DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2002.01.035
高碱度矿浆中含钙矿物的可浮性
田学达 张小云 王淀佐 李隆峰
湘潭大学化工学院
中南大学矿物工程系
中南大学矿物工程系 湘潭411105
长沙410083
摘 要：
高碱度矿浆中含钙矿物表现出不同的可浮性 , 其变化趋势为白钨矿 >方解石 >萤石 , 白钨矿可浮性好而萤石可浮性差。在高NaOH用量下实验室和工业试验均可实现白钨矿与萤石的浮选分离。捕收剂在矿物表面的吸附量测定表明 , 在高碱度矿浆中 , 捕收剂在白钨矿表面吸附牢固而在萤石表面吸附很差 ;Zeta电位测定表明 , 高碱度下白钨矿与萤石均荷负电 , 由于电荷间相互斥力使白钨矿与萤石处于分散状态 , 从而实现白钨矿与萤石的浮选分离。
关键词：
可浮性 ;含钙矿物 ;高碱度 ;浮选分离 ;
中图分类号： TD923
收稿日期： 2001-03-15
Floatability of calcium minerals in higher alkalinity pulp
Abstract：
Calcium minerals display different flotation behaviors in higher alkalinity pulp, and their floatabilities vary in the following order: scheelite>calcite>fluorite. Scheelite is floated well and fluorite worse. The separation of scheelite from fluorite was achieved in the absent of any depressant in bench scale studies and pilot plant tests. The measurements of adsorption of sodium oleate on minerals show that in higher alkalinity pulp the collector can be adsorbed strongly on scheelite but weakly on fluorite, and the measurements of zeta potential indicate that electronegative scheelite and fluorite can be dispersed by the influence of electrostatic repellency force.
Keyword：
floatability; calcium minerals; alkalinity; separation;
Received： 2001-03-15
含钙矿物白钨矿、 萤石与方解石由于都含有阳离子钙, 可浮性相近。 在常规白钨矿浮选条件下, 方解石和萤石易上浮, 影响白钨矿精矿质量
[1 ,2 ,3 ,4 ]
。 在白钨矿浮选理论与工艺方面的研究已很多, 并取得了不少的成果。
对白钨矿、 萤石和方解石的可浮性与矿浆pH值的关系, 研究颇多, 认为当pH值大于8.0时, 白钨矿、 萤石和方解石才表现出较好的可浮性, 白钨矿和方解石随着pH值继续升高, 可浮性基本稳定, 萤石当pH超过10.0后, 可浮性下降较快
[5 ,6 ,7 ]
。 但研究的范围一般仅限于pH≤12.0
[8 ]
。
显然, 当矿浆pH达到12.0后, 若要再将pH值提高到13.0, 则强碱调整剂用量需大幅度增加, 而pH上升缓慢, 而且在浮选实验室中, 此时已难以准确测出pH值。
以NaOH为例, 在纯水中, 一般认为NaOH完全电离:
NaOH=Na+ +OH-
要使pH=12.0, 则[OH- ]=0.01 mol/L, 亦即NaOH质量浓度为400 mg/L; 反之, 当NaOH质量浓度为1 400 mg/L, 即0.035 mol/L时, pH=14+lg 0.035=12.54。
由此可见, 当NaOH质量浓度由400 mg/L增大到1 400 mg/L时, 溶液pH值只增加了0.54, 如果在矿浆中, 由于OH- 与矿物阳离子生成沉淀物, 则pH值增加更小。 在此范围内, 如果继续沿用pH值与矿物可浮性的关系来描述矿物浮选规律, 显然已不能反映出调整剂用量变化对矿物可浮性的影响。 因此应该引入高碱度概念, 这样才能较清晰地反映矿物可浮性与强碱调整剂浓度变化的关系。 本文作者突破传统研究中pH值的上限, 在NaOH质量浓度为400 mg/L至1 400 mg/L的高碱度范围, 研究白钨矿、 萤石和方解石的可浮性。
1 实验
1.1 试样
纯矿物中, 白钨矿与萤石取自湖南郴州柿竹园钨矿, 方解石取自长沙矿石粉厂。 所取样品经化验合格后, 用瓷球磨机磨至<0.074 mm, 装瓶备用。 白钨矿、 萤石和方解石的纯度分别为98.8%, 98.2%和98.7%。
天然矿石取自柿竹园Ⅲ矿带富矿段。 将所取矿石用弱磁选除铁、 强磁选除去黑钨矿和石榴子石, 并浮尽硫化矿后, 作为实验室试验给矿。 试样主成分化学分析如表1所示。
工业试验样由柿竹园矿负责采制, 主成分化学分析如表2所示。
表1 试样主成分化学分析
Table 1 Composition of scheelite ore for bench scale test
Component
WO3
CaF2
CaCO3
SiO2
Fe
Content/%
0.75
30.80
11.57
2.14
0.05
表2 工业试验样主成分化学分析
Table 2 Composition of scheelite ore for pilot-plant
Component
WO3
Mo
Bi
CaF2
CaCO3
SiO2
Fe
Content/%
0.55
0.10
0.17
17.81
6.08
43.37
5.3
1.2 浮选试验与药剂
单矿物和人工混合矿试验在XFG型挂槽式浮选机中进行;天然矿实验室试验在XFD单槽式浮选机中进行;工业试验在柿竹园矿进行, 规模为1.5 t/d。
实验室用油酸钠和NaOH为分析纯, 工业试验所用NaOH、 氧化石蜡皂和松醇油为工业品。
1.3 吸附量与Zeta电位测定
根据羧酸根与显色剂反应生成络合物这一原理, 用紫外光谱法测定络合物浓度后, 可计算出油酸钠的浓度。 主要设备为日本岛津公司UV-3000型紫外光谱仪。 Zeta电位测定用微电泳仪。
2 结果与讨论
2.1 高碱度下含钙矿物可浮性规律
用100 mg/L油酸钠作捕收剂, 50 mg/L松醇油作起泡剂, 矿浆温度为18℃时, 白钨矿、 萤石、 方解石的可浮性与高碱度的关系, 如图1所示。
图1 矿物可浮性与NaOH浓度的关系
Fig.1 Effect of NaOH on floatability (Sodium oleate 100 mg/L; temperature 18 ℃;pine camphor oil 50 mg/L) 1—Scheelite; 2—Calcite; 3—Fluorite
由图1可见, 在高碱度矿浆中, 白钨矿保持着良好的可浮性; 方解石的可浮性随着NaOH浓度增加而略有下降; 萤石在高碱度下可浮性极差。 由此表明白钨矿、 方解石和萤石在高碱度下的可浮性强弱顺序为: 白钨矿>方解石>萤石。
2.2 天然矿浮选分离试验
实验室试验采用一粗一精一扫工艺流程, 得到白钨粗精矿。 粗选NaOH为变量, 药剂733为200 g/t, 精选NaOH为800 g/t, 扫选药剂733为200 g/t。 白钨粗精矿指标与粗选矿浆高碱度的关系如表3所示。
表3 白钨粗精矿指标与矿浆高碱度的关系
Table 3 Open-circuit test result
ρ (NaOH) -1 )
Scheelit rough concentrate grade/%
Recovery/%
WO3
CaCO3
CaF2
WO3
800
5.33
73.52
16.25
94.41
1 000
5.86
73.14
15.33
93.95
1 200
6.32
72.00
13.50
93.65
1 400
7.01
71.43
11.29
92.08
Sample
0.75
11.57
30.80
100.00
试验结果表明, 在高碱度矿浆中, 白钨矿与萤石分离得较好, 经过一次粗选, 一次精选, 不用任何抑制剂, 即可使萤石含量从原矿的30.8%降为白钨粗精矿的11.29%。 但不使用抑制剂, 仅靠高碱度矿浆, 不能实现白钨矿与方解石的浮选分离。
工业扩大试验所用矿样, 同时含有白钨、 黑钨、 萤石、 方解石、 石榴子石以及磁铁矿和石英, 成分十分复杂, 影响钨粗精矿指标的因素很多。 但仅就钨粗精矿指标与矿浆高碱度来考查, 发现当使用1 963 g/t的NaOH来浮选时, 结果原矿含WO3 0.512%, CaF2 17.81%, 钨粗精矿含WO3 4.3%, CaF2 9.43%; 而当NaOH用量少于800 g/t时, 钨粗精矿含CaF2 均大于20.0%。 因此可认为, 高碱度矿浆有利于实现白钨矿与萤石的浮选分离。
2.3 捕收剂吸附量与Zeta电位测定
高碱度下白钨矿、 方解石和萤石表现出不同的可浮性, 其机理可从矿物对捕收剂吸附能力不同得到解释。 在100 mL不同NaOH浓度的溶液中加入1 g矿物并搅拌, 加入油酸钠, 使溶液的油酸钠初始质量浓度固定为100 mg/L, 然后测定矿物对油酸钠的吸附量, 结果如图2所示。
图2表明, 随着NaOH浓度的增加, 萤石对油酸钠的吸附量越来越少, 以致不吸附;而白钨矿对油酸钠的吸附基本不变;方解石则略有降低。 矿物对捕收剂的吸附规律与矿物所表现出的可浮性规律是对应一致的。
图3和图4所示分别是高碱度下白钨矿和萤石的Zeta电位测定结果。 图中表明, 白钨矿与萤石在较高NaOH浓度的溶液中不论是否存在油酸钠, 均荷负电。 由于电荷间静电斥力, 使白钨矿与萤石处
图2 矿物对油酸钠的吸附量与NaOH浓度的关系
Fig.2 Effect of NaOH on adsorption of sodium oleate (Sodium oleate 100 mg/L; Temperature 18 ℃) 1—Scheelite; 2—Calcite; 3—Fluorite
图3 NaOH浓度与萤石Zeta电位的关系
Fig.3 Effect of NaOH on zeta potential of scheelite1—Without sodium oleate; 2—Sodium oleate 100 mg/L
图4 NaOH浓度与Zeta电位的关系
Fig.4 Effect of NaOH on zeta potential of fluorite1—Without sodium oleate; 2—Sodium oleate 100 mg/L
于分散状态, 从而使浮选分离易于实现。
3 结论
1) 高碱度矿浆中白钨矿可浮性好, 萤石可浮性差。 在高NaOH用量条件下, 不用常规抑制剂即可实现两者的浮选分离。
2) 在400 mg/L以上的NaOH溶液中, 白钨矿对油酸钠吸附得好而萤石吸附很差。
3) 在400 mg/L以上的NaOH溶液中, 白钨矿与萤石表面均荷负电。
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