蓝晶石、石英及黑云母的浮选动力学研究

2014-04-01张晋霞谭晴晴张晓亮赵靖雯牛福生

中国矿业 2014年11期

张晋霞，谭晴晴，张晓亮，赵靖雯，牛福生

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063009；2.河北省地质矿产勘查开发开发与安全技术重点实验室，河北唐山 063009；3.河北省地质矿产勘查开发局第五地质大队，河北唐山 063000)

浮选动力学主要是研究浮选过程在不同条件影响下随时间的变化规律，认为浮选过程动力学与一级化学反应动力学的原理相似，即把矿粒与气泡的相互作用等同于化学反应过程中分子、原子或离子等粒子之间的相互作用。

但是在后续的研究中发现，浮选过程与化学反应过程相似但还是有一定的偏差的，即浮选物料及其浮选性质在浮选槽内的空间分布是不均匀的。因此，同一物料的浮选速度常数在浮选过程中不是恒定不变的，于是对浮选动力学研究有了进一步的发展。目前具有典型代表的浮选动力学模型有经典一级浮选方程，n级浮选速度方程，矩形分布模型等。应用浮选动力学模型分析矿物的浮游性，对于优化浮选工艺流程、提高矿物分选指标等具有重要的意义。

本文以邢台地区蓝晶石矿为例，以十二胺为捕收剂，以淀粉作为抑制剂，对其主要的三种矿物(蓝晶石、石英及黑云母)，采用单矿物分批浮选的实验方法，从可浮性方面系统分析了矿物的浮游特性及其动力学特性，在此基础上建立了矿物浮选的动力学模型，为改善浮选的选择性及推动浮选新工艺的发展提供一定的参考。

1 矿样、试剂与实验方法

1.1 矿样

试验用的蓝晶石、石英及黑云母矿样均取自河北邢台魏鲁地区。矿物纯度分别为98.15%、99.80%和99.20%，粒度为—0.105+0.043mm，满足试验要求。对制备好的纯矿物进行了荧光光谱分析，见表1。

表1 试验用纯矿物荧光光谱分析/%

1.2 主要试剂

本研究采用十二胺盐酸盐(DAH)作为浮选捕收剂，淀粉作为抑制剂。

1.3 单矿物分批浮选试验

每次试验用单矿物2.0g，在挂槽式浮选机(浮选槽容积为40mL)中进行浮选试验，按抑制剂、捕收剂的顺序加药后，开始分段、连续刮泡0.1min、0.2min、0.3min、0.4min 、1.0min、1.5min、1.5min，累计5min，分别得到精矿1、精矿2、精矿3、精矿4、精矿5、精矿6、精矿7。试验过程中浮选机转速为1920r/min，试验结束后烘干精矿和尾矿并称重，计算浮选回收率。

2 矿物浮选试验结果

2.1 无苛性淀粉条件下十二胺用量对矿物浮选的影响

图1表示在pH为6.5、不加苛性淀粉、不同十二胺用量条件下，矿物浮选累计回收率与浮选时间的关系。

由图1可以看出，三种矿物的浮游速度变化都比较大。对蓝晶石而言，随着浮选时间的增加，回收率也随着捕收剂用量的增加而增加，在浮选时间为2.5min左右浮选基本结束，再随着浮选时间的增加，回收率变化很小。十二胺的不同浓度对蓝晶石的影响较大，在浮选时间2min时，蓝晶石的回收率由6mg/L的25.87%左右增加到24mg/L的59.50%。十二胺的浓度对石英的影响较小，当十二胺的浓度为12mg/L，2.5min的回收率就可达到94.01%，后继续增加十二胺的浓度，石英的回收率增加幅度较小。十二胺对黑云母的影响也较大，随着浮选时间的增加浮游速度变化较大，后随着时间的继续增加浮游速度降低。十二胺对黑云母的影响与石英相似，在十二胺浓度为12mg/L时，回收率峰值为71.01%。

2.2 加入苛性淀粉条件下十二胺用量对矿物浮选的影响

图2为加入苛性淀粉条件下十二胺用量对不同矿物浮选的影响。

由图2可以看出，石英及黑云母的浮游速度变化较大，随浮选时间的延长浮游速度降低。对石英而言，十二胺浓度达到12mg/L之前，5min累计回收率随捕收剂用量的增加而略有增加，并最终稳定在91%左右，回收率大于90%对用的浮选时间可以由5min左右减少到2.5min左右。十二胺对黑云母的影响与石英相似，回收率峰值为70.20%，回收率大于70%相对应的浮选时间由5min减少到2.5min左右。对蓝晶石而言，十二胺用量对其浮游性影响与其他两种矿物不同，5min累计回收率由12mg/L的15.54%提高到36mg/L的24.52%。总的来看，十二胺对石英、黑云母可浮性影响不大，对蓝晶石影响较大，矿物可浮性的顺序为石英>黑云母>蓝晶石。

图1 不加苛性淀粉条件下矿物累计回收率与浮选时间的关系

图2 不同十二胺浓度条件下矿物累计回收率与浮选时间的关系

2.3 苛性淀粉用量对矿物可浮性的影响

图3表示pH6.5，十二胺用量为12mg/L时，不同苛性淀粉用量条件下，矿物浮选累计回收率与浮选时间的关系。

图3 不同苛性淀粉浓度条件下矿物累计回收率与浮选时间的关系

由图3可以看出，5min累计浮选回收率，蓝晶石由不加苛性淀粉的43.27%下降到添加苛性淀粉20mg/L时的5.23%，石英由94.01%下降到88.00%，黑云母由71.01%下降到68.61%。经分析可知，苛性淀粉对石英及黑云母的可浮性影响较小，而蓝晶石可浮性有较大程度的降低，其浮选回收率下降了38.04%，浮选前期石英与黑云母的浮游速度都比较快，2min后浮选速度变得较为缓慢。整体而言，捕收剂用量一定时，苛性淀粉对蓝晶石与石英的可浮性影响较大，对黑云母的影响较小。

3 矿物浮选速度常数及其分布

(1)

(2)

式中，S表示矿物浮选过程K值的标准差。

表2 矿物浮选速度常数

由表2可以看出，不加抑制剂苛性淀粉时三种矿物的K值较大且趋势是随浮选的进行K值先增大后降低，S标准差表明K值在浮选过程中波动较大。加入苛性淀粉后，蓝晶石的K值变化较为明显，而石英及黑云母的变化较小，尤其是黑云母，说明苛性淀粉的加入对黑云母的可浮性影响较小，这与前面的实验结论一致。不加抑制剂时，石英、黑云母与蓝晶石之间的平均K值相比分别为1.63、1.24，加入苛性淀粉后，平均值之比变为10.26、8.15，可见以十二胺为捕收剂，添加适量的苛性淀粉可显著扩大矿物浮游速度之间的差异。

蓝晶石、石英与黑云母的浮选过程 K 值的分布采用陈子鸣提出的积分复原法进行分析，三种矿物的浮选速率常数分布计算结果见图4。

图4 矿物浮选速度常数分布

从图4中可以看出，无苛性淀粉作用时矿物浮选速率常数分布范围较宽，蓝晶石矿K值分布在0～3.5min-1，2.45～2.92min-1占37.35%，0～1.29 min-1占19.96%，1.93～2.45 min-1占18.23%，2.92～3.50min-1占15.62%，1.29～1.93min-1占8.84%；石英的K值分布在0～6.35 min-1，2.62～4.76 min-1占79.66%，0～2.62 min-1占15.60%，4.76～6.35 min-1占4.74%；黑云母的K值分布在0～5.58 min-1，0～1.02 min-1占60.64%，1.02～2.59 min-1占28.50%，2.59～5.58 min-1占10.86。

加入苛性淀粉后矿物的浮选速率常数分布范围变窄，蓝晶石K值分布在0～0.45 min-1，0～0.16 min-1占8.94%，0.16～0.45 min-1占91.06%；石英的K值分布在0～3.95min-1，0～2.62 min-1占15.96%，2.62～3.95 min-1占84.04%，黑云母的K值分布在0～3.45 min-1，0～1.02 min-1占79.93%，1.02～1.45 min-1占5.27%，1.45～3.45% min-1占14.80%。