磁化对油酸钠溶液物化性质和矿物浮选的影响

周文波 李 赛 陶黎明 李青青 余 凡 张 力

（1.省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，湖北武汉430081；2.冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉430081）

油酸常作为浮选药剂，在选矿中广泛应用。但油酸不易溶解和分散，选择性差，不耐硬水和低温，用量却较大。因此大量科研人员对如何提高油酸的捕收性能进行了探究。王宇斌等[1]发现电化学预处理能够提高油酸根离子和白云母相互作用的概率，增加油酸钠的捕收性能。

浮选是一种物理和化学过程，若所加入药剂的物化性质发生改变，会影响浮选结果。而非铁磁流体在磁场作用下，可使流体的某些物化性质发生变化，甚至能提高生产效率和使用效率[2-3]。因此，许多研究人员在浮选中采用了磁化处理技术来提高浮选指标。有研究报道[4-6]：水经过磁化处理后，其pH、吸光度、电导率、Zeta电位、表面张力、颗粒在水中的分散性和黏结性等性质都发生一定程度的变化。边炳鑫[7]和邱廷省[8]等发现，磁化处理后明显影响药剂的捕收性能。磁化处理技术操作简单快捷，投资成本低，因此具有很大的潜在价值。

本论文探索了油酸钠经过磁化处理后，油酸钠溶液的pH值、吸光度、表面张力和电导率等物化性质的变化，以及对方解石和萤石浮选效果的影响。

1 试样、药剂与设备

1.1 试样、药剂及仪器

方解石来自安徽（CaCO3的含量为99.52%），萤石来自江西（CaF2的含量为99.31%）。方解石经行星球磨机磨细，筛分得到37～106 μm的矿样。萤石矿物经手选块矿，对辊破碎，瓷磨机磨细，筛分得到37～106 μm的矿样。

试验用水均为去离子水；调整剂为氢氧化钠，分析纯；捕收剂为油酸钠，化学纯，配置成浓度为5 mmol/L的溶液使用。

1.2 磁化装置

磁化装置采用Nd-Fe-B磁铁块，其示意图如图1所示。Nd-Fe-B中心磁感应强度与磁铁块距离之间的关系如表1所示。

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1.3 试验主要分析仪器

试验所用到的主要分析和测量仪器：PHS-3C精密pH计、JA2003型精密电子天平、Zetasizer NanoZs90型Zeta电泳仪、UV-1100型紫外可见光光度计、JK99C型全自动张力仪、DDSJ-319L型电导率仪以及FGC挂槽浮选机。

2 试验方法

（1）磁化装置的使用方法。通过调节磁铁块之间的间距来改变中心磁感应强度的大小，将装有油酸钠溶液的烧杯放在磁铁中间，使搅拌器转子浸没在烧杯的水溶液中，调节电动搅拌器的速率，进行均匀搅拌。

（2）pH值和电导率测定。用PHS-3C型精密pH计分别测定油酸钠溶液在不同磁化条件下的pH值，用DDSJ-319L型电导率仪测量油酸钠溶液磁化处理前后电导率的变化，每组试验测量3次，取平均值。

（3）吸光度测定。在分析波长225 nm下对不同磁化条件下的油酸钠溶液进行吸光度测试。每组试验测量3次，取平均值。

（4）表面张力测定。取少量油酸钠溶液到表面张力仪测量皿内，利用JK99C型全自动张力仪，测量磁化前后油酸钠溶液的表面张力，每个试验样品重复3次，取平均值。

（5）Zeta电位测定。取20 mg粒度为-5 μm的萤石或方解石纯矿物于70 mL、pH=8的油酸钠溶液中，溶液与矿物混合后搅拌10 min，静置10 min，取其上清液注入Zetasizer NanoZs90型Zeta电泳仪样品池中进行Zeta电位测定，每个试验样品重复3次，取平均值。

（6）浮选试验。纯矿物浮选试验在FGC挂槽浮选机中进行，固定浮选机搅拌速度为1 680 r/min。每次称取5.0 g粒度在37～106 μm的纯矿物矿样放入浮选槽，加入70 mL磁化后的油酸钠溶液，与纯矿物作用时间为2 min，刮泡5 min。泡沫产品和槽内产品分别进行过滤、烘干、称重，计算回收率。

（7）吸附量试验。配置油酸钠浓度为5×10-3mol/L的溶液，在波长为225 nm条件下测定不同浓度下油酸钠溶液的吸光度，得到标准曲线。每次称取1 g矿样，加入一定体积的所需pH值水溶液，按浮选条件添加药剂，根据试验要求进行相应的磁化处理，搅拌10 min后过滤，通过测定滤液的吸光度计算油酸钠在萤石表面的吸附量。

3 试验结果与分析

通过磁化时间和磁感应强度单因素试验，得到油酸钠溶液在不同磁化条件下的pH值、吸光度、表面张力和电导率的试验结果。试验过程中，油酸钠浓度为1.07×10-4mol/L；磁化时间为变量时，磁感应强度为320 mT；磁感应强度为变量时，磁化时间为10 min。

3.1 磁化对pH值的影响

油酸钠溶液pH值随磁化时间或磁感强度变化的影响结果如图2所示。

由图2可知：油酸钠溶液经磁化处理后，其pH值增大；随着磁化时间的延长，pH值的变化先增加后降低，磁化时间为10 min时，pH值提高到最大值为8.53，说明短时间的磁化作用药剂就能影响溶液中的电离水解平衡，进而影响溶液的pH值，随着磁化时间的增加，溶液中的电离水解平衡又向相反的平衡转换，pH值降低；在磁感应强度条件试验中，随着磁感应强度的增加，pH值逐渐增加，在一定范围内，磁感应强度越大，对溶液中的电离水解平衡影响越明显。

3.2 磁化对吸光度的影响

油酸钠溶液吸光度随磁化时间或磁感强度变化的影响结果如图3所示。

由图3可知：油酸钠溶液经磁化后，其吸光度值明显增加；磁化时间为10 min时，油酸钠溶液的吸光度由0.646增加到最大为0.759；在磁感应强度试验中，磁感应强度为320 mT时，油酸钠溶液吸光度增加了0.113。吸光度的增加表明磁化影响了溶剂的变化，磁化作用使得液态油酸含量增加，当液态的油酸增加到一定值，随着磁化时间的增大，液态的油酸向着溶液态的油酸平衡进行，吸光度降低。

3.3 磁化对表面张力的影响

油酸钠溶液表面张力随磁化时间或磁感应强度变化的影响结果如图4所示。

由图4可知：油酸钠溶液的表面张力随着磁化时间的增加而先降低后增加，但总体明显降低，在磁化时间条件试验中，磁化时间为10 min时，其表面张力从未磁化的49.56 mN/m减小到35.12 mN/m；随着磁感应强度的增加，油酸钠溶液的表面张力逐渐减小；磁感应强度为320 mT时，油酸钠溶液的表面张力由未磁化时的49.56 mN/m下降至35.12 mN/m。表面张力的降低，表明磁化降低了溶液中分子之间的相互作用力，磁场的作用，影响了分子的极性，磁化时间较短时，磁场作用使得正负粒子朝相反方向运动，变化明显，随着磁化时间的增加，磁场的作用力与正负粒子之间的作用力达到平衡，影响分子的极性程度发生变化。

3.4 磁化对电导率的影响

油酸钠溶液电导率随磁化时间或磁感强度变化的影响结果如图5所示。

由图5可知：油酸钠溶液的电导率随着磁化时间的增加先提高后降低；在磁化时间条件试验中，磁化时间10 min时，油酸钠溶液的电导率从未磁化时的27.7 μS/cm增加到最大值，为29.4 μS/cm；在磁感应强度条件试验中，随着磁感应强度的增加，油酸钠溶液的电导率逐渐增加，在磁感应强度为320 mT时，电导率最高，为29.4 μS/cm。电导率的增加，表明磁化使溶液中离子浓度增加，磁化使pH值增大，H+浓度减少，电离平衡向右移，油酸阴离子浓度也随之增加。但当增加到一定值时，电离反应朝着相反方向进行，离子浓度降低，电导率降低。

3.5 Zeta电位测量试验结果

在磁化时间为10min条件下，磁感应强度的改变对方解石和萤石矿物Zeta电位的影响如图6所示。

由图6可知：方解石和萤石的Zeta电位绝对值随着磁感应强度的增加而降低；在磁感应强度为320 mT时，方解石和萤石的Zeta电位绝对值从未磁化的40.92 mV和48.89 mV分别降至38.02 mV和41.48 mV；在此磁化过程中方解石的Zeta电位（负电性）降低了2.90 mV，萤石的Zeta电位（绝对值）降低了7.41 mV。

3.6 浮选试验结果

磁化时间、磁感应强度的变化对方解石和萤石矿物浮选回收率的影响如图7所示。

由图7可知：随着磁化时间的增加，方解石和萤石的浮选回收率先升高后降低，但是回收率较未磁化时明显增加，在磁化时间为10 min时，方解石和萤石的浮选回收率分别从74.34%和80.92%增加到最大，为94.11%和93.73%；随着磁感应强度的增加，方解石和萤石的浮选回收率逐渐增加，在磁感应强度为320 mT时，方解石和萤石回收率较未磁化时分别提高了19.77和12.81个百分点。

3.7 机理分析

3.7.1 溶液化学分析

油酸的溶解度S为10-7.6mol/L，在通常浮选用量下，矿浆中油酸钠的浓度均大于其溶解度，此时，水溶液中溶解的油酸 HOl（aq）与不溶液态油酸 HOl（l）间形成饱和溶液，根据溶液化学原理[9]，油酸钠水溶液中存在的化学平衡反应如下所示。

计算可得不同pH值下的各组分浓度，如图所8示。磁化后，油酸钠溶液的pH值增加，促进了油酸钠的电离，使得阴离子的浓度增加，溶液中的油酸根离子数目的增多，使得溶液的电导率增大。

磁化前后，温度、油酸钠的浓度无变化，因此，磁化后，油酸钠吸光度的改变是由于磁场影响了溶剂的性质，使不溶液态的HOl（l）增多，油酸钠溶液的吸光度增加[10]。磁化后，溶剂分子内部的极性发生变化，使其将溶液表面的空间大量占据，提高了油酸钠溶液的疏水性，使得油酸钠溶液的表面张力降低。

在方解石和萤石矿浆中，矿物表面均有Ca2+解离出来，磁化处理能促进油酸钠的电离，使得油酸根离子数目增加，因此油酸钠对于方解石和萤石的捕收能力增强，化学吸附反应加剧，导致矿物表面在溶液中电离出的离子大量减少，2种纯矿物的Zeta电位（绝对值）降低。

3.7.2 磁化对矿物表面吸附量的影响

磁化时间、磁感应强度的变化对油酸钠在方解石和萤石矿物表面吸附量的影响如图9所示。

由图9可知：随着磁化时间的增加，油酸钠在矿物表面的吸附量先增加后趋于平缓，在磁化时间为10 min时，油酸钠在方解石、萤石表面的吸附量达到最大，分别为1.1 mg/g、1.129 mg/g；随着磁感应强度的增加，油酸钠在方解石和萤石表面的吸附量逐渐增加，在磁感应强度为320 mT时，油酸钠在方解石和萤石表面的吸附量增加量最大，分别为0.236、0.189 mg/g。这与前面浮选结果相一致，表明磁化使矿物表面的药剂吸附量增加，提高矿物的浮选指标。

4 结 论

（1）在磁感应强度320 mT、磁化时间10 min条件下，磁化处理油酸钠溶液后，油酸钠溶液的pH值、吸光度和电导率较未磁化时分别增加了0.53、0.113和1.7 μS/cm，表面张力下降了14.44 mN/mT。

（2）磁化处理会提高油酸钠的捕收性能，增强其与矿物的化学吸附能力。在磁感应强度320 mT、磁化时间10 min条件下磁化处理使方解石的Zeta电位绝对值降低了2.90 mV，使萤石的Zeta电位绝对值降低了7.41 mV。

（3）不同磁化条件会对油酸钠的捕收效果产生不同影响。在磁感应强度320 mT、磁化时间10 min条件下磁化处理，方解石和萤石的浮选回收率分别从未磁化的74.34%和80.92%增加到94.11%和93.73%；方解石浮选回收率较未磁化时增加了19.77个百分点，萤石浮选回收率较未磁化时增加了12.81个百分点。

（4）磁化后，pH值的变化反映了磁化影响了油酸钠在水溶液中的化学平衡反应，pH值的增大使水溶液中油酸根阴离子浓度增加，有利于与方解石、萤石表面Ca2+结合，吸附量试验结果也证实了磁化使得矿物表面吸附的油酸根阴离子量增多。