石英砂資源，由于其含有較多的雜質(zhì)，鋁、鐵含量較高，原砂中SiO2含量有時僅74％，遠(yuǎn)不能滿足玻璃行業(yè)對石英砂純度的要求。浮選提高石英砂純度，對開發(fā)利用石英砂資源有重要意義。本文以菱鐵礦、白云石和石英為研究對象，在油酸鈉浮選體系下探索了菱鐵礦、白云石及調(diào)整劑用量對石英浮選的影響規(guī)律，研究了菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選影響的作用機(jī)理。
一、試驗材料和方法
1、試驗材料
菱鐵礦經(jīng)手選除雜用鋼錘錘至2mm以下后進(jìn)行球磨，經(jīng)搖床和強(qiáng)磁分選得到菱鐵礦單礦物，然后選?。?06＋45μm粒級。
石英和白云石礦塊經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎后，進(jìn)行瓷球磨濕磨，然后選?。?06＋45μm粒級。
經(jīng)X射線衍射和化學(xué)多元素分析，石英和白云石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在95％以上，菱鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90％以上，滿足試驗要求。
試驗所用捕收劑油酸鈉和抑制劑淀粉為化學(xué)純，活化劑氯化鈣和pH值調(diào)整劑(氫氧化鈉、鹽酸)為分析純。試驗所用試劑均用去離子水配制，試驗用去離子水pH值為6左右。
2、試驗方法
?。?）浮選試驗
單礦物浮選試驗在XFG型掛槽式浮選機(jī)中進(jìn)行，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1750r/min。稱取礦物20g置于30mL浮選槽內(nèi)，加入適量去離子水，然后按照試驗要求加入pH調(diào)整劑、活化劑、抑制劑和捕收劑，添加藥劑后均攪拌3min，浮選3min。所獲得的泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)礦物經(jīng)過濾、烘干、稱重，計算回收率。
?。?）吸附量測定
稱取1g礦樣置于攪拌槽中，攪拌1min后，調(diào)節(jié)pH值至所需值，按浮選藥劑用量依次添加各藥劑并準(zhǔn)確定容，充分?jǐn)嚢韬箪o置，取上清液離心后測定溶液中剩余的油酸鈉溶度。用差減法計算油酸鈉的吸附量，藥劑在礦物表面的吸附量計算公式為
Γ＝(ρ0－ρ)ｖ1000m。
式中：Г為吸附量，mg/g；m為礦樣質(zhì)量，g；ρ0為油酸鈉的初始質(zhì)量濃度，mg/L；ρ為吸附后油酸鈉的殘余質(zhì)量濃度，mg/L；V為溶液體積，L
?。?）溶液化學(xué)計算
由陽離子An+和陰離子Bm-組成的礦物在溶液中的溶解可以表示為：
AmBn(s)＝mAn+（aq）＋nBm-(aq)Ksp。
式中：n為陽離子An＋所帶的電荷數(shù)；m為陰離子Bm-所帶的電荷數(shù)；Ksp為沉淀平衡常數(shù)。根據(jù)溶液化學(xué)計算的需要，定義離子活度IAP和飽和度SA為
式中：cAn+和cBm-分別代表An+和Bm-在溶液中的濃度(活度)。根據(jù)溶液化學(xué)的基本理論，當(dāng)SA>1(IAP>Ksp)時，沉淀會自發(fā)生成；當(dāng)飽和度SA<1(IAPsp)時，沉淀會自發(fā)溶解。
二、結(jié)果與討論
1、pH值對石英浮選的影響
石英作為一種常見的脈石礦物，采用油酸鈉進(jìn)行浮選時，需加入多價金屬離子進(jìn)行活化，其中多價金屬離子的活化效果與礦漿pH值密切相關(guān)。因此，在油酸鈉質(zhì)量濃度為160mg/L、氯化鈣質(zhì)量濃度為100mg/L、淀粉質(zhì)量濃度為60mg/L的條件下，考察了石英的浮選回收率與礦漿pH值的關(guān)系，如圖1所示。
由圖1可知，礦漿pH能顯著影響石英的浮選。當(dāng)pH值在3~7區(qū)間內(nèi)變化時，石英幾乎不浮，之后隨著pH值的增大浮選回收率迅速增加，當(dāng)pH值為11左右時回收率最大。當(dāng)pH值超過11后，回收率略微降低。浮選試驗結(jié)果表明，當(dāng)pH值為11左右時鈣離子的活化效果最好，因此下述浮選試驗的pH值定為11。
2、菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選的影響
為探究菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選的影響，分別進(jìn)行“直接浮選”和“去溶解組分浮選”。
“直接浮選”的方法為：將石英和菱鐵礦(白云石)混合調(diào)漿，調(diào)節(jié)pH值為11左右，再按試驗要求加入藥劑進(jìn)行浮選。
“去溶解組分浮選”的方法為：先將菱鐵礦(白云石)在pH值為11左右的條件下攪拌溶解30min，將溶解液與菱鐵礦(白云石)分離，并用去離子水清洗菱鐵礦(白云石)三次，然后按照“直接浮選”的方法進(jìn)行浮選試驗。
在pH值為11、油酸鈉的質(zhì)量濃度為160mg/L、氯化鈣的質(zhì)量濃度為100mg/L、淀粉的質(zhì)量濃度為60mg/L的條件下，分別進(jìn)行“直接浮選”和“去溶解組分浮選”，考察菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響，浮選試驗結(jié)果如圖2與圖3所示。由圖2可知，隨著菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，石英的浮選回收率降低。當(dāng)菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％時，對石英進(jìn)行“直接浮選”，其回收率由90.05％下降為15.32％；而在菱鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的條件下，對石英進(jìn)行“去溶解組分浮選”，其回收率為75.53％，因此可以推測菱鐵礦的溶解組分會顯著影響石英浮選。由圖3可知，白云石在一定程度上會降低石英的浮選回收率，當(dāng)白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％時，“直接浮選”的回收率為73.24％，而“去溶解組分浮選”的回收率為76.95％，因此與菱鐵礦相比，白云石的溶解組分對石英浮選影響較小。
3、藥劑用量對石英浮選的影響
為進(jìn)一步探究菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響，研究了藥劑對石英浮選的影響。在菱鐵礦(白云石)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，pH值為11、氯化鈣的質(zhì)量濃度為100mg/L、淀粉的質(zhì)量濃度為60mg/L的條件下，改變油酸鈉的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖4所示?？芍?，當(dāng)油酸鈉的質(zhì)量濃度從160mg/L增大至240mg/L時，石英的浮選回收率略有增加，(石英＋白云石)混合礦中石英的回收率從78.56％提高至88.56％，(石英＋菱鐵礦)混合礦中石英的回收率始終小于20％。
因此可以認(rèn)為，白云石增大了捕收劑的消耗，從而使石英的浮選回收率降低，增大捕收劑用量可在一定程度上消除白云石對石英浮選的影響；而菱鐵礦對石英浮選的影響與藥劑消耗無關(guān)，增大藥劑用量不能有效消除影響。
在菱鐵礦(白云石)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，pH值為11、油酸鈉的質(zhì)量濃度為160mg/L、氯化鈣的質(zhì)量濃度為100mg/L的條件下，改變淀粉的質(zhì)量濃度，結(jié)果如圖5所示?？芍?，淀粉的質(zhì)量濃度從0增加至80mg/L時，(石英＋菱鐵礦)混合礦中石英的回收率由80.13％降低至14.13％，回收率明顯降低；而(石英＋白云石)中石英的回收率由82.89％降低至70.23％，降低程度不明顯。
因此可認(rèn)為菱鐵礦對石英浮選的影響與淀粉用量有關(guān)；而與菱鐵礦相比，白云石對石英浮選回收率的降低程度受淀粉影響較小。
4、吸附量測定
一般來說，礦物的浮選回收率與捕收劑的吸附量有關(guān)，探究油酸鈉吸附量的變化，有助于分析菱鐵礦和白云石對石英浮選影響的作用機(jī)理。在pH值為11，油酸鈉的質(zhì)量濃度為160mg/L、氯化鈣的質(zhì)量濃度為100mg/L、菱鐵礦和白云石質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為10％的條件下，淀粉對石英浮選的影響的結(jié)果如圖5所示，淀粉對油酸鈉吸附量影響的結(jié)果如圖6所示?？芍?，淀粉和菱鐵礦的共同作用會明顯降低油酸鈉在石英表面的吸附量；淀粉或菱鐵礦單獨存在時，對石英表面油酸鈉的吸附量影響不明顯。白云石可在一定程度上降低油酸鈉在石英表面的吸附量。
綜合吸附量測定結(jié)果與浮選試驗結(jié)果，推測石英回收率降低的主要原因是油酸鈉在石英表面吸附量的降低，菱鐵礦(溶解組分)可增強(qiáng)淀粉對活化石英的抑制效果，進(jìn)而降低油酸鈉的吸附量；而白云石(溶解組分)與菱鐵礦相比，在增強(qiáng)淀粉抑制作用方面影響較弱。
三、結(jié)論
1、浮選試驗表明：菱鐵礦對石英浮選的影響
與其溶解組分有關(guān)，當(dāng)?shù)矸鄞嬖跁r，菱鐵礦可明顯影響石英浮選；白云石溶解組分對石英浮選影響較小，增大油酸鈉用量可在一定程度上消除影響。
2、吸附量測定結(jié)果表明：菱鐵礦(溶解組分)可明顯增強(qiáng)淀粉對活化石英的抑制效果；而與菱鐵礦相比，白云石(溶解組分)在增強(qiáng)淀粉抑制作用方面影響較弱。
3、溶液化學(xué)計算表明：菱鐵礦溶解組分可將活化的石英表面轉(zhuǎn)化為易被淀粉抑制的CaCO3沉淀；而白云石的溶解會受到溶液中鈣離子的抑制，因此對石英浮選影響較小。這是菱鐵礦和白云石溶解組分對石英浮選影響存在差異的主要原因。
資料來源：菱鐵礦和白云石對石英浮選的影響，李東，東北大學(xué)學(xué)報；
編輯整理：中國粉體技術(shù)網(wǎng)
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
