《武汉工程大学学报》 2014年05期
20-24
出版日期：2014-05-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
胶磷矿浮选中碱性联合调整剂
0引言对于磷矿浮选，最关键的问题是浮选药剂［1］.磷矿浮选药剂按其用途可分为：捕收剂、起泡剂、调整剂（包括抑制剂、活化剂、介质调整剂、分散与絮凝剂）.国内外有很多关于磷矿浮选捕收剂和抑制剂的研究，而对磷矿pH调整剂的研究报道不多.pH值影响矿物表面的界电性质，因而有效地影响捕收剂在矿物表面的选择性吸附，同时也影响各种浮选药剂在矿浆中的水解进而影响浓度或活度.在碱性矿浆中脂肪酸类捕收剂才能解离出较多的脂肪酸阴离子，有利于浮选.矿浆中的OH-与捕收剂阴离子在一定条件下均可在矿物表面发生竞争吸附，由于OH-离子是一种水化作用较强的离子，当pH值过高时，在矿物表面吸附OH-离子占优势，这时OH-离子会造成强烈的亲水效应，使有些矿物的可浮性变差［25］.磷矿正浮选工艺需在碱性条件下进行，一般使用Na2CO3作为碱性调整剂，但用量较大，多达5～8 kg/t，选矿成本较高［6］.为了降低Na2CO3的用量，并有效调整矿浆的pH值，笔者将Na2CO3联合CaO或NaOH作为碱性调整剂进行试验和探索.1试验矿样、药剂1.1矿石性质试验所用矿样主要有用矿物为胶磷矿，其次为细晶磷灰石，脉石矿物为白云石、玉髓、石英及少量方解石、褐铁矿、黄铁矿、粘土等.化学多元素分析结果表明该矿样中含P2O5 15.09%.矿石X射线荧光光谱分析结果见表1.表1矿石主要化学成分X射线荧光光谱分析Table 1Result of Xray spectrum analysis of main ore chemical composition成分P2O5MgOSiO2Fe2O3Al2O3CaOA.I灼失量w/%14.886.2129.341.240.3130.2630.8615.311.2试验药剂及仪器Na2CO3：工业级，配成10%水溶液；NaOH：分析纯，配成10%水溶液；CaO：分析纯，每次称取所需剂量，配成乳悬浮液；水玻璃：工业级，配成5%水溶液；抑制剂CM1：工业级，配成1%水溶液；捕收剂TSM：脂肪酸类捕收剂，配成2%水溶液；XMB67型200×240棒磨机；XSHF23型湿式分样机；XFD0.75型单槽浮选机；RK/ZL260/200多功能真空过滤机；1014A型电热鼓风干燥箱；MP502B型电子天平.2试验结果与讨论2.1磨矿细度及药剂制度试验浮选前的磨矿作业，目的是使矿石中的有用矿物得到单体解离，并将矿石磨到适于浮选的粒度.磨矿细度的最佳值主要取决于矿石性质.以Na2CO3为调整剂采用一次一因素法研究了磨矿细度、水玻璃、抑制剂CM1及捕收剂TSM的用量对浮选结果的影响，试验流程如图1.确定磨矿细度为-0.074 mm 93.38%、水玻璃用量为3.0 kg/t、抑制剂CM1用量为0.6 kg/t、捕收剂TSM用量0.6 kg/t.浮选温度为45 ℃，浮选机转速r=1 900 r/min，充气量Q=100 L/h. 图1浮选试验流程图Fig.1Flotation test flow chart2.2Na2CO3作为pH调整剂试验Na2CO3对矿浆有缓冲作用，其水溶液显弱碱性，可调节矿浆pH值为8～10.本试验在磨矿细度-0.074 mm含量93.38%，水玻璃3.0 kg/t，CM1用量0.6 kg/t，捕收剂TSM 0.6 kg/t的条件下进行了Na2CO3作为pH调整剂的浮选用量试验，试验结果见表2.第5期罗惠华，等：胶磷矿浮选中碱性联合调整剂 武汉工程大学学报第36卷表2Na2CO3用量试验结果Tabble 2Results of Na2CO3 dosage tests Na2CO3用量/(kg/t)精矿/%产率品位回收率尾矿品位/%选矿效率/%pH值4.075.3317.8689.856.1614.5210.015.074.9818.1191.325.1416.3410.256.074.0718.3491.764.6917.6910.307.076.4218.0992.015.1015.5910.38从表2可以看出，在Na2CO3用量4~6 kg/t内随用量增加精矿品位升高、回收率增加，尾矿品位降低，选矿效率提高，在用量达到7 kg/t时，回收率略有提高，精矿品位和选矿效率下降，尾矿品位升高.Na2CO3电离产生的CO2-3可以沉淀消除矿浆中的CaO2+、Mg2+等难免离子的有害影响，CO2-3离子水解产生的HCO-3吸附在矿物表面可以提高其疏水性［4］.2.3CaO用量试验CaO具有强烈的吸水性，加入矿浆后与水作用生成Ca(OH)2，可以使矿浆pH值提高到11以上.一般来说，在使用脂肪酸类捕收剂时，不宜使用CaO调节pH值，因为这时会生成溶度积很低的脂肪酸钙，消耗掉大量的脂肪酸，并且会使浮选过程的选择性变坏.但CaO是最廉价的碱，且调节pH的能力较强.进行了使用CaO调节矿浆pH的试验，CaO以悬浮液添加.试验结果见表3.从表3可以看出，以CaO作为pH调整剂时，精矿的上浮量较小，产率没有超过30%，精矿的品位为12%～14%，比原矿的品位较低，说明大部分的胶磷矿没有被浮选，回收率最高也只有24.14%，尾矿品位与原矿的品位接近，说明采用CaO作为pH调整剂浮选效果不好，比采用Na2CO3作为pH调整剂时其选别效果较差，因此CaO不能单独作为磷矿正浮选的pH调整剂，主要是Ca2+影响磷矿的浮选.在矿浆中添加了CaO之后，水解产生大量的Ca2+，可以与捕收剂作用生成脂肪酸钙沉淀，使得捕收剂的有效浓度下降，精矿的回收率降低.因此，为了提高回收率，必须增大捕收剂的用量.表3CaO用量试验结果Table 3Results of CaO dosage testsCaO用量/(kg/t)精矿/%产率品位回收率尾矿品位/%选矿效率/%pH值0.0522.5313.2819.7915.66-2.759.020.1024.2013.4021.4315.67-2.779.270.1526.9913.5224.1415.71-2.859.420.2022.1312.4918.2515.67 -3.889.622.4NaOH用量试验NaOH具有比NaCO3更强的碱性，使用NaOH调浆可以达到较高的pH值.与上述相同条件下，研究了正浮选pH调整剂NaOH对浮选的影响，试验中不添加碳酸钠，试验结果见表4.表4NaOH用量试验结果Table 4Results of NaOH dosage testsNaOH用量/(kg/t)精矿/%产率品位回收率尾矿品位/%选矿效率/%pH值1.037.6719.4948.0712.7310.4011.392.064.0416.1367.6513.753.6112.063.073.2615.7875.7013.872.4412.374.073.1015.5574.4614.501.3612.605.074.6715.4075.3114.900.6412.696.071.2815.4972.3014.721.0212.80从表4可以看出，以NaOH作为pH调整剂时，在低用量时精矿品位较高，但产率和回收率较低，尾矿品位12.73%，说明胶磷矿未被完全浮选.增加NaOH的用量，pH达到12以上，精矿产率和回收率均得到提高，但精矿品位下降约4%，NaOH的用量达到3.0 kg/t后，各用量条件下的精矿产率和回收率基本接近，均为70%～75%，但精矿质量较差，精矿品位在15.5%左右与原矿品位接近，没有选别效果，且选矿效率也很低，说明当pH达到12以上，矿浆中的部分Ca2+生成Ca(OH)2沉淀被消除，捕收剂被Ca2+反应生成脂肪酸钙沉淀的量减少，胶磷矿上浮量增加，另外，OH-离子含量增加影响了精矿质量，OH-离子与捕收剂阴离子在矿物表面发生竞争吸附，当OH-离子浓度增加，矿物表面吸附大量OH-离子而造成较强烈的亲水效应，使胶磷矿可浮性变差，浮选效果恶化.2.5CaO联合 Na2CO3作为pH调整剂试验由于在矿浆中添加了Na2CO3生成碳酸钙沉淀消除Ca2+的影响，本次试验捕收剂TSM的用量为0.9 kg/t，其他条件同上，在CaO用量0.15 kg/t下，研究在矿浆中添加不同用量的Na2CO3对浮选试验的影响，试验结果见表5.表5CaO用量0.15 kg/t时的Na2CO3用量试验结果Table 5Results of Na2CO3 dosage tests with CaO 0.15 kg/tNa2CO3用量/(kg/t)精矿/%产率品位回收率尾矿品位/%选矿效率/%pH值0.038.6914.2637.0215.31-1.679.431.075.4416.8585.248.949.809.533.085.8716.4694.775.508.9010.12从表5可以看出，在CaO用量0.15 kg/t的条件下，不添加Na2CO3时矿浆的pH值为9.43，回收率仅为37.02%，尾矿的品位较高为15.31%，而添加了Na2CO3 3.0 kg/t时，矿浆的pH值达到了10.12，回收率也升至94.77%，提高了57.75%，尾矿的品位降到了5.50%.说明添加了Na2CO3之后，有效地提高了选矿效果，降低了捕收剂的用量，同时矿浆的pH值也提高，有利于矿物的分选.在矿浆中添加7.0 kg/t Na2CO3，不添加CaO时，矿浆的pH值（10.38）与添加了3.0 kg/t Na2CO3和0.15 kg/t CaO的pH值（10.12）相当，但回收率低了2.76%，精矿的品位提高了1.63%，选矿效率高于添加了3.0 kg/t Na2CO3和0.15 kg/t CaO的选矿效率6.69%，说明单独采用Na2CO3作为调整剂时，能提高分选效率，而采用CaO与Na2CO3联合作为调整剂提高了回收率，但是使得捕收剂的选择性降低，因此，采用CaO与Na2CO3联合作为调整剂时，需采用选择性较好的捕收剂.2.4NaOH 联合Na2CO3作为pH调整剂试验本次试验在与上述相同条件下，研究了NaOH用量1.0 kg/t时配合使用Na2CO3作为pH调整剂的调浆效果及此时Na2CO3用量对浮选效果的影响，试验结果见表6.表6NaOH用量1.0 kg/t时Na2CO3用量试验结果Table 6Results of Na2CO3 dosage tests with NaOH 1.0 kg/tNa2CO3用量/(kg/t)精矿/%产率品位回收率尾矿品位/%选矿效率/%pH值1.059.0819.2374.499.5015.4111.332.063.6818.9779.218.7315.5311.343.073.4318.5891.644.7218.1811.47从表6可以看出，在NaOH用量1.0 kg/t同时添加Na2CO3作为pH调整剂时比单纯使用NaOH时的选别效果有较大改善.在NaOH用量1.0 kg/t的条件下，Na2CO3用量3.0 kg/t时的精矿产率73.43%和回收率91.64%较好，精矿品位18.58%和选矿效率18.18%也相对较高.3结语a.在浮选中，碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙常常作为碱性矿浆调整剂，由于NaOH的价格较高，CaO或NaOH单独作为磷矿正浮选pH调整剂时的浮选效果较差，因此不常采用此两种药剂.经常采用碳酸钠，但是使用碳酸钠的用量较大，碳酸钠的用量一般在6-8kg/t原矿，致使选矿成本较高，而且在实践生产中，碳酸钠用量大，浮选泡沫黏度大.b.单独采用CaO作为磷矿正浮选调整剂，需要较高的捕收剂用量，且降低选矿的分选性.单独采用CaO 0.15 kg/t时矿浆的pH值为9.43，而联合添加3.0 kg/t Na2CO3后矿浆的pH值为10.12，联合调整剂能有效调整矿浆的pH值，减少Na2CO3的用量，比单独以Na2CO3作为调整剂时，提高了选矿的回收率，但是浮选的选择性下降.故采用CaO联合Na2CO3作为调整剂时，需采用选择性较好的捕收剂，工业生产中一般不宜采用CaO联合Na2CO3作为调整剂.c.在使用NaOH 与 Na2CO3 比例为1∶3，总用量4.0 kg/t作为pH调整剂时的选矿指标精矿品位18.58%、回收率91.64%、选矿效率18.18%优于单独使用Na2CO3 6～7.0 kg/t时的选矿指标，前者的药剂用量低，因此选矿过程中的药剂成本会有所降低.在工业生产中，可以使用Na2CO3配合NaOH作为矿浆pH调整剂，以降低碳酸钠的用量，调整浮选泡沫黏度.致谢本论文的研究工作获得了中国地质调查局、国家自然科学基金委员会、科技部、湖北省自然科学基金的资助，在此表示感谢.同时衷心感谢武汉工程大学和中国地质科学院矿产综合利用研究所的该项目组全体成员，感谢中国地质科学院矿产综合利用研究所以及武汉工程大学资源与土木工程学院的支持.