组合抑制剂对萤石与方解石浮选行为研究

丁伟丽 ， 任玲玲 ， 王 唸 ， 郑培利 ， 朱怀睿

(六盘水师范学院 矿业与机械工程学院 ， 贵州 六盘水 553004)

萤石矿大多以伴生型矿物为主，而其最常见的半生矿物大多都是碳酸盐类，其典型代表为方解石[1]。因此方解石和萤石往往嵌布共生，两者的物理性质及化学性质极其相似。目前生产中所采用常规分选方法以浮选为主，但存在的问题是难以实现萤石和方解石的有效分离[2]。因此浮选过程中必须研发更为高效的药剂，现今浮选法有效处理该矿物的关键在于寻找到一种高效的抑制剂[3]。

截止目前，我国萤石浮选生产流程中普遍使用的抑制剂都以无机抑制剂为主。典型代表有：水玻璃、六偏磷酸钠、碳酸钠、硫酸铝、氟化钠等。上述抑制剂的使用中，最终生产的萤石精矿有少量碳酸钙杂质难以去除，因此使用效果都有一定的局限性[4]。经过大量研究对比发现，单一抑制剂都有用量大、抑制效果不佳等问题。而组合抑制剂的抑制效果通常强于单一抑制剂，具有较强的抑制能力和选择性[5]。基于此，本文研究水玻璃和硫酸铝组合抑制剂对萤石和方解石的抑制作用，由此验证组合抑制剂能够实现对萤石方解石的有效分离[6]。

1 浮选试验方法和仪器设备

1.1 试剂及设备

仪器设备：球磨机，XMQ-240x90；超纯水仪，宏森10-150；精密电子天平，ES-103HA；精密pH计，雷磁PHS-3C；单槽浮选机，XFG5-35g；电热恒温鼓风干燥箱，GZX -9420MBE；X射线衍射仪，X′Pert PRO MPD。浮选药剂：pH调整剂，氢氧化钠NaOH，分析纯，盐酸HCl，分析纯；捕收剂，油酸钠，C17H33CO2Na，分析纯；抑制剂，水玻璃Na2SiO3，工业纯，硫酸铝Al2(SO4)3，分析纯。

1.2 单矿物浮选实验

浮选实验设备采用的是单槽浮选机，将浮选转子的转速定为1 600 r/min。称取预先准备好的矿样3 g放进40 mL浮选槽内，加入35 mL去离子水开始充分搅拌。再通过NaOH溶液或者HCl溶液进行pH值搅拌调浆(1 min)，后续再加入不同抑制剂充分搅拌2 min，最后加入捕收剂搅拌2 min后进行刮泡，刮泡频率为3 s/次。最终将精矿产品和尾矿产品分别过滤、烘干、称重，并计算回收率。流程图见图1。

图1 浮选流程

实验中的样品取自贵州省某萤石选矿厂。经过筛选的矿样进行破碎，并手工挑选结晶良好且纯度高的纯矿物颗粒。通过XRD不断识别后进入磨矿阶段，细磨后的产品通过湿法筛分选出0.038～0.074 mm粒级的萤石与方解石作为纯矿物浮选的备用样品。

为了保证实验试样满足后续的浮选实验要求，因此将挑选后的萤石、方解石细粒样品进行X射线衍射分析，其X射线衍射分析结果见图2。另外，将XRD检测后的纯矿物样品进行化学分析，得到两种矿物的纯度分别是99.3%、98.1%。

图2 萤石、方解石纯矿物的XRD图谱

由图2可知，萤石、方解石单矿物的XRD衍射图谱特征峰明显，并且尖锐、无杂峰。表明矿物结晶良好、杂质含量低，矿物纯度高，实验结果证明，手选的样品的纯度符合后续实验要求。

2 结果与讨论

2.1 矿浆pH值与捕收剂对萤石、方解石浮选行为的影响

2.1.1矿浆pH值对萤石和方解石回收率的影响

当选择油酸钠作为捕收剂，无抑制剂条件下，油酸钠用量为10 mg/L时，考察矿浆pH值对萤石和方解石浮选回收率影响。其结果见图3。

图3 pH值对萤石和方解石回收率的影响

由图3可知，当油酸钠用量为10 mg/L时，此时的矿浆pH值为4～12，发现方解石的回收率一直呈现上升趋势；而萤石回收率波动较大，出现先上升后下降的趋势，当在矿浆pH值为6时，回收率达到最大值(80.09%)。而现场生产中不常选用弱酸条件进行浮选，原因是酸性矿浆对浮选容器具有一定腐蚀性。因此即便是矿浆的pH值为7时的萤石回收率比矿浆pH值为6时低，但仍采用该条件为后续实验基础条件。后续实验中可以通过改变其他浮选条件来实现萤石回收率的提高，故选取pH值7时作为最佳浮选条件。

2.1.2油酸钠用量对萤石和方解石回收率的影响

确定最佳pH值为7时，无抑制剂条件下，考察油酸钠的用量对萤石方解石回收率的影响。实验结果见图4。

图4 油酸钠用量对萤石和方解石回收率的影响

由图4可知，矿浆pH值为7时，随着油酸钠用量的增加，萤石和方解石回收率都出现先迅速升高的现象。而在油酸钠用量>20 mg/L时，萤石和方解石的回收率则基本不随药剂用量发生改变。当油酸钠用量为20 mg/L，萤石最佳回收率为88.23%，方解石的最佳回收率是92.05%。此时方解石的回收率大于萤石，说明在没有抑制剂存在下，两种矿物无法分离。因此，后续试验加入抑制剂来实现两种矿物的分离。此时选定油酸钠用量为20 mg/L作为最佳浮选捕收剂用量。

2.2 抑制剂对萤石、方解石浮选行为的影响

2.2.1水玻璃抑制剂用量对萤石和方解石回收率的影响

在油酸钠用量为20 mg/L，pH值为7时，考察常规抑制剂水玻璃的用量对萤石和方解石回收率的影响，其结果如图5所示。

图5 水玻璃用量对萤石、方解石回收率的影响

由图5可知，当矿浆pH值为7时，油酸钠用量为20 mg/L的浮选条件下，不加抑制剂硅酸钠时萤石和方解石的回收率达到最大值，分别是91.06%、92.19%。然而，随着水玻璃用量的不断增大，萤石与方解石的回收率均呈现出明显下滑趋势。但方解石的回收率下滑的速度更快，也证明了水玻璃对方解石的抑制效果明显。当在水玻璃用量为80 mg/L时，此时，方解石的回收率降低至19.10%，而萤石回收率还仍有57.89%，说明水玻璃能够有效抑制方解石，但对萤石回收也有一定的影响。

2.2.2硫酸铝抑制剂用量对萤石和方解石回收率的影响

在油酸钠用量为20 mg/L，pH值为7时，考察抑制剂硫酸铝的用量对萤石和方解石回收率的影响，其结果如图6所示。

由图6可知，随着硫酸铝用量的不断增加，萤石和方解石的回收率也同样有下降趋势，但下降的幅度明显小于水玻璃条件。并且在低用量下，萤石和方解石的回收率差异较小。而当硫酸铝用量高达至20 mg/L时，萤石和方解石回收率达到最低值，萤石的回收率是73.65%，而方解石回收率为60.03%。因此，单一使用硫酸铝抑制剂对其分离效果不明显。

图6 硫酸铝抑制剂用量对萤石、方解石回收率的影响

2.3 硫酸铝与水玻璃质量比对萤石和方解石浮选回收率的影响

为了保证抑制剂对方解石的抑制作用最大化，且降低对萤石的浮选回收影响，因此选用硫酸铝和水玻璃进行组合，采用新的组合抑制剂对其有效分离。通过不同的质量比进行实验研究，进一步考察硫酸铝和水玻璃的质量比对萤石与方解石的回收率影响，其结果如图7所示。

图7 硫酸铝和硅酸铝质量比对萤石、方解石回收率影响

由图7可以看出，硫酸铝与水玻璃的质量比在(1∶2)～(1∶4)时，萤石的回收率略微下滑，但平均回收率保持在79.43%左右。然而方解石回收率呈现明显下降的趋势。而硫酸铝与水玻璃的质量比在(2∶1)～(2∶5)时，随着组合抑制剂中水玻璃质量逐渐增加，萤石的回收率保持稳定。但组合抑制剂对方解石的抑制效果非常显著。特别当硫酸铝与水玻璃的质量比为2∶5时，萤石回收率可以高达79.86%，但方解石的回收率降低至11.21%。综上可知，当硫酸铝与水玻璃的质量比为3∶5时，萤石的回收率比质量比为2∶5的条件下要高出8.87%，但方解石的抑制效果出现上升的波动。故硫酸铝硅酸钠组合抑制剂的最佳质量比为2∶5。

3 结论

①水玻璃作为单一抑制剂对方解石和萤石都出现明显的抑制现象，对方解石的抑制效果更为显著。当水玻璃用量为80 mg/L时，萤石回收率仅为57.89%，方解石回收率为18.92%，分选效果不佳。②硫酸铝作为单一抑制剂，对萤石和方解石的抑制效果有一定的效果，但分选效果不佳。其中硫酸铝用量为20 mg/L时，萤石回收率为73.65%，方解石回收率可达60.03%。③最终确定组合抑制剂为硫酸铝和水玻璃，两者组合的抑制剂明显对萤石抑制作用较小，而对方解石有明显的抑制作用。不同的质量比条件实验结果表明，硫酸铝和水玻璃质量比为2∶5为最佳值，此时萤石回收率高达79.86%，方解石的回收率则低至11.21%。因此质量比为2∶5的硫酸铝硅酸铝组合抑制剂实现萤石和方解石有效分离。