金红石与石榴石浮选分离试验研究

李洪强苗呈佶翁孝卿陈　骞宋少先李洪潮

（1.武汉工程大学资源与土木工程学院，湖北　武汉430070；2.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北　武汉430070；3.国土资源部郑州矿产综合利用研究所，郑州　河南450006）

金红石（TiO2）是制造电焊条、高档钛白粉、海绵钛和冶炼金属钛及其合金的重要原料，应用极为广泛[1]；纳米TiO2则在涂料、化妆品、造纸、塑料和环保等方面有着广泛的应用[2]。虽然金红石是重要的工业原料，但我国金红石矿的开发利用尚处于初级阶段，年产量大约2 500 t，且90%来自砂矿，主要产自广东、广西和海南等省区。其实我国的金红石砂矿储量并不大，仅占金红石总储量的14%，86%以原生金红石矿的形式存在[3]，普遍具有品位低、粒度细、矿物组成复杂、可选性差等特点，因而至今未被大规模地开发利用，造成国内金红石精矿紧缺的局面[4]。

榴辉岩型金红石矿成分相对简单，具有嵌布粒度较粗、可综合回收利用的矿物多、经济价值较高等特点，是一类具有较大开发利用优势的原生金红石矿[5]。榴辉岩型金红石的主要共伴生矿物有石榴石（铁铝榴石）和绿辉石，由于金红石与石榴石的密度相近，因而重选方法不能实现二者的有效分离；纯的金红石与石榴石之间虽然存在磁性差异，但有的金红石晶格中的钛被铁取代，有的金红石颗粒表面被铁污染，导致部分金红石矿物的磁性增强，磁选分离时会导致金红石的损失[6]。因此，研究浮选方法实现二者的高效分离具有十分重要的意义。

试验以金红石、石榴石纯矿物及混合矿为对象，研究捕收剂苯乙烯磷酸、活化剂硝酸铅、抑制剂氟硅酸钠对金红石及石榴石浮选行为的影响，进而确定金红石与石榴石高效浮选分离的药剂制度，为榴辉岩型金红石资源开发利用提供参考。

1　试验原料、药剂及方法

1.1　试验原料及药剂

1.1.1试验原料

海南某海滨沙矿的摇床重选金红石精矿经过瓷球磨、湿筛得到0.074～0.038 mm的金红石纯矿物。将取自江苏东海某矿的石榴石磁选精矿过100目筛子，筛上产品经干式磁选、振动磨、湿筛得到0.074～0.038 mm的试验用石榴石纯矿物。金红石和石榴石纯矿物的X射线荧光光谱分析结果见表1，X射线衍射分析结果见图1、图2。

由表1、图1和图2可知，试验用金红石纯矿物纯度大于98%，石榴石纯矿物纯度大于92%，满足纯矿物浮选试验要求。

1.1.2试验药剂

捕收剂苯乙烯膦酸（SPA）、活化剂硝酸铅、抑制剂氟硅酸钠、pH调整剂盐酸和氢氧化钠均为分析纯试剂，起泡剂2#油为工业品。试验用水用Milli-Q Direct 16制备，电阻率为18.25 MΩ·cm。

1.2　浮选试验

1.2.1纯矿物浮选试验

金红石及石榴石纯矿物的浮选试验在100 mL的RK/FGC35型挂槽浮选机上进行，转速为2 000 r/min，每次试验的金红石或石榴石纯矿物给矿量为3 g。试验时，先将矿浆搅拌2 min，用盐酸或氢氧化钠调节pH，然后根据需要按顺序添加硝酸铅、SPA、氟硅酸钠、2#油，每添加1种药剂后搅拌3 min，然后按每6 s刮泡1次，30 s加水1次，共刮泡3 min，槽内产品和泡沫产品分别烘干、称重，计算上浮率。

1.2.2混合矿浮选试验

将金红石和石榴石纯矿物按1∶3的质量比混匀，取3 g混合矿进行浮选，试验设备及试验步骤同1.2.1节，槽内产品和泡沫产品分别烘干、称重、化验，计算浮选精矿的金红石回收率。

2　试验结果及讨论

2.1　纯矿物浮选试验

2.1.1SPA用量（浓度）试验

在不添加硝酸铅和氟硅酸钠情况下，探究SPA对金红石及石榴石可浮性的影响，结果如图3所示。

从图3可以看出，金红石和石榴石的上浮率均随着SPA浓度的提高而提高，SPA浓度从1×10-6mol/L提高到1×10-4mol/L，金红石的上浮率从27.09%提高到88.05%，石榴石的上浮率从22.76%提高到85.11%；在SPA的用量区间，相同的SPA浓度情况下，石榴石的上浮率始终低于金红石的上浮率，当SPA的浓度为5×10-5mol/L时，石榴石的上浮率较金红石低29个百分点，显示出SPA对金红石和石榴石的捕收有一定的选择性。

2.1.2硝酸铅的活化作用试验

硝酸铅对金红石浮选的活化作用，表现在促进SPA与金红石的结合，从而提高金红石的上浮率[7]。图4为硝酸铅用量为1×10-4mol/L情况下，SPA浓度与金红石、石榴石上浮率关系试验结果。

比较图3和图4可以看出，硝酸铅对金红石和石榴石均具有活化作用：SPA浓度为1×10-6mol/L时，金红石和石榴石的上浮率分别提高到45.36%和40.07%；SPA浓度提高到1×10-4mol/L时，金红石和石榴石的上浮率分别提高到93.12%和91.14%。硝酸铅的添加使浮选的选择性变差，SPA的浓度为5×10-5mol/L时，石榴石的上浮率较金红石仅低21.75个百分点。

2.1.3氟硅酸钠对石榴石的抑制作用试验

由于金红石与石榴石在SPA和硝酸铅作用下可浮性差异不大，因此在SPA浓度为1×10-4mol/L，硝酸铅用量为1×10-4mol/L情况下，考察了氟硅酸钠对石榴石抑制效果的影响，结果如图5所示。

从图5可看出，当氟硅酸钠用量从5×10-5mol/L增大至25×10-5mol/L，金红石与石榴石的可浮性差异显著增大，对石榴石的抑制作用非常强烈，氟硅酸钠的用量从1×10-5mol/L提高到25×10-5mol/L，石榴石的上浮率从93.81%大幅度下降到5.45%，而金红石的上浮率仅从94.09%下降到91.26%。表明在氟硅酸钠用量为25×10-5mol/L时，金红石和石榴石浮选分离的选择性最好。

2.1.4矿浆pH值的影响

在SPA浓度为1×10-5mol/L，硝酸铅为1×10-4mol/L，氟硅酸钠为2.5×10-4mol/L情况下，考察了矿浆pH值对金红石、石榴石可浮性的影响，结果如图6所示。

由图6可以看出，随着pH值的增大，金红石的上浮率先上升后下降，石榴石的上浮率很低，且变化很小，当pH=6～8时，金红石的上浮率大于90%，石榴石的上浮率在5%左右，二者相差约85个百分点。因此，石榴石和金红石的浮选分离宜在近中性矿浆中进行。

2.2　人工混合矿浮选分离试验

2.2.1SPA浓度试验

SPA浓度试验固定矿浆中硝酸铅的浓度为1×10-4mol/L，不添加氟硅酸钠，试验结果如图7所示。

由图7可知，随着SPA浓度的增大，浮选精矿金红石回收率先升后降，金红石含量维持在30%左右，而给矿的金红石含量为25%，可见浮选分离效果不好。

2.2.2氟硅酸钠的选择性抑制试验

在SPA浓度为1×10-5mol/L，硝酸铅浓度为1×10-4mol/L情况下考察氟硅酸钠的选择性抑制作用效果，结果如图8所示。

从图8可知，氟硅酸钠浓度增大，浮选精矿金红石含量升高，金红石回收率先升后降。精矿金红石含量升高，表明在浮选过程中石榴石受到了抑制；氟硅酸钠用量过大，金红石回收率下降，表明金红石也受到了抑制。

2.2.3矿浆pH值试验

矿浆pH值试验固定SPA浓度为1×10-5mol/L，硝酸铅浓度为1×10-4mol/L，氟硅酸钠浓度为2.5×10-4mol/L，试验结果如图9所示。

由图9可知，随着pH的增大，浮选精矿金红石含量和金红石回收率均先显著上升后显著下降，拐点在pH=6时，对应的精矿金红石含量达73.83%、回收率达86.62%，较好地实现了金红石与石榴石的分离。

3　结论

（1）纯矿物浮选试验表明：捕收剂苯乙烯膦酸（SPA）对金红石和石榴石均具有捕收能力，浓度在5×10-5mol/L时显示出一定的浮选选择性；活化剂硝酸铅对金红石和石榴石均具有活化作用，添加硝酸铅可以降低SPA的用量；抑制剂氟硅酸钠对石榴石有极强的抑制能力，用量较大时对金红石也有一定的抑制作用；浮选矿浆pH=6～8时，金红石上浮率最大，金红石与石榴石的分离效果最好。

（2）人工混合矿浮选试验表明：在矿浆pH=6，捕收剂SPA浓度为1×10-5mol/L，活化剂硝酸铅浓度为1×10-4mol/L，抑制剂氟硅酸钠浓度为2.5×10-4mol/L情况下，可高效浮选分离金红石和石榴石的人工混合矿，得到金红石含量达73.83%、回收率达86.62%的金红石精矿。