胶磷矿浮选中碱性联合调整剂

罗惠华，饶欢欢，杨 婕，李成秀，陈炳炎，张泽强，池汝安

1.武汉工程大学资源与土木工程学院，湖北 武汉 430074；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041；3.武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074

0 引 言

对于磷矿浮选，最关键的问题是浮选药剂［1］.磷矿浮选药剂按其用途可分为：捕收剂、起泡剂、调整剂（包括抑制剂、活化剂、介质调整剂、分散与絮凝剂）.国内外有很多关于磷矿浮选捕收剂和抑制剂的研究，而对磷矿pH调整剂的研究报道不多.pH值影响矿物表面的界电性质，因而有效地影响捕收剂在矿物表面的选择性吸附，同时也影响各种浮选药剂在矿浆中的水解进而影响浓度或活度.在碱性矿浆中脂肪酸类捕收剂才能解离出较多的脂肪酸阴离子，有利于浮选.矿浆中的OH－与捕收剂阴离子在一定条件下均可在矿物表面发生竞争吸附，由于OH－离子是一种水化作用较强的离子，当pH值过高时，在矿物表面吸附OH－离子占优势，这时OH－离子会造成强烈的亲水效应，使有些矿物的可浮性变差［2－5］.磷矿正浮选工艺需在碱性条件下进行，一般使用Na2CO3作为碱性调整剂，但用量较大，多达5～8kg／t，选矿成本较高［6］.为了降低Na2CO3的用量，并有效调整矿浆的pH值，笔者将Na2CO3联合CaO或NaOH作为碱性调整剂进行试验和探索.

1 试验矿样、药剂

1.1 矿石性质

试验所用矿样主要有用矿物为胶磷矿，其次为细晶磷灰石，脉石矿物为白云石、玉髓、石英及少量方解石、褐铁矿、黄铁矿、粘土等.

化学多元素分析结果表明该矿样中含P2O515.09%.矿石X射线荧光光谱分析结果见表1.

表1 矿石主要化学成分X射线荧光光谱分析Table 1 Result of X－ray spectrum analysis of main ore chemical composition

1.2 试验药剂及仪器

Na2CO3：工业级，配成10%水溶液；NaOH：分析纯，配成10%水溶液；CaO：分析纯，每次称取所需剂量，配成乳悬浮液；水玻璃：工业级，配成5%水溶液；抑制剂CM－1：工业级，配成1%水溶液；捕收剂TSM：脂肪酸类捕收剂，配成2%水溶液；XMB－67型200×240棒磨机；XSHF－2－3型湿式分样机；XFD－0.75 型单槽浮选机；RK／ZLφ260／φ200多功能真空过滤机；101－4A 型电热鼓风干燥箱；MP502B型电子天平.

2 试验结果与讨论

2.1 磨矿细度及药剂制度试验

浮选前的磨矿作业，目的是使矿石中的有用矿物得到单体解离，并将矿石磨到适于浮选的粒度.磨矿细度的最佳值主要取决于矿石性质.以Na2CO3为调整剂采用一次一因素法研究了磨矿细度、水玻璃、抑制剂CM－1及捕收剂TSM的用量对浮选结果的影响，试验流程如图1.确定磨矿细度为－0.074mm 93.38%、水玻璃用量为3.0kg／t、抑制剂 CM－1用量为0.6kg／t、捕收剂TSM用量0.6kg／t.浮选温度为45℃，浮选机转速r＝1 900r／min，充气量Q＝100L／h.

图1 浮选试验流程图Fig.1 Flotation test flow chart

2.2 Na2CO3作为pH调整剂试验

Na2CO3对矿浆有缓冲作用，其水溶液显弱碱性，可调节矿浆pH值为8～10.本试验在磨矿细度－0.074mm 含量93.38%，水玻璃3.0kg／t，CM－1用量0.6kg／t，捕收剂 TSM 0.6kg／t的条件下进行了Na2CO3作为pH调整剂的浮选用量试验，试验结果见表2.

表2 Na2CO3用量试验结果Tabble 2 Results of Na2CO3dosage tests

从表2可以看出，在Na2CO3用量4～6kg／t内随用量增加精矿品位升高、回收率增加，尾矿品位降低，选矿效率提高，在用量达到7kg／t时，回收率略有提高，精矿品位和选矿效率下降，尾矿品位升高.Na2CO3电离产生的可以沉淀消除矿浆中的CaO2＋、Mg2＋等难免离子的有害影响，离子水解产生的HCO－3吸附在矿物表面可以提高其疏水性［4］.

2.3 CaO用量试验

CaO具有强烈的吸水性，加入矿浆后与水作用生成Ca（OH）2，可以使矿浆pH值提高到11以上.一般来说，在使用脂肪酸类捕收剂时，不宜使用CaO调节pH值，因为这时会生成溶度积很低的脂肪酸钙，消耗掉大量的脂肪酸，并且会使浮选过程的选择性变坏.但CaO是最廉价的碱，且调节pH的能力较强.进行了使用CaO调节矿浆pH的试验，CaO以悬浮液添加.试验结果见表3.

从表3可以看出，以CaO作为pH调整剂时，精矿的上浮量较小，产率没有超过30%，精矿的品位为12%～14%，比原矿的品位较低，说明大部分的胶磷矿没有被浮选，回收率最高也只有24.14%，尾矿品位与原矿的品位接近，说明采用CaO作为pH调整剂浮选效果不好，比采用Na2CO3作为pH调整剂时其选别效果较差，因此CaO不能单独作为磷矿正浮选的pH调整剂，主要是Ca2＋影响磷矿的浮选.在矿浆中添加了CaO之后，水解产生大量的Ca2＋，可以与捕收剂作用生成脂肪酸钙沉淀，使得捕收剂的有效浓度下降，精矿的回收率降低.因此，为了提高回收率，必须增大捕收剂的用量.

表3 CaO用量试验结果Table 3 Results of CaO dosage tests

2.4 NaOH用量试验

NaOH具有比NaCO3更强的碱性，使用NaOH调浆可以达到较高的pH值.与上述相同条件下，研究了正浮选pH调整剂NaOH对浮选的影响，试验中不添加碳酸钠，试验结果见表4.

表4 NaOH用量试验结果Table 4 Results of NaOH dosage tests

从表4可以看出，以NaOH作为pH调整剂时，在低用量时精矿品位较高，但产率和回收率较低，尾矿品位12.73%，说明胶磷矿未被完全浮选.增加NaOH的用量，pH达到12以上，精矿产率和回收率均得到提高，但精矿品位下降约4%，NaOH的用量达到3.0kg／t后，各用量条件下的精矿产率和回收率基本接近，均为70%～75%，但精矿质量较差，精矿品位在15.5%左右与原矿品位接近，没有选别效果，且选矿效率也很低，说明当pH达到12以上，矿浆中的部分Ca2＋生成Ca（OH）2沉淀被消除，捕收剂被Ca2＋反应生成脂肪酸钙沉淀的量减少，胶磷矿上浮量增加，另外，OH－离子含量增加影响了精矿质量，OH－离子与捕收剂阴离子在矿物表面发生竞争吸附，当OH－离子浓度增加，矿物表面吸附大量OH－离子而造成较强烈的亲水效应，使胶磷矿可浮性变差，浮选效果恶化.

2.5 CaO联合Na2CO3作为pH调整剂试验

由于在矿浆中添加了Na2CO3生成碳酸钙沉淀消除Ca2＋的影响，本次试验捕收剂TSM的用量为0.9kg／t，其他条件同上，在CaO用量0.15 kg／t下，研究在矿浆中添加不同用量的Na2CO3对浮选试验的影响，试验结果见表5.

表5 CaO用量0.15kg／t时的Na2CO3用量试验结果Table 5 Results of Na2CO3dosage tests with CaO 0.15kg／t

从表5可以看出，在CaO用量0.15kg／t的条件下，不添加Na2CO3时矿浆的pH值为9.43，回收率仅为37.02%，尾矿的品位较高为15.31%，而添加了Na2CO33.0kg／t时，矿浆的pH值达到了10.12，回收率也升至94.77%，提高了57.75%，尾矿的品位降到了5.50%.说明添加了Na2CO3之后，有效地提高了选矿效果，降低了捕收剂的用量，同时矿浆的pH值也提高，有利于矿物的分选.在矿浆中添加7.0kg／t Na2CO3，不添加 CaO时，矿浆的pH值 （10.38）与添加了3.0kg／t Na2CO3和0.15kg／t CaO的pH 值（10.12）相当，但回收率低了2.76%，精矿的品位提高了1.63%，选矿效率高于添加了3.0kg／t Na2CO3和0.15kg／t CaO的选矿效率6.69%，说明单独采用Na2CO3作为调整剂时，能提高分选效率，而采用CaO与Na2CO3联合作为调整剂提高了回收率，但是使得捕收剂的选择性降低，因此，采用CaO与Na2CO3联合作为调整剂时，需采用选择性较好的捕收剂.

2.4 NaOH联合Na2CO3作为pH调整剂试验

本次试验在与上述相同条件下，研究了NaOH用量1.0kg／t时配合使用Na2CO3作为pH调整剂的调浆效果及此时Na2CO3用量对浮选效果的影响，试验结果见表6.

表6 NaOH用量1.0kg／t时Na2CO3用量试验结果Table 6 Results of Na2CO3dosage tests with NaOH 1.0kg／t

从表6可以看出，在NaOH用量1.0kg／t同时添加Na2CO3作为pH调整剂时比单纯使用NaOH时的选别效果有较大改善.在NaOH用量1.0kg／t的条件下，Na2CO3用量3.0kg／t时的精矿产率73.43%和回收率91.64%较好，精矿品位18.58%和选矿效率18.18%也相对较高.

3 结 语

a.在浮选中，碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙常常作为碱性矿浆调整剂，由于NaOH的价格较高，CaO或NaOH单独作为磷矿正浮选pH调整剂时的浮选效果较差，因此不常采用此两种药剂.经常采用碳酸钠，但是使用碳酸钠的用量较大，碳酸钠的用量一般在6－8kg／t原矿，致使选矿成本较高，而且在实践生产中，碳酸钠用量大，浮选泡沫黏度大.

b.单独采用CaO作为磷矿正浮选调整剂，需要较高的捕收剂用量，且降低选矿的分选性.单独采用CaO 0.15kg／t时矿浆的pH值为9.43，而联合添加3.0kg／t Na2CO3后矿浆的pH 值为10.12，联合调整剂能有效调整矿浆的pH值，减少Na2CO3的用量，比单独以Na2CO3作为调整剂时，提高了选矿的回收率，但是浮选的选择性下降.故采用CaO联合Na2CO3作为调整剂时，需采用选择性较好的捕收剂，工业生产中一般不宜采用CaO联合Na2CO3作为调整剂.

c.在使用NaOH 与 Na2CO3比例为1∶3，总用量4.0kg／t作为pH调整剂时的选矿指标精矿品位18.58%、回收率91.64%、选矿效率18.18%优于单独使用Na2CO36～7.0kg／t时的选矿指标，前者的药剂用量低，因此选矿过程中的药剂成本会有所降低.在工业生产中，可以使用Na2CO3配合NaOH作为矿浆pH调整剂，以降低碳酸钠的用量，调整浮选泡沫黏度.

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