[17]發(fā)現(xiàn)磁化處理可以增大弱磁性軟錳礦的表觀粒度，有利于細(xì)粒級軟錳礦的浮選。

3.1.2 在硫化礦浮選中的應(yīng)用

有色金屬礦的主要來源是硫化礦，全球90%以上的硫化礦通過浮選進(jìn)行回收，為適應(yīng)資源供不應(yīng)求的現(xiàn)狀，提高資源利用率，國內(nèi)外學(xué)者在常規(guī)浮選工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)出沉淀浮選、泡沫分離浮選、離子浮選、電化學(xué)調(diào)控浮選、絮團(tuán)浮選、閃速浮選、重力浮選、生物浮選等眾多新型的浮選工藝技術(shù)[18]。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者研究了磁化處理在硫化礦浮選中的應(yīng)用見表。磁化處理應(yīng)用于硫化礦的浮選，可以提高礦漿溶氧量，促進(jìn)礦物氧化；改變水系的電導(dǎo)率、表面張力等。進(jìn)而影響礦物與藥劑的作用效果，優(yōu)化浮選過程，節(jié)省藥劑，提高精礦品位和回收率。

3.1.3 在其他金屬礦浮選中的應(yīng)用

表1 磁化處理在硫化礦浮選中的應(yīng)用實(shí)例Table 1 Application examples of magnetization treatment in sulfide ore flotation

鄧湘湘等[24]發(fā)現(xiàn)在白鎢礦的浮選中，磁化處理浮選用水與常規(guī)浮選相比，藥劑與礦物的作用效果增強(qiáng)，捕收劑和調(diào)整劑用量減少，且提高了分選指標(biāo)。陳向等[25]發(fā)現(xiàn)浮選江西某含黑鎢細(xì)泥較多的鎢礦時(shí)，磁化處理浮選用水和常規(guī)浮選相比，藥劑用量更少，且黑鎢精礦品位提高了6.87%，回收率提高了7.19%。磁化處理應(yīng)用于選礦作業(yè)不僅有利于選別，對后續(xù)廢水處理也有益無害。張春菊等[26]磁化處理白鎢選礦廢水，結(jié)果表明，磁化處理能改變選礦廢水中重金屬離子的物理化學(xué)性質(zhì)，易于形成碳酸鹽、硝酸鹽等難溶鹽沉淀，增強(qiáng)絮凝效果，使廢水澄清凈化。何廷樹等[27]將經(jīng)磁化處理的煤油用于鉬浮選作業(yè)中，精礦品位提高0.5%，鉬回收率提高2.53%。陳向等人[28]發(fā)現(xiàn)浮選江西某細(xì)粒鉭鈮尾礦的重選粗精礦時(shí)，磁化處理浮選用水與常規(guī)浮選相比藥劑用量更少，且Ta2O5精礦品位提高1.88%，回收率提高2.75%；Nb2O5精礦品位提高1.58%，回收率提高2.96%。劉孔達(dá)等[29]研究了磁化處理水系（藥劑、礦漿、水）對諸暨黃金公司的金礦浮選的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁化處理應(yīng)用于浮選與常規(guī)浮選相比，金精礦品位提高10.24 g/t，回收率提高7.92%，尾礦品位降低0.76 g/t。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否由誤差引起，他們還研究了磁化處理對氰化浸出金精礦的影響來確定實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。發(fā)現(xiàn)在較佳實(shí)驗(yàn)條件下，磁化處理浸出與常規(guī)浸出相比，金精礦浸出率提高12.26%。這也驗(yàn)證了磁化處理確實(shí)有利于金礦的選別，并非實(shí)驗(yàn)誤差引起的。雖然原理尚不清楚，但實(shí)際應(yīng)用卻可以獲得良好指標(biāo)。邱廷省等[2]發(fā)現(xiàn)對某含金銀多金屬氧化礦，在金銀精礦品位基本保持不變的情況下，磁化處理應(yīng)用于浮選與常規(guī)浮選相比，金的回收率可提高5%，銀的回收率可提高2%。

3.2 在非金屬礦浮選中的應(yīng)用

周文波等[30]發(fā)現(xiàn)磁化處理水可以提高螢石的回收率。廖德華等[31]采用強(qiáng)磁對浮選用水進(jìn)行磁化處理，發(fā)現(xiàn)磁化處理可以增強(qiáng)捕收劑和抑制劑對礦物的作用效果，減少藥劑用量，同時(shí)可以提高螢石精礦的品位和回收率，獲得品位97.31%的酸級螢石精礦。朱巨建等[32]磁化處理浮選用水，發(fā)現(xiàn)磁化處理增加了水分子的平均動(dòng)能，削弱了水分子之間的力的作用，降低了石英對H+吸附的位阻效應(yīng)，從而降低了石英上浮率和Ca2+對石英的活化能力，有利于赤鐵礦和石英的分離。邱廷省等[33]發(fā)現(xiàn)磁化處理水系（藥劑、礦漿）可以提高螢石的回收率，降低螢石精礦的硅含量，減少藥劑消耗，簡化精選工藝流程，并獲得氟化鈣含量高于99%的酸級螢石精礦。李青青[34]發(fā)現(xiàn)磁化處理顯著提高了螢石的回收率，且發(fā)現(xiàn)磁化方式以磁化處理藥劑為佳，磁化處理水次之，磁化處理礦漿再次之。

3.3 在選煤中的應(yīng)用

吳樹明[35]磁化處理浮選用水，增大了煤的接觸角，提高了煤的表面疏水性，有利于藥劑在煤表面的吸附，精煤產(chǎn)率從33.5%提高到34.6%，煤的浮選效果增強(qiáng)。李海鵬[21]磁化處理煤泥捕收劑，發(fā)現(xiàn)磁化處理可以降低藥劑的粘度和表面張力，增大分散度，加快擴(kuò)散速度，從而提高精煤產(chǎn)率和可燃體回收率，捕收效果增強(qiáng)。低階煤因?yàn)楸砻娲嬖诖罅康挠H水官能團(tuán)而可浮性較差，鄭長龍等[36]研究了在不同磁化時(shí)間和磁場強(qiáng)度下磁化處理仲辛醇對低階煤浮選性能的影響。發(fā)現(xiàn)用經(jīng)磁化處理的仲辛醇作起泡劑可以使精煤產(chǎn)率提高3.91%，而精煤灰分變化不大。且發(fā)現(xiàn)隨著磁化時(shí)間和磁場強(qiáng)度的增加煤漿界面張力降低，煤漿界面張力的降低有利于煤的浮選，因此磁化處理仲辛醇有利于煤的浮選。劉佳[37]磁化處理浮選煤漿，發(fā)現(xiàn)磁化處理可以提高精煤產(chǎn)率，在合適的磁場強(qiáng)度下，精煤產(chǎn)率可提高2.80%。宋志偉等[38]磁化處理浮選煤漿，發(fā)現(xiàn)磁化處理有利于高硫煤的脫硫降灰，與常規(guī)浮選法相比脫硫率提高7%。邊炳鑫等人[39]磁化處理浮選煤漿，發(fā)現(xiàn)磁化處理可以提高煤的可浮性，有利于煤泥的脫硫降灰。

3.4 磁化處理應(yīng)用于浮選的優(yōu)勢

綜合以上磁化處理的應(yīng)用實(shí)例，說明磁化處理在浮選中應(yīng)用有著良好的發(fā)展前景。磁化處理在浮選中的應(yīng)用不同于常規(guī)的磁浮聯(lián)合選礦流程，其仍遵循浮選的基本原理。磁化處理使水系的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變從而影響浮選的速度、藥劑用量、處理量、精礦質(zhì)量和回收率等。磁化處理在浮選中應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是磁化處理在浮選中應(yīng)用可以提高精礦質(zhì)量和數(shù)量，以更短的工藝流程獲得更好的分選指標(biāo)。二是磁化處理強(qiáng)化了藥劑與目的礦物的作用，可以加快選別速度。三是磁化處理可以增強(qiáng)藥劑的選擇性和作用程度，減少藥劑消耗，相對于常規(guī)浮選不需要外加藥劑，無額外污染。且有研究表明，磁化處理可以有效處理選礦廢水中的重金屬離子，使廢水澄清凈化，因此，磁化處理應(yīng)用于浮選與常規(guī)浮選相比，有利于浮選廢水的處理，污染更低。磁化處理在浮選中應(yīng)用有利于我國礦產(chǎn)資源的綜合利用和有效回收，前景良好。

4 結(jié)語與展望

雖然國內(nèi)外已有大量學(xué)者在研究磁化處理對浮選的影響，然而磁化處理影響浮選的機(jī)理尚不明確，磁化處理影響浮選的因素及影響規(guī)律、設(shè)備和工藝也有待進(jìn)一步研究。因此，理論分析、計(jì)算機(jī)模擬、實(shí)驗(yàn)和先進(jìn)的檢測方法互相結(jié)合研究磁化處理影響浮選的機(jī)理、影響因素及影響規(guī)律、工藝及設(shè)備將是今后的研究趨勢。磁化處理應(yīng)用于浮選在礦產(chǎn)資源數(shù)量日益減少、質(zhì)量日益下降的今天將具有強(qiáng)大的生命力，其應(yīng)用前景廣闊。