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组合抑制剂对萤石与方解石浮选行为研究

2023-01-10丁伟丽任玲玲郑培利朱怀睿

河南化工 2022年12期
关键词:硫酸铝萤石方解石

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。

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