氯化钠改善微晶石墨浮选指标的选矿实验

骆任 ，陈代熊 ，赵玉卿

（1. 湖南有色金属研究院，湖南 长沙 410015；2. 青海省地质矿产测试应用中心，青海 西宁 810008）

石墨是一种具有晶质结构的非金属矿物原料，根据结晶形态的不同，通常分为隐晶质（微晶）石墨和晶质石墨两种。我国是石墨储量大国，微晶石墨储量约占全国总储量的32%[1]。目前我国微晶石墨的利用现状为储存量大但深度开发利用率低，很多企业直接售卖高品位原矿石或者将原矿进行初级加工后售卖初级产品，使得资源回报率较低[2]。微晶石墨若要提高价值就必须进行深度提纯，主要有效方法为化学提纯法。由于原矿直接化学提纯成本较高，因此对原矿进行预提纯是降低其成本的主要途径，而浮选是目前采用最广泛的预提纯方法[3-5]。

微晶石墨单体矿物嵌布粒度极细且通常与脉石矿物紧密连生，必须采用细磨才能实现单体解离。在细磨过程中脉石矿物泥化而覆盖在泡沫上与石墨形成物理聚合体，导致微晶石墨浮选提纯效果不理想[6]，特别是因为固定碳含量越高就需要越多的起泡剂，使得浮选泡沫粘度就越高，泡沫产品中物理夹带越严重，因此研究如何有效降低起泡剂用量、改善浮选泡沫质量对提高微晶石墨浮选指标具有重要意义[7]。

1 研究机理

根据双电层理论，随着溶液中电解质浓度的增大，带相反电荷的离子进入紧密层的几率增加，溶液中颗粒的外界面与溶液本体之间的电势差减小，双电层变薄[8]。此外，电解质离子能够影响矿物颗粒界面水结构、矿物颗粒与气泡的性质以及两者间的相互作用，阻止气泡的聚结行为，减小气泡的尺寸[9]。在泡沫浮选体系中，无机盐离子会对泡沫的稳定性产生影响，提高无机盐的浓度会使泡沫变得均匀且光滑，无机盐离子与表面活性剂作用形成复合膜，阻碍液膜排液和气泡间气体的扩散，增强泡沫的稳定性[10]，而氯化钠是一种来源广、价格低、性质稳定、无毒的化工原料，为此，本文将主要研究氯化钠对微晶石墨浮选指标的改善作用，以氯化钠对气-液两相和气-液-固三相体系中泡沫半衰期的变化为研究切入点，采用来自湖南郴州的微晶石墨矿石进行了实际矿石浮选实验，证明了在微晶石墨浮选体系中添加氯化钠可以有效强化浮选泡沫的稳定性，缓解因为单一起泡剂用量过大而导致的夹带现象。

2 实验研究

2.1 泡沫稳定性

泡沫稳定性主要是指泡沫从产生到消亡的维持时间，目前研究泡沫稳定性的方法包括：倾泻法、振荡法、气流法、搅拌联合气流法、电导率法、光学法和声速法等[11]。气流法因为具有简洁易操作等优点，被广泛用于泡沫稳定性测试中，泡沫半衰期则是该法评价泡沫稳定性的主要表征。

气流法的研究方法为：浆料制备主要在1.5 L 敞口搅拌器内进行，制浆搅拌时间为5 min；然后每次采用虹吸管取料100 mL 至泡沫稳定性测试管，固定在0.1 MPa 压力下充气20 s 后记录泡沫体积A，记录当泡沫体积衰减到1/2 A 的时间T即为泡沫半衰期。

2.1.1 2#油体系下两相泡沫稳定性

2#油又名复合高级醇，被广泛用作矿物浮选的起泡剂。本次研究首先采用气流法测定了不同浓度下2#油体系两相泡沫的半衰期，测定结果见图1。由图1 可知，随着2#油浓度的增大，泡沫的半衰期逐渐延长，当其浓度超过200 mg/L 之后，泡沫半衰期趋稳，达到21 s，以此条件下的泡沫半衰期作为对比数据进行后续研究。

图1 2#油体系下两相泡沫半衰期Fig.1 The half-life of two-phase foam in 2# oil system

2.1.2 2#油体系下氯化钠对两相泡沫稳定性的影响

在确定了纯2#油体系下，当2#油浓度为200 mg/L 时即可获得稳定的泡沫半衰期后，考查了在此浓度下不同氯化钠用量对泡沫半衰期的影响，实验结果见图2。

由图2 可知，氯化钠的添加使泡沫的半衰期明显延长。当氯化钠用量超过25 g/L 后，半衰期有减小的趋势，之后又趋稳。说明了氯化钠的添加可以增加气、液两相体系中气泡间的排斥力，使更多的表面活性剂分子积聚在气-液界面，增加气泡的表面活性和强度[23]。

图2 氯化钠对2#油体系下两相泡沫半衰期的影响结果Fig.2 Effect of sodium chloride on the half-life of two-phase foam in 2# oil system

2.1.3 2#体系下氯化钠对三相泡沫半衰期的影响

采用取自湖南郴州的微晶石墨样品（固定碳含量61.35%）制备了浓度为15%的矿浆，固定起泡剂2#油用量为200 mg/L，氯化钠用量为变量，研究氯化钠对气-液-固三相体系中泡沫半衰期的影响。实验结果见图3。

图3 氯化钠对2#油体系下三相泡沫半衰期的影响结果Fig.3 Effect of sodium chloride on the half-life of three-phase foam in 2# oil system

从图3 可知，在微晶石墨、2#油、氯化钠浮选气-液-固三相体系中浮选泡沫的半衰期比2#油、氯化钠气-液两相体系中要长。随着氯化钠用量的增加，泡沫的半衰期先上升后趋稳，说明氯化钠的添加对延长微晶石墨浮选泡沫的半衰期有明显的强化作用。

2.2 实际矿石验证实验

上述两相及三相泡沫半衰期研究表明氯化钠的添加有助于延长2#油体系下浮选泡沫的半衰期，但氯化钠的添加能否降低实际矿石浮选作业中起泡剂的用量并改善浮选指标是本次研究的目的。为此，采用取自湖南郴州的微晶石墨样品（固定碳含量61.35%）进行实际矿石浮选验证实验。

2.2.1 氯化钠用量对浮选指标的影响

固定2#油用量，考察氯化钠用量对浮选指标的影响。实验流程及药剂制度见图4，实验结果见图5。

图4 氯化钠用量条件实验工艺流程及药剂制度Fig.4 Test process and reagent system of sodium chloride dosage conditions

图5 氯化钠用量条件实验结果Fig.5 Test results of sodium chloride dosage conditions

从图5 可知，随着氯化钠用量的增加，精矿中固定碳含量先上升后下降，固定碳回收率呈上升趋势。在2#油用量200 g/t、氯化钠用量110 g/t 时精矿中固定碳的含量达到83%、回收率达到64%；而在不添加氯化钠时（氯化钠用量为0 g/t），精矿中的固定碳含量和回收率均不理想，这说明氯化钠的添加对改善浮选指标有明显的作用。

2.2.2 2#油用量对浮选指标的影响

固定氯化钠用量110 g/t，实验工艺流程见图4，实验结果见图6。

图6 2#油用量条件实验结果Fig.6 Test results of 2# oil dosage conditions

从图6 可知，随着2#油用量的增加，精矿中固定碳的含量呈下降趋势，回收率先上升后趋稳。在2#油用量150 g/t 时精矿中固定碳的含量达到84%、回收率为65%，在此浮选指标下对比1.2.1 小节实验结果可知，氯化钠的添加可以延缓精矿中固定碳含量下降的速度，同时快速提升精矿中固定碳的回收率，并且有利于降低起泡剂2#油的用量（2#油用量降低了50 g/t）。

3 结 论

（1）在以2#油为起泡剂的气-液两相体系和加入微晶石墨的气-液-固三相体系中，氯化钠的添加可以延长泡沫的半衰期，半衰期随着氯化钠用量的增加而增加。

（2）在微晶石墨实际矿石浮选体系中，在2#油用量200 g/t、氯化钠用量0 g/t 时，精矿中固定碳的含量仅为79%、回收率为56%；而在2#油用量150 g/t、氯化钠用量110 g/t 时，精矿中固定碳的含量可达到84%、回收率达到65%。说明氯化钠的添加可以明显改善浮选指标，并降低起泡剂2#油的用量，这对于微晶石墨浮选工艺改进具有重要意义。