新型捕收劑浮選回收白云鄂博選礦廠尾礦中的白云石

江峰 ，劉劍飛，任慧，葛文成

1.包鋼集團(tuán)礦山研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014030;2.東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819；3.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 沈陽 110819

引言

白云鄂博礦床作為罕見的超多金屬共生礦床，據(jù)相關(guān)資料報(bào)道現(xiàn)已探明礦體內(nèi)存在175種礦物。由于礦床內(nèi)主要包含的礦物為含鐵礦物和稀土礦物，故之前白云鄂博礦產(chǎn)資源的利用采用“以鐵為主，兼顧稀土”的開發(fā)方針[1]。但隨著礦產(chǎn)資源的持續(xù)開發(fā)應(yīng)用，未能有效利用的礦物均堆放于尾礦壩。而尾礦的堆存不僅存在著資源利用率低的問題，同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境也存在著較大的危害。因此針對(duì)尾礦資源化綜合利用研究對(duì)于提高資源利用率與環(huán)境保護(hù)均具有重要意義[2,3]。

目前，廣大學(xué)者已針對(duì)白云鄂博尾礦綜合回收稀土、鐵、鈮、硫和螢石等資源綜合回收工藝進(jìn)行了大量研究[4-14]。其中，秦玉芳[4]等對(duì)選鐵尾礦中的稀土回收進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果表明在捕收劑為LF-P8、抑制劑為水玻璃及起泡劑為松醇油時(shí)，在礦漿pH值為9.0、溫度60 ℃下，浮選閉路試驗(yàn)可獲得品位(REO)為50.52%、回收率(REO)為81.30%的稀土精礦。李宏靜[7]等開展了尾礦資源中的螢石回收，應(yīng)用自主研發(fā)的新型抑制劑獲得了CaF2含量為95.62%、SiO2含量為0.69%、CaCO3含量為0.34%的螢石精礦，回收率為59.46%，該螢石精礦符合螢石精礦酸級(jí)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，針對(duì)白云石的高值化利用研究則主要集中在耐火材料、化工、建材以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[15]。蔣為[16]等通過對(duì)白云石與菱鎂礦按比例混合進(jìn)行復(fù)合型鎂質(zhì)膠凝材料研究，以廣西臨桂縣白云石為原料制備的復(fù)合型膠凝材料與鋸屑、氯化鎂溶液調(diào)制而成的混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到國標(biāo)要求。賈建業(yè)[17]等將活性白云石粉作為聚丙烯和熱塑性彈性體的填充劑進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果表明活性白云石粉可以代替輕鈣作為填充材料。

從以上研究結(jié)果可知，隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中對(duì)資源利用效率的提高和尾礦堆存所導(dǎo)致環(huán)境問題的重視，開展白云鄂博尾礦資源化利用研究具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。但目前對(duì)尾礦中的稀土、鐵、鈮以及螢石等資源的綜合回收利用研究相對(duì)成熟，而其中的白云石回收利用研究較少。因此通過對(duì)白云鄂博尾礦螢石選別后尾礦中的白云石進(jìn)行回收研究以及白云石高附加值產(chǎn)品的開發(fā)，對(duì)于提高白云鄂博礦資源綜合利用水平、減少尾礦的排放量、減輕環(huán)境壓力、豐富公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等均具有重要意義。

現(xiàn)階段白云石的浮選回收研究主要集中在脂肪酸類捕收劑的相關(guān)研究，李彩霞[18]等在堿性條件下對(duì)菱鎂礦與白云石進(jìn)行分離浮選研究，最終在油酸鈉用量為170mg/L時(shí)獲得回收率為66%的白云石精礦。王雪[19]等人則在油酸鈉濃度為10.0×10-4mol/L時(shí)白云石的回收率較高，但在酸性條件下受溶液中離子影響其回收率會(huì)顯著降低。因此，李鋒[20]等人運(yùn)用化學(xué)修飾改性手段合成新型脂肪酸類捕收劑進(jìn)行膠磷礦與白云石浮選分離研究，結(jié)果表明α-羥基油酸與大豆油酸相比具有較強(qiáng)的選擇性且在水中的溶解性顯著強(qiáng)于后者。綜合以上研究現(xiàn)狀可知，白云石浮選回收時(shí)常用脂肪酸類捕收劑如油酸鈉等，但存在捕收性能差、溶解性差等問題，故基于脂肪酸類捕收劑進(jìn)行改性研究以提高其捕收性能具有重要的研究意義。

本研究以螢石與白云石分離粗選尾礦為研究對(duì)象，考察了新型捕收劑DWZ-2與水玻璃用量對(duì)白云石浮選回收行為的影響。在最佳藥劑制度下進(jìn)行浮選閉路試驗(yàn)研究并對(duì)其精礦產(chǎn)品進(jìn)行分析，考察其是否具備后續(xù)高附加值產(chǎn)品的開發(fā)研究。

1 試驗(yàn)原料與研究方法

1.1 試驗(yàn)原料

本研究所選礦樣為白云鄂博尾礦綜合回收螢石與白云石后進(jìn)行分離粗選時(shí)的尾礦，礦石中主要礦物為白云石，其次包含少量石英、螢石、方解石以及鎂鐵閃石與金云母等礦物。對(duì)該礦物進(jìn)行化學(xué)多元素檢測(cè)及粒度分析，結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 試驗(yàn)樣品化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

圖1 試驗(yàn)樣品粒度分析結(jié)果

由表1可知，試驗(yàn)樣品中白云石為含鐵錳白云石，且由于試驗(yàn)樣品中含有少量的含鈣礦物與含鎂礦物均導(dǎo)致計(jì)算所得白云石含量與實(shí)際含量相差較大。在樣品燒失率測(cè)試中主要燒失成分包括水分、二氧化碳、有機(jī)物，但由于該試驗(yàn)樣品中水分與有機(jī)物含量較低，綜合考慮不同計(jì)算方法的誤差，確定該樣品中白云石的含量通過采用燒失率計(jì)算更為準(zhǔn)確，以及資料表明900 ℃時(shí)白云石完全分解[21]，故由計(jì)算結(jié)果可知樣品中白云石含量為74.54%。而主要脈石礦物石英、云母、螢石的含量分別約為3.47%、1.73%、2.5%。同時(shí)，由圖1可知，該樣品粒度較細(xì)，-0.074 mm占比在90%左右。

1.2 試驗(yàn)方案的確定

DWZ-2是由脂肪酸改性陰離子捕收劑和兩性捕收劑按一定比例復(fù)配而成的組合捕收劑，脂肪酸改性的陰離子捕收劑主要以化學(xué)吸附的形式作用在白云石表面，而兩性捕收劑則主要以靜電吸附、氫鍵吸附作用在白云石表面[22]。因此開展了DWZ-2與油酸鈉在白云石浮選回收流程中藥劑捕收性能的對(duì)比試驗(yàn)研究。水玻璃能夠選擇性吸附在硅酸鹽礦物表面，且含有大量的親水基團(tuán)能使吸附了水玻璃的硅酸鹽礦物親水性增加，從而抑制硅酸鹽礦物的浮選捕收。最終在試驗(yàn)樣品中白云石的浮選回收流程中實(shí)現(xiàn)白云石的有效富集。

在工作電壓15 kV、工作距離8.5 mm、光闌60 μm的條件下，對(duì)精礦產(chǎn)品開展EDS檢測(cè)以及白度檢測(cè)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行表征，以確定其是否具備后續(xù)高附加值產(chǎn)品的開發(fā)研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 捕收劑種類及用量對(duì)比試驗(yàn)研究

在礦漿pH值為7、水玻璃用量為200 g/t條件下，分別考察了油酸鈉、DWZ-2在不同用量條件下對(duì)白云石回收率的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 油酸鈉用量對(duì)浮選效果的影響

圖3 DWZ-2用量對(duì)浮選效果的影響

對(duì)比圖2、圖3可知，當(dāng)油酸鈉與DWZ-2捕收劑用量逐漸增加時(shí)，燒失率均在38%左右小幅度波動(dòng)。油酸鈉作為捕收劑時(shí)，隨著其用量的增大白云石回收率增幅較小，在油酸鈉用量為200 g/t時(shí)，白云石回收率為74.92%。而DWZ-2在其用量為200 g/t時(shí)，白云石的回收率為80.06%，隨著用量的增大白云石的回收率仍有顯著增加。在該試驗(yàn)條件下，應(yīng)用DWZ-2浮選所得精礦中SiO2含量變化趨勢(shì)呈先降低再增加，且SiO2含量均降低至2.30%以下。綜合以上分析，確定DWZ-2用量為250 g/t進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)研究。

2.2 水玻璃用量試驗(yàn)研究

在礦漿pH值為7、DWZ-2用量為250 g/t條件下，分別考察了水玻璃用量為150 g/t、200 g/t、250 g/t、從圖4可知，當(dāng)抑制劑用量由150 g/t逐漸增加至300 g/t時(shí)，精礦中白云石回收率在80%左右波動(dòng)；精礦中雜質(zhì)成分SiO2含量在2%左右，SiO2去除率隨著抑制劑增加呈增加趨勢(shì)。當(dāng)抑制劑用量為200 g/t時(shí)，白云石精礦中白云石回收率為87.40%，故確定水玻璃用量為200 g/t。

圖4 水玻璃用量對(duì)浮選效果的影響

2.3 浮選閉路試驗(yàn)研究

在如圖5所示藥劑制度下，進(jìn)行白云石浮選回收閉路浮選試驗(yàn)研究。

圖5 浮選閉路試驗(yàn)流程

閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，并對(duì)浮選所得精礦進(jìn)行如表3所示化學(xué)多元素分析及圖6、圖7所示主要元素在礦物中的分布分析。

表3 閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果 /%

圖7 元素面掃描分析結(jié)果

表4 浮選精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

圖6 浮選精礦形貌及背散射電子圖

從表4可知，試驗(yàn)樣品經(jīng)一粗四精閉路試驗(yàn)，可獲得白云石含量83.62%、回收率80.49%的精礦指標(biāo)，精礦中CaO含量為26.43%，MgO含量為13.62%，SiO2含量為0.86%，SiO2的去除率為84.10%。結(jié)合圖6、圖7可知，該礦石大部分的白云石中都均勻地分布有Fe、Mn等元素，致使主元素Ca、Mg含量降低，這是由于含鐵白云石中的Fe、Mn是以類質(zhì)同象形式占據(jù)白云石Ca、Mg晶格結(jié)點(diǎn)位置。同時(shí)依據(jù)電子探針面掃描、EDS能譜分析結(jié)果可知，Ca元素絕大部分賦存于含鐵白云石中，含鐵白云石是其主要載體礦物，少部分分布于螢石、方解石和磷灰石中。Mg元素絕大部分賦存于含鐵白云石中，含鐵白云石是其主要載體礦物，少量分布于金云母中。Fe元素部分賦存于含鐵白云石中，部分以磁鐵礦、赤鐵礦獨(dú)立鐵礦物形式賦存，很少部分賦存于金云母中，磁鐵礦、赤鐵礦、含鐵白云石是Fe元素的主要載體礦物。Mn元素部分賦存于含鐵白云石中，部分以菱錳礦獨(dú)立礦物形式賦存，含鐵白云石、菱錳礦是Mn的主要載體礦物。

白云石可用于涂料、橡膠、塑料等填充料方面，在一定程度上可替代輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣等常用填料，例如白云石粉體通過改性可代替輕質(zhì)碳酸鈣做橡膠填料。因此對(duì)精礦白度進(jìn)行檢測(cè)可知，其白度為45.7%，具備作為深色橡膠填充材料原料的可能性。

3 結(jié)論

(1)白云鄂博尾礦中螢石粗選尾礦中白云石含量為74.54%，基本具備回收應(yīng)用價(jià)值。通過與油酸鈉進(jìn)行對(duì)比可知，DWZ-2具有更佳的捕收性能，且以DWZ-2為捕收劑，以水玻璃為抑制劑，采用一段粗選四段精選工藝流程浮選閉路試驗(yàn)所得浮選精礦中白云石含量83.62%、回收率80.49%，SiO2含量為0.86%，SiO2的去除率為84.10%。

(2)由于白云鄂博尾礦中白云石主要為含鐵錳白云石，且浮選所得白云石精礦中含有微量的磁鐵礦、赤鐵礦等深色礦物，因此其白度為45.7%。白云石改性后可替代輕質(zhì)碳酸鈣作為橡膠填料，故該浮選精礦具備成為深色橡膠填充材料制備原料的可能性。