十二胺体系中煤系矿物的浮选特性研究

陆芳琴 侯宝宏 张明旭

摘 要：为了探索煤泥水中不同种类矿物在十二胺体系中的浮选特性，通过浮选试验、Zeta电位测试分析，研究了十二胺作捕收剂条件下药剂浓度以及溶液pH值对高岭石、石英以及蒙脱石的浮选特性影响.结果表明：高岭石、石英在浓度为0.08mmol/L时，回收率较高，分别为70.14%、82.78%，蒙脱石在药剂浓度为0.8mmol/L时，才有较好的可浮性，回收率为60.37%;高岭石、石英以及蒙脱石在酸性、中性都有较好的可浮性，在强碱条件下是三种矿物的可浮性变差;高岭石、石英以及蒙脱石在整个pH范围内，颗粒表面Zeta电位主要为负值，加入十二胺后能显著降低矿物颗粒表面的负电位.

关键词：十二胺;浮选;高岭石;石英;蒙脱石

中图分类号：TD923  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2020）05-0039-03

由于采煤机械化，大量的矸石进入原煤中，而我国煤炭又大多采用湿法选煤技术，导致了煤炭洗选过程产生了大量的难处理的高泥化煤泥水[1].这些高泥化煤泥水具有颗粒粒度细、黏土含量高、荷负电和易水化等特点，导致煤泥水难沉降难脱水.高泥化煤泥水中含有大量的微细粘土矿物是其难以沉降澄清处理的一个重要原因[2]，而高岭石、石英以及蒙脱石是高泥化煤泥水中矿物的主要成分之一[3]，同时，高岭石、石英以及蒙脱石也是重要的工业原料[4-6]，如果将这些矿物从煤泥水中浮选分离出来，既能解决选煤厂因高泥化煤泥水难处理造成的众多问题，还能避免资源浪费，能产生一定的社会经济效益.因此研究煤泥水中高岭石、石英以及蒙脱石的浮选特性是十分重要的.

目前，在选矿业中，高岭石、石英浮选研究较多，而蒙脱石浮选研究较少.其中，季铵盐与胺类药剂是当今最常用的铝土矿反浮选药剂，它可以在广泛的pH值范围内从铝土矿中浮选出高岭石颗粒[7].曹学锋[8]等进行了十二系列胺类在高岭石浮选方面研究，发现N，N-二甲基十二烷基胺相较于其他十二系列胺类对高岭石有更好的捕收性.刘长淼[9]等进行了十二系列叔胺对高岭石与一水硬铝浮选试验研究，发现相与一水硬铝相比，十二系列叔胺对高岭石有较好的捕收性.沈亮[10]等进行十二烷基氯化铵和脂肪酸混合作为捕收剂对高岭石浮选影响研究，研究表明混合后药剂的浮选效果比单一药剂的更好.阳离子捕收剂对石英有较好的捕收性[11，12]，牛艳萍[13]等进行了十二胺对石英浮选试验，其结果表明石英在十二胺体系下有较好的可浮性.油酸钠作为常见的阴离子捕收剂也被应用到石英浮選研究当中[14，15]，其中从金瑶[16]等进行了油酸钠体系钙离子活化石英浮选试验研究，其结果表明在油酸钠+钙离子体系下，石英在强碱条件下有较好的可浮性.目前关于蒙脱石矿物浮选研究较少.由于高岭石、石英以及蒙脱石这些矿物既是高泥化煤泥难处理的原因之一，同时又是重要的工业原料，如果将这些矿物从煤泥水中提取出来，能避免矿物资源的浪费和选煤厂高泥化煤泥水难处理等问题，同时还能提高社会经济效益.目前关于从煤泥水中提取分离高岭石、石英以及蒙脱石等矿物的研究较少，因此本文研究了十二胺体系下高岭石、石英以及蒙脱石的浮选特性研究，为下一步从煤泥水中提取分选这些矿物提供理论依据.

1 试验部分

1.1 样品及药剂

试验用煤系高岭石取自淮北地区，石英取自徐州地区，蒙脱石取自六安地区.高岭石、石英、蒙脱石三种原矿经过人工手选，颚式破碎机破碎，球磨机研磨后，分别取250g放入1L烧杯中与90mL双氧水混合搅匀，静置24h后用60℃水加热分解剩余的双氧水并去除杂质，除杂后的样品人工筛分得到-0.25mm粒级试验样品，将得到的样品在60℃温度下烘干，装瓶备用.

试验所用药剂：十二胺、冰醋酸、盐酸、氢氧化钠均为分析纯.其中试验时所用的十二胺药剂是由十二胺与醋酸按1：1的比例混合配制成的十二胺醋酸盐.

采用EDX-3600K型X荧光光谱仪（XRF）对高岭石、石英以及蒙脱石样品进行了矿物组分分析，分析时用标准硼酸与样品混合均匀后，在30-40MPa的压力下压片进行预处理，在X射线源：50kV、1Ma条件下进行测试分析，结果如表1所示.

由表1可知，高岭石、蒙脱石主要成分是Al2O3以及SiO2，其中含有少量的杂质，石英的主要成分是SiO2，含有少量的Fe2O3、MgO、TiO2，三种矿物均符合试验要求.

1.2 试验仪器及方法

1.2.1 试验仪器

试验所采用的主要仪器：长沙市仪器设备有限公司XFG-35II型挂槽式浮选机、上海民桥精密科学仪器有限公司SL502型精密电子天平、金坛市荣华仪器制造有限公司PHS-3C型pH剂、美国Zeta probe Zeta电位测定仪、美国热电检测分析技术公司NICO-LET-380傅里叶红外（FT-IR）光谱仪、长DX-3600K元素X荧光光谱仪.

1.2.2 浮选试验

高岭石、石英单矿物浮选试验在XFG-35II型挂槽式浮选机中进行.每次取2g样品试样，加30mL去离子水，搅拌1min后用HCl或NaOH调节pH值，再加入一定浓度的捕收剂，然后进行浮选.加入药剂后的搅拌时间均为1min，浮选时间为3min，浮选机转速为1600r/min.浮选完毕后将泡沫产品与浮选槽内的产品进行烘干、称重，计算回收率.回收率计算公式如下：

式中：γ为回收产率%;m1为浮选泡沫中矿物质量;m2为浮选尾矿中矿物质量.

1.2.3 Zeta电位测试

将高岭石、石英样品配制成质量分数为1%的悬浮液，用Zeta probe Zeta电位测定仪采用自动滴定方式进行测量，每个样品循环测量3次，取平均值.

2 结果与讨论

2.1 药剂浓度对各矿物的浮选回收率的影响

在不调节pH值的条件下，考察十二胺浓度对-0.25mm粒级的高岭石、石英与蒙脱石等矿物回收率的影响.其结果见图1.图（a）所示，在十二胺浓度0.01～0.1mmol/L范围内，高岭石的回收率在40%～71%之间，高岭石回收率先随着药剂的增加而增加，当药剂浓度大于0.6mmol/L，高岭石回收率随药剂浓度的增加而趋于稳定在71%左右;图（b）所示，在十二胺浓度0.01～0.1mmol/L范围内，石英的回收率在60%～85%之间，而石英回收率先随着药剂的增加而增加，当药剂浓度大于0.08mmol/L，石英回收率随药剂浓度的增加而趋于稳定在82%左右;图（c）所示，在十二胺浓度0.1～1.0mmol/L范围内，蒙脱石的回收率在13%～62%之间，而蒙脱石回收率先随着药剂的增加而增加，当药剂浓度大于0.8mmol/L，蒙脱石回收率随药剂浓度的增加而趋于稳定在62%左右.按可浮性因此对于高岭石与石英选择0.08mmol/L的药剂浓度，对于蒙脱石选择0.8mmol/L的药剂浓度为后续试验的所用浓度.

2.2 pH值对各矿物的浮选回收率的影响

为了进一步了解十二胺体系中高岭石、石英以及蒙脱石的浮选特性，研究了溶液pH值对各矿物浮选回收率的影响.试验条件：高岭石、石英浮选药剂浓度0.08mmol/L;蒙脱石浮选药剂浓度0.8mmol/L.试验结果如图2.由图2可知，高岭石、石英以及蒙脱石的回收率先随着溶液pH值的增大而增大，当pH值为4时，高岭石、石英以及蒙脱石的浮选回收率达到最大，分别为76.28%、84.47%和71.68%，随后高岭石、石英以及蒙脱石的回收率随着pH值的增加而减小.高岭石、石英以及蒙脱石三种矿物在酸性、中性条件下有较好的可浮性，在碱性条件下可浮性变差，其中在pH=12时，高岭石回收率低于40%左右，而石英与蒙脱石回收率低于20%.综合药剂用量试验以及pH值影响试验结果，三种矿物按可浮性高低排列为石英>高岭石>蒙脱石.

2.3 Zeta电位分析

利用Zeta电位分析来进一步了解十二胺条件下pH值对高岭石、石英回浮选的影响规律，考察了高岭石、石英以及蒙脱石在十二胺作用前后的Zeta电位的变化情况，试验条件：高岭石、石英浮选药剂浓度0.08mmol/L;蒙脱石浮选药剂浓度0.8mmol/L，试验结果如图3所示.由图3可知，高岭石、石英以及蒙脱石在去离子水中表面电位绝对值随着pH值的增加而减小，高岭石表面零点电位为pH=2.38，石英表面零点电位为pH=2.45，在pH值2～12范围内，去离子水中的蒙脱石表面未出现零点电位，加入十二胺后，三种矿物的表面负电位均降低，高岭石的表面零点电位升高为pH=4.26，石英的表面零点电位升高为pH=4.33，蒙脱石的表面出现零点电位为pH=2.65，这表明十二胺在三种矿物表面发生了吸附，使得矿物表面负电位降低.而高岭石、石英以及蒙脱石与十二胺作用前后在pH值为4、6、8条件下电位变化最大，这与前面浮选试验结果一致.

3 结论

（1）不调节pH的情况下，十二胺作捕收剂，高岭石与石英在低浓度药剂（0.06～0.1mmol/L）條件下都有较好的可浮性，而蒙脱石在较高浓度（0.6～1.0mmol/L）的药剂条件下才有较好的可浮性.

（2）高岭石、石英的浮选药剂用量0.08mmol/L，蒙脱石的浮选药剂用量0.8mmol/L，高岭石、石英以及蒙脱石在酸性、中性都有较好的可浮性，在强碱条件下是三种矿物的可浮性变差，综合药剂用量试验以及pH值影响试验结果，三种矿物按可浮性高低排列为石英>高岭石>蒙脱石.

（3）高岭石、石英的浮选药剂用量0.08mmol/L，蒙脱石的浮选药剂用量0.8mmol/L，十二胺吸附在高岭石、石英以及蒙脱石表面，使得三种矿物表面的负Zeta电位降低;三种矿物与十二胺作用前后在pH值为4、6、8条件下电位变化最大，与浮选试验结果相吻合.

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