捕收劑霧化對(duì)細(xì)粒礦物浮選性能的影響

陳忠玉，徐寒冰

（1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東 韶關(guān) 512300；2.長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

浮選過(guò)程離不開(kāi)浮選藥劑的參與，各類型浮選藥劑中，捕收劑起著舉足輕重的作用［1］。捕收劑可以使礦物顆粒表面疏水性增加以及礦物與氣泡黏附得更緊密，通過(guò)改變礦物表面的性質(zhì)，使礦物顆粒能更加有效率地與氣泡進(jìn)行粘附，從而上浮實(shí)現(xiàn)目的礦物和脈石礦物分離［2，3］。有些捕收劑為油類捕收劑，其難溶于水，直接加入礦漿中，不能均勻地分散，導(dǎo)致與礦物吸附作用差，不能達(dá)到理想的浮選效果［4，5］。同時(shí)微細(xì)粒級(jí)礦物由于其具有粒度小、質(zhì)量和動(dòng)量小的特征，導(dǎo)致對(duì)藥劑選擇性吸附差，浮選回收率低。因而，在難溶性捕收劑條件下，用浮選法回收微細(xì)粒級(jí)礦物一直是選礦領(lǐng)域中亟待解決的難題之一［6，7］。

針對(duì)浮選領(lǐng)域某些藥劑難溶、難乳化分散以及微細(xì)粒難浮問(wèn)題，開(kāi)展了捕收劑霧化對(duì)細(xì)粒礦物浮選性能影響的試驗(yàn)研究。選用石英為研究對(duì)象，對(duì)比了FX－6、ZL這兩種膏狀難溶捕收劑霧化和滴加兩種不同加藥方式對(duì)細(xì)粒石英浮選回收率的影響，并進(jìn)行了霧化速率試驗(yàn)、單礦物浮選試驗(yàn)、吸附量測(cè)定試驗(yàn)以及Zeta電位測(cè)試試驗(yàn)。

1 礦樣制備

試驗(yàn)所用單礦物為石英，經(jīng)磨礦篩分后得到74～38μm、38～20μm、－20μm三個(gè)粒級(jí)的石英試樣，其單礦物的XRD衍射分析如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，石英礦樣的XRD衍射圖基本沒(méi)有雜峰，石英的化學(xué)分析純度高。

圖1 石英礦樣X(jué)RD圖譜

2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)所用pH調(diào)整劑為氫氧化鈉和鹽酸，藥劑純度為分析純。

試驗(yàn)所用捕收劑為FX－6和ZL。FX－6捕收劑是根據(jù)不同藥劑同時(shí)使用產(chǎn)生增效作用的原理，由多種脂肪酸按一定比例混合皂化改性而成，其浮選性能均高于組成中的任何單一組分。ZL捕收劑是一種長(zhǎng)碳羥基皂化物的混合物，是根據(jù)藥劑的協(xié)同作用原理復(fù)配而成的多組分有機(jī)物，能與多種礦物形成絡(luò)合物，大幅提高礦物表面的疏水性。

3 捕收劑霧化速率測(cè)定

試驗(yàn)所采用的霧化器為壓縮空氣式霧化器。取8 mL的FX－6、ZL捕收劑分別加入至霧化器的藥槽內(nèi)，分別霧化10 min、15 min、20 min、25 min、30 min以及35 min后測(cè)量剩余藥劑量，作出捕收劑霧化量與霧化時(shí)間的關(guān)系圖，如圖2所示。

圖2 捕收劑霧化量與霧化時(shí)間的關(guān)系

由圖2可以得到兩種捕收劑霧化量的速率公式。

FX－6捕收劑的霧化速率：

ZL捕收劑的霧化速率：

式中：V為捕收劑的霧化速率／mL·min－1；t為霧化時(shí)間／min。

由此可知，這種壓力式霧化器對(duì)于兩種捕收劑的霧化速率大約在0.2 mL／min。

4 浮選試驗(yàn)

4.1 不同粒級(jí)石英試樣浮選試驗(yàn)

取74～38μm、38～20μm、－20μm三個(gè)粒級(jí)的石英試驗(yàn)，在pH為7、浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1 680 r／min、捕收劑FX－6和捕收劑ZL用量分別為70 mg／L的條件下，進(jìn)行浮選試驗(yàn)，探究給礦粒度對(duì)浮選回收率的影響。其浮選結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 捕收劑FX－6條件下給礦粒度對(duì)浮選回收率的影響

圖4 捕收劑ZL條件下給礦粒度對(duì)浮選回收率的影響

從圖3和圖4可以看出，給礦粒度對(duì)精礦回收率有比較大的影響。隨著給礦粒度的變化，兩種捕收劑分別經(jīng)霧化后加入礦漿中和直接滴加入礦漿中進(jìn)行浮選試驗(yàn)的浮選回收率的變化是一致的。在給礦粒度小于20μm時(shí)，石英的浮選回收率明顯減小，由此可知，細(xì)粒石英礦物的可浮性較差。對(duì)于同一粒級(jí)的石英礦物，捕收劑進(jìn)行霧化與捕收劑直接滴加相比，前者的浮選回收率要高一些，尤其是在細(xì)粒級(jí)時(shí)，捕收劑進(jìn)行霧化后浮選回收率明顯得到了提高。

4.2 不同添加方式下捕收劑用量試驗(yàn)

在pH為7、石英粒級(jí)為－20μm、浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1 680 r／min的條件下進(jìn)行浮選試驗(yàn)，探究捕收劑FX－6和ZL的用量在兩種不同加藥方式下對(duì)精礦回收率的影響。其結(jié)果如圖5所示。

從圖5可知，兩種捕收劑無(wú)論通過(guò)霧化還是直接滴加進(jìn)礦漿，其用量對(duì)浮選回收率的影響趨勢(shì)是一樣的。FX－6用量在低于87.5 mg／L時(shí)，精礦浮選回收率隨著FX－6加入量增加而明顯提高，當(dāng)FX－6用量增加到87.5 mg／L以后，精礦浮選回收率提高緩慢。使用ZL捕收劑浮選時(shí)，情況相似。對(duì)比于霧化和直接滴加兩種加藥方式，同等劑量時(shí)，霧化加入時(shí)的精礦回收率明顯高于直接滴加條件下的精礦回收率。當(dāng)兩種捕收劑藥量增大到122.5 mg／L以后，兩種不同加藥方式下的精礦浮選回收率趨于相近。

圖5 不同捕收劑的用量時(shí)滴加和霧化對(duì)浮選回收率的影響

4.3 pH條件試驗(yàn)

在石英試樣粒級(jí)為－20μm，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1 680 r／min，分別加入87.5 mg／L的捕收劑FX－6和ZL的條件下，探究pH在不同加藥方式時(shí)，對(duì)浮選回收率的影響。其結(jié)果如圖6所示。

圖6 pH在不同加藥方式下對(duì)浮選回收率的影響

從圖6可以看出，對(duì)于FX－6捕收劑來(lái)說(shuō)，pH的改變對(duì)石英單礦物的浮選回收率的影響較大。對(duì)于霧化和滴加兩種添加方式，石英單礦物浮選回收率隨pH的變化的趨勢(shì)是一致的。在pH為10之前，隨著pH的增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率都逐漸增加；在pH為10之后，隨著pH增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率都迅速下降。對(duì)于ZL捕收劑來(lái)說(shuō)，在pH為7～11時(shí)，單礦物石英的浮選回收率與pH呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。在pH為9之前，隨著pH的增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率減少的速度比較緩慢；在pH為9之后，隨著pH增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率下降的速度明顯加快。兩種捕收劑浮選中，在同一pH條件下，捕收劑霧化后加入礦漿中的浮選效果都比捕收劑直接滴加的好。

5 不同添加方式下捕收劑在礦物表面吸附量

通過(guò)在礦物表面吸附，捕收劑可以使礦物表面的疏水性發(fā)生變化，從而影響浮選效果。FX－6、ZL在石英表面的吸附量采用剩余濃度法來(lái)測(cè)定。測(cè)定捕收劑與礦物作用后的殘余液中捕收劑的濃度，再計(jì)算作用前后的濃度差。由此，對(duì)藥劑在礦物表面的吸附量進(jìn)行計(jì)算。

5.1 不同添加方式下FX－6在礦物表面吸附量測(cè)定

測(cè)定吸光度前，須確定FX－6的吸收特征峰。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，F(xiàn)X－6捕收劑在波長(zhǎng)為233 nm處有一較大吸收特征峰，即FX－6的吸光度最大波長(zhǎng)為233 nm。在波長(zhǎng)為233 nm時(shí)，繪制吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖7所示。由圖7可知，在波長(zhǎng)為233 nm時(shí)，F(xiàn)X－6用量和吸光度關(guān)系幾乎為直線，F(xiàn)X－6的R2＝0.997 8，擬合程度好，符合真實(shí)吸附情況。FX－6捕收劑用量與礦物表面吸附量的關(guān)系如圖8所示。

圖7 FX－6捕收劑用量與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖8可以看出，隨著FX－6用量的增加，霧化和滴加的吸附量近似于線性，且隨著FX－6用量的增加，礦物吸附量也增加，這和之前FX－6用量浮選試驗(yàn)結(jié)果吻合。FX－6通過(guò)在礦物表面吸附，可以改變礦物表面的疏水性，從而影響浮選效果。吸附量越大，說(shuō)明礦物表面吸附的藥劑越多，礦物疏水性越強(qiáng)，從而浮選回收率越高。吸附量試驗(yàn)從表面吸附的角度很好地解釋了捕收劑用量的浮選試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，在FX－6用量一樣的條件下，霧化的吸附量都高于滴加。

圖8 FX－6用量與礦物表面吸附量的關(guān)系

5.2 不同添加方式下ZL在礦物表面吸附量測(cè)定

測(cè)定的ZL捕收劑同樣在波長(zhǎng)為233 nm處有一較大吸收特征峰。在波長(zhǎng)為233 nm時(shí)，繪制吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線圖9。ZL捕收劑用量與礦物表面吸附量的關(guān)系如圖10所示。

由圖9可見(jiàn)，在波長(zhǎng)為233 nm時(shí)，ZL捕收劑用量和吸光度關(guān)系幾乎為直線，ZL的R2＝0.999 2，擬合程度好，符合真實(shí)吸附情況。

圖9 ZL捕收劑用量與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖10可見(jiàn)，ZL用量與礦物表面吸附量的關(guān)系和FX－6的趨勢(shì)大致是一樣的。ZL捕收劑也是隨著用量增加，霧化和滴加的吸附量近似于線性。并且，隨著ZL捕收劑用量的增加，礦物表面吸附量也增加，這驗(yàn)證了之前ZL捕收劑用量的浮選試驗(yàn)的結(jié)果。同樣，在ZL用量一樣的條件下，霧化的吸附量都高于滴加。

圖10 ZL用量與礦物表面吸附量與的關(guān)系

6 不同捕收劑加藥方式下pH對(duì)礦物Zeta電位的影響

在FX－6和ZL用量分別為87.5 mg／L的條件下，用電泳儀測(cè)量了礦物表面電位，研究在不同pH條件下，礦物表面電位的變化。其結(jié)果如圖11所示。

由圖11可知，對(duì)于FX－6捕收劑的溶液體系，單礦物石英的Zeta電位隨著pH增加，礦物表面電位的絕對(duì)值越大。pH從7至10，礦物表面電位的絕對(duì)值增長(zhǎng)速度比較緩慢，從pH為10以后，礦物表面電位的絕對(duì)值增長(zhǎng)速度變大。產(chǎn)生這種情況的原因是FX－6捕收劑是陰離子捕收劑，吸附在細(xì)粒石英單礦物表面，使礦物表面電位變低。這也說(shuō)明了吸附在礦物表面的藥劑量越多，礦物表面疏水性越強(qiáng)，浮選回收率越高。對(duì)于ZL捕收劑的溶液體系，隨著pH值的增加，礦物表面電位的絕對(duì)值反而越來(lái)越小。礦物表面電位的絕對(duì)值越小，體系越不穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。ZL捕收劑霧化后加入礦漿進(jìn)行浮選試驗(yàn)的礦物表面電位的絕對(duì)值都比直接滴加的大。這也從礦物顆粒層面，解釋了pH對(duì)浮選回收率的影響。

圖11 不同捕收劑加藥方式下pH對(duì)單礦物石英Zeta電位的影響

7 結(jié) 論

以單礦物石英為礦樣，從給礦粒度、FX－6和ZL捕收劑用量、pH值這三個(gè)方面研究捕收劑霧化和滴加兩種方式對(duì)浮選效果的影響，并采用吸附量測(cè)量和Zeta電位測(cè)定探究了藥劑的作用機(jī)理，得出以下結(jié)論：

對(duì)于FX－6和ZL兩種捕收劑，使用同樣的用量或在同一pH值條件下，捕收劑霧化的浮選效果明顯比直接滴加要好；細(xì)粒級(jí)石英單礦物的可浮性比粗粒級(jí)的差，與粗粒級(jí)石英礦物相比，捕收劑霧化對(duì)浮選細(xì)粒級(jí)石英礦物的效果更好；礦物表面吸附量會(huì)隨著捕收劑用量的增加而增加，且在捕收劑用量一樣的條件下，藥劑霧化后在礦物表面的吸附量比滴加的吸附量高。

由此可見(jiàn)，對(duì)于捕收劑難溶于水、細(xì)粒級(jí)難浮的問(wèn)題，將捕收劑進(jìn)行霧化處理后使用，使捕收劑的液滴粒徑變小，促進(jìn)捕收劑更均勻地分散在礦漿中與細(xì)粒礦物作用，從而使細(xì)粒礦物顆粒與氣泡充分碰撞，增加了細(xì)粒礦物顆粒在氣泡表面上的粘附，從而提高細(xì)粒礦物的浮選回收率。