硫化矿浮选体系中滑石的可浮性研究

潘高产

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

硫化矿浮选体系中滑石的可浮性研究

潘高产

(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)

文章通过浮选试验、接触角测量等研究了硫化矿浮选体系中滑石的可浮性。研究结果表明:滑石具有不受pH影响的天然可浮性,硫化矿浮选体系中戊基钾黄药(PAX)和金属离子不会影响滑石的可浮性;滑石层面接触角约为69°,端面接触角低于层面,约小10°,弱碱性条件下PAX和金属离子不会影响滑石的表面润湿性;弱碱性硫化矿浮选体系中滑石具有良好的可浮性。

滑石;硫化矿;浮选;天然可浮性

多数硫化矿的生成与基性或超基性岩有关,因此硫化矿中脉石矿物组成十分类似[1]。滑石作为硫化矿矿石中常见的脉石矿物之一,它是层状结构硅酸盐,莫氏硬度为1,理论MgO含量31.72%,滑石层内为离子键、层间为分子键,表面呈非极性,疏水性较强[2,3]。磨矿过程中滑石易碎,会产生层面和断面两种不同性质的表面[4,5],硫化矿浮选中滑石形成的大量易浮矿泥致使硫化矿物与滑石难以有效分离[6,7]。目前为止,硫化矿浮选中滑石的浮选行为研究仍然较少,因此,本文详细研究了硫化矿浮选体系中滑石的可浮性,可供硫化矿浮选消除滑石和降低氧化镁含量时参考。

1 试 验

1.1 矿样与试剂

滑石、黄铁矿、硫化铜镍矿经人工破碎、手选后,挑选结晶完好的滑石块供磨片使用,其余矿样再次破碎后用瓷球磨磨矿、干式筛分,制取粒度小于0.150 mm矿样供浮选试验使用。矿样名称和主要矿物组成列于表1。

表1 矿样名称和主要矿物组成%

试验中调整剂盐酸、氢氧化钠、氯化镁、氯化钙、氯化铜、氯化铁和氯化镍均为分析纯;捕收剂戊基钾黄药(PAX)为工业品;起泡剂甲基异丁基甲醇(MIBC)为工业品。试验用水是一次蒸馏水。

1.2 浮选试验

矿样准备:滑石浮选时2.0 g滑石直接使用;人工混合矿浮选时适量黄铁矿、硫化铜镍矿加50 mL蒸馏水置入烧杯中用超声波清洗6 min,静止1 min后倒掉悬浮液,烧杯底部矿样与2.0 g滑石混合后进行浮选试验。浮选设备:XFG型挂槽式浮选机,槽容积40 mL。浮选流程与条件:浮选试验流程如图1所示;浮选温度为室温;浮选试验起泡剂MIBC用量为8.5 mg/L。产品处理:浮选泡沫产品和槽内产品分别烘干、称重后计算产率;单矿物滑石浮选后其回收率等于泡沫产品产率,人工混合矿通过化学分析MgO含量计算滑石回收率。

图1 浮选试验流程

1.3 接触角测量

利用JJC-1型润湿接触角测量仪进行润湿接触角测量试验。将滑石块制成2×2×2 cm3方块,调浆前用软毛刷沾水多次刷洗滑石表面。矿块按照浮选条件加药调浆,然后自然晾干,用水滴法测量接触角∠BOC,水滴直径约2～3 mm,每个条件测量5次,去掉最大值和最小值计算平均值。接触角测量示意图如图2所示。

图2 接触角测量示意图

2 试验结果与讨论

2.1 滑石可浮性

2.1.1 pH对滑石可浮性的影响

图3是pH对滑石浮选回收率的影响。由图3曲线可知,在较宽pH值(pH=3～11)范围内,仅添加8.5 mg/L起泡剂MIBC,滑石就具有90%左右的浮选回收率,可见滑石具有不受pH值影响的天然可浮性。

图3 pH对滑石浮选回收率的影响

2.1.2 PAX和金属离子对滑石可浮性的影响

图4是PAX和金属离子对滑石浮选回收率的影响。由图4曲线可知,随PAX用量增大,滑石回收率几乎没有变化,说明PAX没有吸附在滑石表面,硫化矿捕收剂PAX不会影响滑石的可浮性。pH =8.5时,随Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ni2+和Cu2+等金属离子用量增加,滑石回收率变化不大,可见硫化矿浮选体系中的难选金属离子不会影响滑石的可浮性。图5是混合体系对滑石可浮性的影响。金属离子和硫化矿捕收剂PAX共存的体系不会影响滑石的浮选回收率和可浮性。

图4 PAX和金属离子对滑石浮选回收率的影响

图5 混合体系对滑石可浮性的影响

2.1.3 硫化矿含量对滑石可浮性的影响

图6所示为人工混合矿浮选分离时硫化矿含量对滑石浮选回收率的影响。随黄铁矿和硫化铜镍矿含量增加,滑石浮选回收率始终保持在85%左右,可见硫化矿浮选体系不会影响滑石的可浮性,这与滑石单矿物试验结果一致。

2.2 滑石表面润湿性

图6 硫化矿含量对滑石浮选回收率的影响

图7是pH对滑石表面润湿性的影响。在较宽pH值范围内,滑石层面接触角约为69°,端面接触角明显低于层面,约小10°,滑石表面润湿性较差,疏水性较好。图8、图9、图10分别是PAX和Mg2+、 Ca2+和Fe3+、Cu2+和Ni2+用量对滑石表面润湿性的影响。这些图中曲线有着共同的规律:硫化矿捕收剂PAX和金属离子几乎不影响滑石的表面润湿性,在这些难选组分作用下,滑石始终保持着较好的疏水性,因此,硫化矿浮选体系不会影响滑石的可浮性。滑石的良好表面润湿性很好地解释了滑石不受硫化矿浮选体系影响而上浮的现象。

图7 pH对滑石表面润湿性的影响

图8 PAX和Mg2+用量对滑石表面润湿性的影响

2.3 讨 论

滑石是层状镁硅酸盐矿物,它的晶体结构是由三个基本结构层组成结构单元层后堆砌而成(如图11所示),每个结构单元层中,上下两层均系硅氧四面体,尖端彼此相对,中间夹着氢氧镁石层[8]。结构单元层内电荷平衡,层间没有离子填充,结构单元层间是微弱的分子键,层内原子间为共价键和离子键[9]。滑石层状结构中硅氧四面体所有未饱和的氧都分布在结构单元层内侧,分布在结构单元层外侧的氧都达到了价键饱和,因此滑石层面没有极性,呈疏水性;滑石端面由断裂的Si-O和Mg-O(OH)组成,这些未饱和的共价键和离子键使滑石端面具有亲水性[10]。

图9 Ca2+和Fe3+用量对滑石表面润湿性的影响

图10 Ni2+和Cu2+用量对滑石表面润湿性的影响

图11 滑石结构单元层

破碎时滑石容易沿层间结合力较弱处解理,解理后滑石表面以层面为主[11],Zbik等[12]认为粒径小的滑石颗粒,其端面对总表面的比率较高,对于微米级的滑石颗粒,其端面对总表面的比率为13%, Morris等[11]也认为滑石颗粒表面90%是疏水的层面。因此,滑石的晶体结构和解离特性决定了滑石具有良好的疏水性和可浮性,仅在起泡剂MIBC作用下,就可以得到90%左右的滑石回收率,所以滑石具有天然可浮性。

滑石化学性质比较稳定,一般不和强酸、强碱发生作用[13],随pH变化,滑石表面性质基本不发生改变,所以其可浮性不受pH影响。滑石在很宽的pH范围内荷负电,且在碱性条件下随pH升高滑石表面动电位负值增大,这是因为滑石端面具有键合羟基的能力[9]。在弱碱性的硫化矿浮选体系中,硫化矿表面溶解的金属离子会与滑石端面竞争吸附矿浆中的羟基,并且金属离子会优先与矿浆中的羟基作用,同时,硫化矿捕收剂与金属离子具有较强的键合作用,因此,占比表面积较小的滑石端面与金属离子的作用十分微弱,这对滑石天然可浮性的影响极其微小。弱碱性硫化矿浮选体系中,滑石具有良好的可浮性,这种可浮性不受硫化矿捕收剂和难选金属离子的影响。含滑石硫化矿浮选时,可以利用滑石的天然可浮性通过预先浮选将其脱除,也可以通过高效抑制剂先抑制滑石再浮选硫化矿。

3 结 论

1.滑石具有不受pH影响的天然可浮性。弱碱性条件下,滑石的可浮性不受硫化矿捕收剂和金属离子的影响,硫化矿浮选体系不会影响滑石的可浮性。

2.滑石层面接触角约为69°,端面接触角低于层面,约小10°;滑石表面以疏水层面为主。

3.含滑石硫化矿浮选时可以通过预先浮选脱除滑石和添加抑制剂抑制滑石。

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Abstract:Talc flotability in the system of sulfide minerals flotation was studied through flotation tests and contact angle measurement.Results show that talc has natural floatability which not affected by pH value.In the system of sulfide minerals flotation,potassium amyl xanthate(PAX)and metal ions would not change the good floatability of talc.Contact angle of talc on lay face is about 69°,that on edge face about 10°lower than lay face.In the alkaline condition,PAX and metal ions could not influence the surface wettability of talc and talc still has good floatability in the sulfide minerals flotation system.

Key words:talc;sulfide minerals;flotation;natural flotability

Study on Talc Floatability in the System of Sulfide Minerals Flotation

PAN Gao-chan
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha410015,China)

TD952

A

1003-5540(2012)01-0009-04

2011-09-19

潘高产(1983-),男,工程师,主要从事选矿工艺研究和浮选药剂开发工作。