基于晶体化学的菱镁矿可浮性影响因素研究
2017-09-12杨征
杨 征
基于晶体化学的菱镁矿可浮性影响因素研究
杨 征
（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163000）
采用晶体化学理论，能够建立矿物化学成分、构造、形态和物理特性之间的联系并从晶体化学角度予以解释分析，通过实验手段，研究了菱镁矿的电位和原始可浮性特征，并对比不同捕收剂环境下，菱镁矿可浮性的差异，以及化学吸附和静电吸附两种吸附方式的强弱，并得出六偏憐酸钠浓度、水玻璃浓度、金属阳离子、碳酸钠和酸碱度等因素对菱镁矿可浮性的影响规律。
菱镁矿；可浮性；回收率；六偏磷酸钠
目前，全球已探明的菱镁矿约有130亿t，其中97%以上的镁矿资源分布在9个国家。在所有的菱镁矿资源中，晶质菱镁矿占92%，隐晶质菱镁矿占8%。拥有晶质菱镁矿的主要国家有中国、朝鲜、俄罗斯和斯洛伐克[1]。
矿物晶体化学主要分为晶体场理论、晶体内化学键理论、化学成分理论和晶体内部构造理论四个研究方向[2-4]，将晶体化学应用于矿物成分研究，能够从晶体化学角度将矿物化学成分、构造、形态和物理特性联系起来，并对互相之间的影响规律进行解释，晶体构造的差异会导致其解离表面极性和化学键的不同，进而影响矿物浮选行为[5]。
在晶体化学与矿物可浮性方面，国内外学者做了大量工作，并取得了丰硕的成果，任飞等分析了晶体化学对电气石可浮性的影响规律[6]，A.J.Rodrigues等得出了磷灰石可浮性和矿物晶体化学之间的相互影响关系[7],印万忠和孙传宪等人均对矿物晶体化学和娃酸盐可浮性之间的关系进行了系统的分析[8,9]。K.S.孟等人完成了锂辉石晶体化学浮选特性研究[10]。本文采用实验手段，研究了菱镁矿的电位、原始可浮性以及可浮性的主要影响因素。
1 菱镁矿中主要矿物物化性质
菱镁矿为碳酸盐矿物，化学组成为 MgCO3，晶体隶属三方晶系。菱镁矿通常呈晶粒状或隐晶质致密块状，呈白色或者灰白色，玻璃光泽。具有完全的菱面体解理。摩氏硬度为3.5~4.5，比重 2.9~3.1。
石英是最典型的架状结构的氧化矿物。每个硅原子有4个单键，分别连接4个氧原子构成硅氧四面体，而氧原子又均为两个硅氧四面体所共用，形成角顶相连的空间晶体结构。硅原子与氧原子均以原子键结合，其中 60%是共价键，40%是离子键，且各方向的键力相等，所以不形成解理面[11]。
白云石为碳酸盐矿物，化学组成为 CaMg(CO3)2，晶体属三方晶系。白云石晶型为菱面体，晶面常弯曲为马鞍状，聚片双晶常见，多呈块状、粒状集合体。纯白云石为白色，通常还有其他杂质时呈灰绿色、灰黄色、粉红色等，玻璃光泽。三组菱面体解理完全，性脆。摩氏硬度3.5~4，比重2.8~2.9[12]。
2 菱镁矿晶体基本构造和特性
菱镁矿外观常呈四面体、圆柱状和菱面体状，构造属于方解石类，R-3C空间结构群系，且隶属三方晶系，晶体表面主要为致密方块和致密粒状，主要含有Mg、C、Fe、O、Mn、Ca、Ni、Si等元素，主要由FeCO3、MgO和CO2三种化合物组成，且三种化合物能够形成类质同像。六方晶胞：ah=0.46 nm,ch=1.50 nm；=6。菱面晶胞：arh=0.57 nm，=48°；=2。
3 水溶液中菱镁矿解离成分
菱镁矿在水溶液中发生解离，形成的H2O-MgCO3-CO2系统主要溶解出H2CO3和Mg（OH）2两种化合物，同时点解出Mg（OH）+、Mg2+、HCO3-和CO32-等离子，且各离子浓度和菱镁矿电性受酸碱度影响较大，溶液碱性越强，含Mg的带正电离子浓度越低，HCO3-浓度越高，此时菱镁矿电性为负，溶液酸性越强，含Mg的带正电离子浓度越高，HCO3-浓度越低，菱镁矿电性为正，当溶液为中性时，菱镁矿不显电性。
4 浮选实验仪器及实验步骤
菱镁矿可浮性实验仪器采用XFG挂槽式，样品尺寸：0.1 mm，先将3 g样品与30 mL去离子水混合调浆2.5 min，加入酸碱试剂，将pH值调节到所需范围，搅拌2.5 min后加入抑制剂、活化剂和捕收剂进行浮选，2.5 min后将溶液进行烘干和称重。
5 菱镁矿电位和原始可浮性
处理实验数据后，得到酸碱度变化对菱镁矿电位的影响如表1所示。
表1 酸碱度变化对菱镁矿电位的影响
表1中数据显示，随着溶液酸碱度的增加，菱镁矿电位逐渐降低，0
分别使用十二胺和油酸钠作为捕收剂进行实验，得到两种情况下菱镁矿可浮性实验回收率随捕收剂浓度变化关系如表2和表3所示。
表2 油酸钠浓度对菱镁矿冋收率的影响
表3 十二胺浓度对菱镁矿冋收率的影响
对比表2和表3数据，捕收剂浓度相同条件下，油酸钠系统菱镁矿可浮性远远高于十二胺系统，可以得出捕收剂种类对可浮性影响较大，但随着捕收剂浓度的增加，两种捕收剂系统下菱镁矿回收率均呈近似线性增加，且增加幅度近似相同，菱镁矿电解后形成的水溶液呈碱性，而碱性条件下十二胺溶液中可移动粒子主要以RNH2和（RNH2）2H+为主，而油酸钠电解后形成的水溶液中粒子以离子和分子离子结合物为主，而菱镁矿形成的溶液电性为负，能够形成胶束和静电吸附。
取表1中油酸钠捕收剂浓度200 mg/L时的回收率、表2十二胺捕收剂浓度500 mg/L时的回收率进行对比分析，得到不同酸碱度条件下菱镁矿回收率数据如表4所示。
表4 酸碱度变化对菱镁矿回收率的影响
表4中数据变化显示，随着酸碱度的增加，十二胺捕收剂系统回收率呈近似线性逐渐增加后降低，存在最高点，此时吸附量达到最大值，即为最优可浮性，而在油酸钠系统中，在酸碱度较低时，捕收剂溶液的酸碱度对回收率几乎没有影响，只有当溶液呈强碱性时，随着溶液酸碱度的增加，回收率呈近似线性增加，可浮性也随之增强。
菱镁矿水溶液酸碱度高于临界点时，其表面电性才会为负，随着酸碱度的继续增加，受到胶体吸附和静电吸附的影响，菱镁矿吸附量逐渐增多，回收率随着升高，菱镁矿可浮性愈佳，但是当溶液酸碱度超过临界点，在强碱性溶液中，十二胺体系粒子主要分子及分子离子复合体为主，导致静电吸附作用减弱，吸附量下降，回收率降低，可浮性也随之减弱。而相比于十二胺，以化学吸附为主的油酸钠系统回收率随着酸碱度的增加一直升高。
6 菱镁矿可浮性影响因素分析
6.1 六偏碟酸钠对菱镁矿可浮性的影响
在实验中，保持其他因素不变，逐步增加六偏憐酸钠的浓度，发现菱镁矿的吸附量减少，回收率下降，可浮性减弱，当进行浓度和酸碱度正交实验发现，增加其酸碱性，随着酸碱度的升高，吸附量受六偏憐酸钠的作用逐渐减小，当溶液呈强碱性时，菱镁矿可浮性受六偏碟酸钠影响可以忽略不计。
6.2 水玻璃对菱镁矿可浮性的影响
在实验中，保持其他因素不变，逐步增加水玻璃的浓度，菱镁矿吸附量逐渐减少，回收率下降，可浮性减弱，当进行浓度和酸碱度正交实验发现，增加其酸碱性，随着酸碱度的升高，吸附量受水玻璃的作用逐渐减小，当溶液呈强碱性时，菱镁矿可浮性受水影响可以忽略不计。
6.3 碳酸钠对菱镁矿可浮性的影响
在实验中，保持其他因素不变，逐步增加碳酸钠的浓度，菱镁矿吸附量先增多后逐渐减少，可浮性先增强后减弱，当进行浓度和酸碱度正交实验发现，增加其酸碱性，菱镁矿可浮性增强，但在强碱环境下，菱镁矿可浮性受碳酸钠浓度影响微弱。
6.4 金属离子对菱镁矿可浮性的影响
在实验中，保持其他因素不变，依次改变Fe3+、Mg2+、Al3+、Ca2+的离子浓度，发现随着铝铁阳离子浓度的增加，吸附量逐渐降低，回收率减少，可浮性减弱，而改变钙镁阳离子浓度，菱镁矿可浮性几乎不变化，同时进行离子浓度和酸碱度正交实验发现，随着酸碱性的升高，金属离子对菱镁矿可浮性的作用逐渐减弱。
7 结论
溶液碱性越强，菱镁矿电位越低，阳离子越容易吸附，随着捕收剂浓度的增加，菱镁矿可浮性呈近似线性增加，对比以化学吸附的油酸钠系统和以静电吸附十二胺系统，得出化学吸附要优于静电吸附方式。
六偏憐酸钠浓度、水玻璃浓度和钙镁阳离子等金属离子浓度对菱镁矿可浮性影响规律相近，随着六偏憐酸钠浓度、水玻璃浓度和钙镁阳离子等金属离子浓度的增加，菱镁矿的可浮性逐渐减弱，而随着碳酸钠浓度的增加，菱镁矿可浮性先增强后减弱，且随着溶液碱性的增加，上述各因素对菱镁矿可浮性的影响均被削弱，当溶液呈强碱性时，菱镁矿可浮性几乎不受上述各因素的影响。
［1］伊万威尔森博士.世界镁资源概论[C].第二届中国辽宁国际镁材料博览会,2006.
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Study on Influencing Factors of Floatability of Magnesite Based on Crystal Chemistry
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163000，China）
The relationship between the chemical composition, structure, morphology and physical properties of the minerals can be established and explained from the perspective of crystal chemistry. In this paper, the potential and original floatability characteristics of magnesite were studied by means of experimental methods. And the difference of the floatability of the magnesite under using different collectors, the chemical adsorption and the electrostatic adsorption, were compared. The influence law of calgon concentration, sodium silicate concentration, metal cations, sodium carbonate and acidity-alkalinity on the floatability of magnesite was obtained.
Magnesite;Floatability;Recovery rate ;Calgon
O 74
A
1671-0460（2017）08-1645-03
2017-01-09
杨征（1993-），男，黑龙江省大庆人，硕士研究生，东北石油大学矿物学、岩石学、矿床学专业，研究方向：地质油气储层方向。E-mail：faicolate@163.com。
