浮选法提纯菱镁矿研究进展——基于CNKI相关文献的统计分析

张作金 代淑娟 王倩倩 曹 骏 于秋月

（1.辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁鞍山114051；2.海城镁矿耐火材料总厂，辽宁海城114200）

我国拥有丰富的菱镁矿资源，据美国地调局公布数据，2014年全球菱镁矿储量约240亿t，中国储量约50亿t，占比约21%，居世界第二位。我国的菱镁矿资源非常集中，约85%的菱镁矿资源分布在辽宁境内［1-3］。作为重要的矿产资源，菱镁矿因其较好的耐火性而被广泛应用于冶金、化工、建材及材料等相关领域［4-5］。浮选法提纯菱镁矿技术成熟，且应用广泛，正浮选工艺、反浮选工艺及正浮选—反浮选联合工艺等在实际选厂中皆有应用［6-9］。经过长期的大规模无序开发，我国低品质菱镁矿资源占比越来越高（目前约占60%），部分低品位矿石被当做废石堆积，造成了资源的浪费［10-11］。与之相对应的是，随着耐火行业的发展，对菱镁矿精矿的质量要求也越来越严格，因此应加强浮选法提纯菱镁矿的研究。

为了促进菱镁矿资源提纯技术的发展，对中国期刊全文数据库（CNKI）2000—2017年关于菱镁矿浮选的相关文献进行整理、分析，根据文献数量及内容，从研究方向和研究热点两方面系统地总结菱镁矿浮选工艺及药剂的研究现状，指出现有研究存在的问题，并对未来发展趋势进行展望。

1 浮选法提纯菱镁矿研究文献统计及研究热点分析

为了解我国浮选法提纯菱镁矿的研究现状，以“CNKI中国学术文献网络出版总库”为数据来源，对2000年1月1日到2017年12月31日（以下称为“研究时段”）时段发表的相关文献进行检索。利用知网高级检索条件，以“菱镁矿”为主题检索到文献992篇，通过排除与浮选法提纯菱镁矿不相关的文献，最终用于分析的文献共计71篇，包括博士论文1篇，硕士论文8篇，中国会议论文6篇，期刊论文56篇。

1.1 浮选法提纯菱镁矿文献年度发展态势

对纳入分析的71篇文献按发文年份整理，统计结果见图1。

尽管每年中国知网收录菱镁矿浮选方面的论文数量波动较明显，但随着年份的增长，学者对浮选法提纯菱镁矿总的研究呈明显增长趋势。通过对年发文量变化分析可知，近年来逐渐增加对菱镁矿浮选研究的投入，原因主要为以下2方面：①耐火、冶金等行业的快速发展，对耐火材料质量要求越来越高，需要选矿工作者利用浮选法对菱镁矿进行高效提纯；②近年来随着菱镁矿的开发利用，优质菱镁矿资源逐渐减少，低品位菱镁矿资源越来越多，因而提纯菱镁矿的科研工作逐渐增多。

1.2 浮选法提纯菱镁矿的研究热点

在研究时段，用中国知网的“在结果中检索”模块，以“低品位”为主题检索到文章26篇，占文献总数（71篇）的36.62%，这些文献主要为近年发表的文献，说明业界逐渐重视对贫菱镁矿的开发利用［12-15］。

2 浮选法提纯菱镁矿的研究现状

浮选法提纯菱镁矿的研究对象多在辽宁地区，丰富的菱镁矿石类型为辽宁科技大学、东北大学及辽宁工程技术大学等研究单位开展研究提供了便利。目前，浮选法提纯菱镁矿的研究主要集中在3个方面：浮选药剂、矿物浮选过程的交互影响及浮选流程，其余文献报道的均为针对某特定矿石通过药剂用量单因素条件试验、开路试验及闭路试验确定矿石的合理开发利用工艺，思路较为传统，仅代表某种类型菱镁矿的处理方式。论文研究方向分类情况见图2。

2.1 菱镁矿浮选药剂研究现状

2.1.1 菱镁矿浮选捕收剂

捕收剂是决定有用矿物与脉石矿物浮选分离效果好坏的重要因素，通过物理或化学作用选择性吸附于目的矿物表面，改变矿物表面的疏水性，从而实现有用矿物与脉石矿物的分离。

王倩倩等［16］采用自制新型阳离子捕收剂Wely选别辽宁海城地区某菱镁矿石，得到的菱镁矿精矿品位与以十二胺为捕收剂情况下相近，但以Wely为捕收剂情况下的精矿回收率高4.06个百分点。于连涛等［17］在对海城某低品位菱镁矿石进行浮选试验时发现，采用新型捕收剂LKD，1粗2精流程得到氧化镁含量达97.10%的菱镁矿精矿，明显优于以十二胺为捕收剂情况下的精矿指标。郑桂兵等［18］采用BK433为反浮选捕收剂，BK434为正浮选捕收剂对甘肃某低品位菱镁矿石的选矿工艺进行优化研究，试验确定的反浮选脱硅—正浮选降钙—酸浸深度降钙流程，使精矿CaO含量由3.91%降至1.60%，SiO2含量由0.28%降至0.05%，菱镁矿回收率提高了35个百分点，新药剂的使用有效提高了有用矿物的回收率。

尽管关于捕收剂的研究较多，所报道的新型药剂也不少，但是得到广泛应用的菱镁矿浮选捕收剂仍是胺类捕收剂［19-22］和油酸钠捕收剂［23-24］，它们对不同类型的菱镁矿石适应性较好，可以获得合格的菱镁矿精矿。

2.1.2 菱镁矿浮选调整剂

调整剂也是影响浮选过程的重要因素之一，合适的调整剂可以有效改变矿物表面的性质，提高捕收剂与目标矿物的吸附及作用效果，进而提高分选效果。菱镁矿浮选的常用调整剂有盐酸、氢氧化钠、六偏磷酸钠等。

王金良等［25］以石英和菱镁矿纯矿物的人工混合矿为研究对象，以醚胺为捕收剂，考察调整剂KD-1对菱镁矿浮选的效果。结果表明，在精矿质量相同的情况下，KD-1的添加可降低醚胺用量58%，且精矿回收率有所上升。周文波等［26］在某菱镁矿石的油酸钠浮选体系中考察了调整剂六偏磷酸钠、水玻璃及氟硅酸钠对浮选指标影响，结果表明，六偏磷酸钠对白云石的抑制效果最好，其次是水玻璃和氟硅酸钠。孙体昌等［27］在处理以石英为主要脉石矿物的菱镁矿石时，以SE为捕收剂，考察调整剂ST和JT对浮选指标的影响，结果发现2种调整剂所获得的精矿品位相近，JT对应的精矿回收率比ST高1.81个百分点。

2.2 菱镁矿浮选工艺研究现状

随着选矿技术的发展，菱镁矿选矿工艺有由正浮选工艺逐渐向正浮选—反浮选联合工艺发展的趋势。

王玉斌等［28］对山东某菱镁矿选矿厂开展浮选工艺改造研究，将2次反浮选、1次正浮选流程改为全反浮选流程，精矿品位提高了0.36个百分点，精矿回收率提高16.48个百分点。张庆铭［29］在处理营口某主要脉石矿物为滑石和绿泥石的低品位菱镁矿石时采用优先浮选滑石、混合浮选硅酸盐矿物的反浮选工艺流程处理矿石，最终获得了合格的菱镁矿精矿，同时实现了脉石矿物滑石及绿泥石的回收。该工艺的优点是提高了矿物的综合利用率和附加值，缺点是工艺流程较复杂，选矿成本较高。吴浩［30］对SiO2含量为2.33%、CaO含量为4.88%的大石桥地区某菱镁矿石开展了选矿工艺研究，最终确定采用1次粗选2次精选流程反浮选脱硅、1次粗选2次精选正浮选流程提镁，最终获得SiO2含量为0.21%、CaO含量为0.76%的菱镁矿精矿。

2.3 菱镁矿浮选交互影响因素研究现状

菱镁矿浮选过程中的交互影响因素可分为2类：矿石自身和外界因素。矿石自身影响因素主要指菱镁矿石中含有的常见脉石矿物方解石、蛇纹石、石英、滑石等的影响；外界因素主要指选矿用水质量及选矿过程中混入的金属离子等的影响。

宋振国等［31］研究了油酸钠捕收体系下Cu2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+对方解石和菱镁矿浮选分离的影响，发现Cu2+和 Ca2+对方解石的浮选影响较小，而 Fe2+、Mg2+对菱镁矿和方解石的浮选具有抑制作用。张孟等［32］以油酸钠为捕收剂，在研究Ca2+和Mg2+对菱镁矿与白云石浮选分离的影响时，发现随着Ca2+和Mg2+含量的增加，菱镁矿与白云石的回收率都呈降低趋势；溶液化学计算研究认为，回收率降低是由于金属离子与捕收剂发生反应，降低了捕收剂的作用性能，且反应生成的羟基化合物吸附在矿物表面，减弱了抑制剂的作用效果，因而菱镁矿与白云石回收率降低。罗娜等［33］以白云石与菱镁矿纯矿物的人工混合物为对象，以油酸钠为捕收剂，研究了Ca2+对菱镁矿浮选的影响，并对影响机理进行了分析。结果表明，从白云石中溶解出的Ca2+吸附在菱镁矿表面，改变了菱镁矿的表面电性，使得菱镁矿的表面电性与白云石的表面电性相似，从而严重影响二者的分离。

3 菱镁矿浮选提纯技术的发展方向

3.1 通过浮选工艺优化提高菱镁矿的回收率

近年来，我国菱镁矿浮选技术工作者在药剂研发、药剂与矿物的作用机理、菱镁矿浮选过程中影响因素等方面的研究均有突破性进展，菱镁矿精矿质量得到稳步提升，相对而言忽视了菱镁矿精矿回收率的提高。图3为菱镁矿精矿回收率指标分布统计。

由图3可知，67.64%的菱镁矿选矿试验菱镁矿精矿回收率低于75%，回收率高于80%的仅11.76%，可见菱镁矿的回收效率不高。谭欣等［34］在采用等可浮反浮选—正浮选强化脱杂工艺处理辽宁某高硅高钙低品位菱镁矿石时，强化了反浮选中矿的回收，在确保精矿品质的同时，实现了精矿回收率的明显提升，最终精矿回收率达到80.78%。代淑娟等［35］公开的专利中显示，在采用反浮选工艺提纯菱镁矿时，对常规浮选工艺进行改进，即对二次精选的尾矿进行再选，与常规选矿工艺相比精矿回收率提高了6个百分点以上，最终精矿回收率达到83%左右。因此，对于流程较长的菱镁矿浮选工艺，可以考虑将二次及以后各次精选的中矿逐级返回或集中返回进行再选，以提高精矿回收率。

3.2 应用软件模拟指导药剂研发

目前，菱镁矿浮选药剂的研发大多以已知药剂为基础，通过加入一定量的其他药剂实现对菱镁矿浮选药剂的优化和拓展。近年来，一些学者将量子化学计算和软件模拟应用于浮选药剂的研发，例如Du［36］等利用CLAYFF-DREIDING力场模拟十二烷基三甲基溴化铵与糊精分子在滑石矿物表面的相互作用来开展新药剂的研发；Wang［37］等利用CLAYFFDREIDING力场研究在不同pH条件下，十二胺表面活性剂与石英分子间的分子动力学来开展新药剂的研发。大量的试验结果表明，用软件模拟药剂分子与矿物的作用效果不仅方便直接，而且可信度也较高；Heniz［38］等使用 PCFF-phyllosilicate力场对 C18—蒙脱土体系进行了分子动力学模拟，发现烷基链有30%邻位交叉构象，该结果得到了红外光谱分析的证实；Rai［39］等利用 Universal力场研究了油酸与十二胺盐酸盐在锂辉石表面的吸附，同时采用动力学方法计算了矿物表面与表面活性剂的相互作用能，结果表明，理论结果与实际试验测得的结果吻合。

利用软件模拟药剂与矿物的作用效果，不仅节约时间，而且可大大减少试验工作量。

4 结语与建议

（1）通过对中国知网文献数据整理分析发现，近年来，低品位菱镁矿石的浮选提纯逐渐成为热点，在浮选新药剂的研发、药剂与矿物的作用机理、菱镁矿浮选过程中影响因素等方面的研究均有突破，但在工艺流程优化、浮选精矿回收率提升、新型浮选药剂的推广等方面还有待加强。

（2）目前的新药研发手段较为传统，需要大量的试验去验证，因而效率较低，成本较高。今后应通过化学软件模拟药剂分子与矿物表面作用效果及作用机理，根据作用方式设计药剂分子以促进浮选药剂的开发；通过设计合适的菱镁矿浮选提纯数学模型，优化试验条件及预测精矿指标，以提高新药剂的研发效率。

（3）在提高菱镁矿精矿质量和浮选回收率方面，既要研究矿浆中金属离子对浮选指标影响的途径和机理，通过改变药剂制度或调节浮选条件，以减少金属离子对浮选指标的影响，又要强化浮选中矿的再选来强化对菱镁矿的回收。