低温浮选萤石的工艺研究

2013-09-07吕子虎吴东印刘长淼赵登魁

中国矿业 2013年10期

吕子虎，卫敏，吴东印，刘长淼，赵登魁

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南郑州450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南郑州450006）

萤石已成为现代工业的重要矿物原料，广泛用于冶金、化工和建材等行业，许多发达国家将它作为一种重要的战略物资进行储备［1－2］。2010年1月，国务院办公厅下发了对萤石战略资源保护的产业政策。然而，氟化工等产业的快速发展，拉升了对萤石精粉的需求量，国际市场萤石精粉已面临着严重短缺，国内萤石精粉市场价格从2010年900元／t一路攀升到2012年4月2300元／t，因此加工优质萤石精粉对企业有显著的经济效益。某萤石矿含CaF235.70%，为合理开发利用该资源，将矿产资源优势转化为经济优势，给工艺设计提供依据，对其进行了低温条件下萤石浮选工艺研究。

1 矿石性质

矿石的主要矿物为石英、萤石，其次为绢云母、钾长石，并含有少量的赤铁矿、褐铁矿、方解石、黄铁矿等。有用矿物萤石大部分呈块状分布，颗粒粒度一般都在0.5mm以上；部分萤石与石英、绢云母、黄铁矿等矿物紧密共生，或包裹微细粒石英、绢云母等脉石矿物，包裹体粒度多在0.04mm以下，平均0.01mm。石英主要为他形粒状，脉状分布，与萤石、赤铁矿和绢云母关系紧密。赤铁矿、褐铁矿主要为他形粒状，多呈浸染状，粒度极细，平均0.01mm，但与萤石嵌布关系不密切。原矿主要矿物组成见表1，化学多元素分析结果见表2。

表1 原矿主要矿物组成／%

表2 原矿化学多元素分析结果（质量分数）／%

2 浮选工艺研究

2.1 药剂作用机理分析［3］

本试验以碳酸钠为介质调整剂，水玻璃和单宁酸为脉石抑制剂，新型捕收剂XL－2为萤石捕收剂，在环境温度10℃～15℃进行萤石浮选工艺研究。

XL－2是一种脂肪酸类阴离子型捕收剂（RCOOM），在矿浆中电离出的羧酸阴离子（RCOO－）与含钙矿物表面上Ca2＋相互作用，以化学吸附的方式吸附在矿物表面上；而且在中性或弱碱性矿浆中，有利于增加有效捕收成分（RCOO）2H－及RCOO－的浓度。

水玻璃对矿物的抑制作用主要是亲水且带负点的硅酸胶粒及硅酸氢根（HSi）吸附在矿物表面上，使矿物强烈亲水而受到抑制作用。硅酸胶粒和HSi与硅酸盐矿物具有相同的酸根，易吸附在这些矿物表面且比较牢固，因此水玻璃对石英、硅酸盐、铝硅酸盐等脉石矿物有着良好的抑制作用。此外有研究表明；相比萤石，硅酸胶粒和HSi在方解石表面吸附固有强度大且吸附量多，所以水玻璃可选择性抑制方解石而浮出萤石。

单宁酸（分子中同时带有羧基和酚羟基）在浮选中常用于抑制方解石、白云石等含钙、镁的脉石矿物。单宁酸对方解石的抑制主要是依靠分子一端的羧基与矿物表面发生作用，分子另一端的酚羟基通过氢键结合水分子在矿物表面形成水化膜，从而引起矿物的亲水化而受到抑制。

2.2 试验及结果分析

2.2.1 磨矿细度试验

磨矿细度对萤石浮选指标的影响很大。因为磨矿粒度过粗，磨矿产品中尚有萤石和石英及其他脉石矿物的连生体，粗精矿杂质含量高；磨得过细，虽已单体解离，但往往萤石已过粉碎，浮选时精矿回收率低，只有确定最佳条件下的磨矿细度，才能得到最好的选别指标。为确定最佳的磨矿细度，固定碳酸钠用量1000g／t，单宁酸用量200g／t，水玻璃用量1000g／t，XL－2用量1000g／t进行磨矿细度条件试验，试验结果见图1。

从图1可以看出，当－0.074mm含量在55%～75%时，精矿品位及回收率差别不大，但优于85%的磨矿细度。综合考虑精矿品位、回收率及磨矿成本选择磨矿细度－0.074mm含量为65%。

2.2.2 粗选碳酸钠用量试验

确定磨矿细度为－0.074mm占65%，其他试验条件与磨矿细度试验时相同，变化碳酸钠用量，碳酸钠用量与萤石精矿品位和回收率的关系见图2。

由图2可知，随着碳酸钠用量的增加，精矿品位逐渐升高，但回收率变化不大，以下试验确定碳酸钠用量为1.5kg／t，此时矿浆pH为8.5。

2.2.3 粗选水玻璃用量试验

固定其他条件，改变水玻璃用量进行试验，水玻璃用量与萤石精矿品位和回收率的关系见图3。

图1 磨矿细度试验结果

图2 碳酸钠用量试验结果

图3 水玻璃用量试验结果

图3表明，随着水玻璃用量的增加，精矿品位逐渐升高，回收率也有所提高，但变化幅度较小，考虑水玻璃用量过大会降低尾矿沉降速度及影响后续产品过滤，故确定水玻璃用量为1.0kg／t。在此基础上又考查了单宁酸用量对方解石的抑制效果，最终确定用量为0.2kg／t时效果最好。

2.2.4 粗选捕收剂用量试验

在环境温度10℃～15℃，采用油酸及氧化石蜡皂进行萤石浮选时，由于两种药剂的溶解度低，分散性差，浮选指标不理想。而新型捕收剂XL－2虽然也是脂肪酸类阴离子型捕收剂，但分散性能好，具有较强的抗低温性能，在环境温度10℃以上即能发挥优良的捕收性能。为考查其用量变化对萤石浮选效果的影响，固定其他条件，改变XL－2用量进行试验，XL－2用量变化与萤石精矿品位和回收率的关系见图4。

由图4可知，随捕收剂XL－2用量的增加，萤石精矿品位在其用量为0.8kg／t时最高，随后下降但幅度不大，趋势较平缓；而回收率曲线却一直呈上升趋势，且都在90%以上。充分表明新型捕收剂XL－2在低温环境也具有优良的捕收性能，抗低温性能好。

2.2.5 精选水玻璃用量试验

在确定了粗选磨矿细度为－0.074mm占65%，碳酸钠用量1.5kg／t，单宁酸用量0.2kg／t，水玻璃用量1.0kg／t，XL－2用量0.8kg／t，浮选浓度33.84%，粗选时间为5min的基础上，考查水玻璃用量对精选Ⅰ作业的影响，试验条件及流程见图7，试验结果见图5。

由图5可知，水玻璃用量对精矿品位和回收率影响不大。精选作业的目的主要是提高精矿品位，用量过多也不能进一步提高精矿品位，反而会使回收率下降，所以确定精选Ⅰ水玻璃用量为0.1kg／t。

2.2.6 精选再磨细度试验

萤石浮选粗精矿岩矿鉴定分析发现仍有部分萤石包裹微细粒石英、绢云母等脉石矿物，为获得高品质精矿需要再磨，再磨地点选择在脱除大量细泥后的精矿Ⅱ，试验条件及流程见图7，再磨细度对最终精矿品位及回收率的影响见图6。