低品位钼矿煤油气溶胶加药浮选规律的研究

徐 涛，孙春宝，刘行刚，甄春红

(北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083)

气溶胶是指固体微粒或(和)液体微粒悬浮于气体介质中所形成的多相分散体系[1-3]。这个分散体系必须由两部分组成：一是被悬浮的微粒物，即分散相；二是承载微粒物的气体，即分散介质。所以，气溶胶是包含分散相(微粒物)和分散介质(气体)二者在内的统一整体[4-8]。气溶胶浮选[9-10]可简单理解为：将浮选所需的药剂(如起泡剂、捕收剂或其他药剂)与空气或其他气体，呈气溶胶状态注人浮选过程中。其中，气相介质一般为空气。实际上，气溶胶浮选应用的是气溶胶加药技术。这种加药方式可使浮选药剂充分分散，具有提高药剂作用效果、加快浮选速度、减少药剂消耗量、提高浮选指标等优点。据有关资料[11-16]介绍，应用本法可改善硫化矿石、氧化矿石及难选复杂矿石的浮选效果，并可扩大选矿的应用范围。

针对试验所用某低品位钼矿，将煤油以气溶胶形式进行加药，已通过试验研究探明了煤油气溶胶加药浮选的优势所在，即节省煤油用量，提高浮选速度，一定程度上提高了钼的回收率。但是，浮选工艺条件对于煤油气溶加药浮选过程的具体影响情况，还没有做过系统的研究。鉴于此，本研究主要从磨矿细度、矿浆浓度、pH值和起泡剂用量的影响等方面，探究浮选工艺条件对煤油气溶胶加药浮选过程的影响规律。

1 物料来源、试验装置及试验方法

1.1 物料来源及性质

1.1.1 矿石的来源与矿物组成分析

试验所用矿样由内蒙古某铜钼矿提供。经显微镜下矿物鉴定和X射线衍射分析，该矿石中的矿物组成较复杂，其中铜、钼、硫等主要以独立矿物存在。铜的独立矿物较多，有黄铜矿、斑铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝、砷黝铜矿；钼的独立矿物主要为辉钼矿；硫的独立矿物为黄铁矿。脉石矿物主要为石英、白云母、长石、伊利石、高岭石等，石英是含量最高的脉石矿物。

1.1.2 矿石的化学多元素分析

矿石的化学多元素分析结果见表1。化验结果表明，矿石中钼品位较低，为0.023％，铜品位为0.31％；矿石中除铜、钼、硫等有价元素外，其它可以综合利用的元素含量都很低；矿石中还含有少量有害元素砷。

表1 矿石的主要化学成分分析结果

*Au、Ag含量单位为g·t-1。

1.1.3 矿石中钼的物相分析

钼的物相分析结果见表2。分析结果表明：钼大部分赋存在硫化钼中，钼的氧化率为8.70％。

表2 钼的物相分析结果

1.2 试验装置、仪器及设备

试验所用气溶胶发生器为Collison喷嘴气溶胶发生器。Collison喷嘴气溶胶发生器原理：压缩空气以一定速度从Collison喷嘴喷出；在喷嘴的出口处，由于Bernoulli效应产生的低压将液体贮存器内的液体吸入气流，并将液体打碎成液滴；得到的气溶胶直接喷到一表面上，较大的粒子在该表面上通过碰撞而消失，较小的粒子留在气流中。

煤油气溶胶药剂是通过浮选机的充气管道，利用叶轮旋转产生的自吸力进入矿浆中的。在气溶胶浮选过程中，先加入其它非煤油捕收剂作用一段时间，再加入起泡剂作用一段时间，最后加入煤油气溶胶药剂，加药的同时进行浮选。先加入起泡剂是为了给煤油气溶胶加药提供良好的成泡环境，以利于煤油气溶胶粒子在气相中传质。整个试验均在常温(25℃左右)下进行。相应的气溶胶浮选系统见图1。

图1 气溶胶浮选系统

1.3 试验流程、药剂制度

传统浮选试验采用的浮选流程和药剂制度，如图2所示。

图2 传统浮选流程

1.4 试验思路

本研究主要探讨浮选工艺条件对煤油气溶胶加药浮选过程的影响规律，主要包括磨矿细度、pH值、矿浆浓度、起泡剂用量等浮选工艺条件对气溶胶浮选过程影响研究。并与传统浮选过程进行对比，以考查浮选工艺条件对两种浮选法的影响差异，以此探明气溶胶浮选技术对于浮选工艺条件的适应情况。

2 试验结果与分析

2.1 磨矿细度对气溶胶浮选过程的影响

在煤油用量50g/t、石灰用量为1500g/t(pH值为9.5)的条件下，考查磨矿细度对气溶胶浮选过程的影响情况。试验流程图见图3，所得试验结果见图4。试验所用磨矿细度分别为-200目占55％、60％、65％和70％。

图3 磨矿细度影响试验流程图

图4 磨矿细度影响试验结果

由图4分析可知，随着磨矿细度的增加，两种浮选法对应的粗精矿中，钼品位和钼回收率变化趋势是相似的。气溶胶浮选得到的粗精矿钼品位略低于传统浮选，但相差不大；钼回收率则高于传统浮选。因此，气溶胶浮选技术对于磨矿细度的变化表现出了一定的适应能力。综合比较而言，气溶胶浮选最佳磨矿细度为1200目占65％。

本文详细介绍了麻石水电站扩建工程的枢纽布置设计方案，对存在类似弃水现象的水电站改扩建工程枢纽布置设计有一定参考意义。

2.2 pH值对气溶胶浮选过程的影响

在煤油用量50g/t的条件下，通过改变石灰用量来调节矿浆pH值，考查不同pH值对气溶胶浮选过程的影响情况。试验流程图见图5，所得试验结果见图6。石灰用量分别为：900 g/t、1200g/t、1500g/t和2000g/t，对应的pH值分别为：8.5、9.0、9.5和10.5。

图5 pH影响试验流程图

图6 pH影响试验结果

由图6分析可知，随着pH值的增加，两种浮选法对应的粗精矿中，钼品位及钼回收率变化趋势相似。不同pH值下，两种浮选法得到的Mo品位基本相似。而在Mo回收率方面，除了pH为9.5时，气溶胶浮选法对应的Mo回收率大于传统浮选；其它pH条件下，两种浮选法的回收率差别不大。这说明，气溶胶浮选技术只有在合适的pH值条件下才能发挥其优势。与传统技术相比，气溶胶浮选技术对于pH值的变化没有体现出良好的适应能力。

2.3 矿浆浓度对气溶胶浮选过程的影响

在磨矿细度-200目占65％、煤油用量50g/t、pH值为9.5的条件下，考查不同矿浆浓度对气溶胶浮选过程的影响情况。试验流程图见图7，所得试验结果见图8。试验所用矿浆浓度分别为：23％、28％、33％和38％。

图7 矿浆浓度影响试验流程图

图8 矿浆浓度影响试验结果

由图8分析可知，随着矿浆浓度的增加，两种浮选法对应的粗精矿中，钼品位及钼回收率变化趋势相似。钼品位逐渐下降，钼回收率逐渐上升，最后趋于稳定。不同矿浆浓度下，两种浮选法对应的钼品位基本相似；回收率方面却差距较大，气溶胶浮选法均高于传统浮选法。这说明，矿浆浓度对于两种浮选过程均具有显著影响。与传统浮选相比，从回收率的角度而言，气溶胶浮选对于矿浆浓度具有一定的适应能力。

2.4 起泡剂用量对气溶胶浮选过程的影响

鉴于气溶胶加药方式与气泡息息相关，考查起泡剂用量对气溶胶浮选过程的影响情况是十分有必要的。试验在磨矿细度-200目占65％、煤油用量50g/t、pH值为9.5的条件下进行，试验流程图见图9，所得试验结果见图10。试验所用起泡剂用量分别为10g/t、 15g/t、20g/t、25g/t和30g/t。

图9 起泡剂用量影响试验流程图

图10 起泡剂用量影响试验结果

由图10分析可知，随着起泡剂用量的增加，两种浮选法对应的粗精矿中，钼品位及钼回收率变化趋势基本相似。钼品位逐渐下降，钼回收率逐渐上升，当起泡剂用量过多时，回收率有所下降。起泡剂用量为10g/t和20g/t(正常用量)时，两者对应钼回收率差值对比可知，气溶胶浮选法的差值为13.55％，而传统浮选法的差值为7.73％，前者大于后者。这说明，起泡剂用量对于气溶胶浮选影响较大，用量过少不利于气溶胶浮选，良好的成泡环境对于气溶胶浮选是有利的。

3 煤油气溶胶加药浮选热力学分析

热力学方法是一种宏观研究方法，可用于判断气泡矿化进行的可能性，对于浮选过程的研究具有重要意义。浮选是在气-液-固三相体系中完成的复杂物理化学过程，其实质是疏水的有用矿物粘附在气泡表面上浮，亲水的脉石矿物留在矿浆中，从而实现彼此分离。浮选过程，尤其是气泡矿化过程，伴随着气-液-固三相体系自由能的变化。根据热力学第二定律，自由能降低的过程是自发过程，系统自由能降低越多，疏水矿物颗粒在气泡上的粘附过程越容易实现。

G=SLGγLG+SSLγSL

(1)

矿粒与气泡接触后，假定为单位面积附着，系统的自由能为：

G′=(SLG-1)γLG+(SSL-1)γSL+1×γSG

(2)

则矿粒与气泡接触前后，系统的自由能变化为：

ΔG=G-G′=γLG+γSL-γSG

(3)

对于溶液浓度不高的体系，有Gibbs等温吸附方程的近似式：

(4)

式(4)中：Γ为表面过剩量(表面吸附量)；C为溶液浓度；γ为溶液表面张力；R为摩尔气体常数；T为温度。该式表明，界面吸附量的变化可引起界面张力的变化。

因此，由式(3)可以看出，要使ΔG增大，有三个途径：一是增加γSL，这就需要减少捕收剂在固-液界面的吸附量；二是增加γLG，但是γLG增加过高不利于泡沫的稳定，只有在不影响浮选指标的前提下，才可以适当增加γLG；三是减小γSG，这就需要增加捕收剂在气-固界面的吸附量。气溶胶浮选技术正是基于以上原理提出。

具体分析如下：

1) 浮选过程中，气泡是有用矿物颗粒上浮的唯一载体，并且气溶胶加药方式，首先使浮选药剂注入到气相中，或以气泡为载体，捕收剂在固-液界面的吸附量必然减小，即γSL会增加；在气泡与矿物颗粒接触碰撞中，浮选药剂通过气泡与矿物颗粒表面作用，有可能提高捕收剂在气-固界面的吸附量，即有可能减小γSG。

2) 本研究针对烃类油捕收剂煤油来进行气溶胶浮选试验，煤油具有消泡作用，但用量过多会对矿浆中气泡的稳定性造成不利影响，也就是增加了γLG，而这一点却有利于系统自由能的降低。实际上，适量的煤油对气泡稳定性影响不大，但煤油的引入对于γLG的增加依然存在。总的说来，气溶胶加药方式对于气泡的矿化过程是有利的。

4 结论

气溶胶加药方式，可以促进气泡矿化过程中的气-液-固三相体系自由能的降低，从而有利于气泡的矿化过程。但是，气溶胶加药浮选技术需要适宜的条件才能发挥其优势。浮选工艺条件影响研究结果表明，磨矿细度、pH值、矿浆浓度和起泡剂用量等浮选工艺条件，对于传统浮选和气溶胶浮选过程影响规律基本相似。不同浮选工艺条件对于气溶胶浮选过程影响差异和影响程度均不同，具体如下：

1) 磨矿细度影响试验结果表明：与传统浮选技术相比，气溶胶浮选技术对于磨矿细度的变化表现出了一定的适应能力。

2) pH值影响试验结果表明：气溶胶浮选技术只有在合适的pH值条件下才能发挥其优势。与传统技术相比，气溶胶浮选技术对于pH值的变化没有体现出良好的适应能力。

3) 矿浆浓度影响试验结果表明：矿浆浓度对于两种浮选过程均具有显著影响。与传统浮选相比，从回收率的角度而言，气溶胶浮选对于矿浆浓度具有一定的适应能力。

4) 起泡剂用量影响试验结果表明：起泡剂用量对于气溶胶浮选影响较大，用量过少不利于气溶胶浮选，良好的成泡环境对于气溶胶浮选是有利的。

[1]Hidy G M.Aerosols-Anlndustrial and environmental science[M].New York:Academic Press Inc.,1984.

[2]卢正永.气溶胶科学引论[M].北京：原子能出版社，2000.

[3]王明星，张仁健.大气气溶胶研究的前沿问题[J].气候与环境研究，2001，6(1)：119-124.

[4]朱恩云，马駮.中国大气气溶胶研究现状[J].环境科学与管理，2008，33(12)：57-59.

[5]朱元，郑海洋，顾学军，等.大气气溶胶的检测方法研究[J].环境科学与技术，2005，28(S1)：175-177.

[6]Dickhut R,Cincinelli A,Cochran M,et al.Atmospheric concentrations and air water flux of organic hlorine pesticides along the Western Antarctic Peninsula[J].Environ Sci Tech,2005,39(2):465-470.

[7]Villa S,Negrelli C,Maggi V,et al.Analysis of afirncore for assessing POPs seasonal accumulation on an Alpineg lacier[J].Ecotox Environ Safety,2006,63(1):17-24.

[8]孙娟.气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应[D].上海：华东师范大学，2006.

[9]辽宁省冶金研究所气溶胶试验小组．气溶胶浮选特性的探讨[J]．有色金属:冶炼部分，1976(3)：31-36.

[10]徐涛，孙春宝，阎志强，等.气溶胶浮选技术及其应用现状[J].中国矿业，2011，20(8)：75-78.

[11]FOOT D G,J R,McKAY J D,and HUIATT,J L.Column flotation of chromite and fluorite ores[J].Can.Met.Quart,1986,25(1):15-21.

[12]DOBBY G S,FINCH J A.Particle Collection iin column-gas rate and bubble size effects[J].Can,Met,Quart,1986,25(1):9-13.

[13]PERRY R H,CHILTON C H,ed.Chemical Engineers Handbook[M].Mcgraw Hill,1973:68.

[14]MAY K R.The Collison nebulizer,description,performance and application[J].Aerosol,1973,4:235-243.

[15]Yakup Cebeci,Ibrahim Snmez.A study on the relationship between critical surface tension of wetting and oil agglomeration recovery of calcite[J].Journal of Colloid and Interface Science,2004,273:300-305.

[16]Ulusoy U,Hiylmaz C,Yekeler M.Role of shape properties of calcite and barite particles on apparent hydrophobicity[J].Chemical Engineering and Processing,2004,43:1047-1053.