鈣鎂離子對(duì)膠磷礦浮選影響機(jī)理探討

李冬蓮，黃 星，張亞東

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430073)

由于礦物的溶解、解離及吸附，浮選礦漿中存在大量的Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+等金屬陽(yáng)離子，在循環(huán)水中這些離子累積到一定的程度后往往影響浮選過程，而另一方面，選礦工作者又利用無機(jī)離子的作用促進(jìn)礦物間的分選，如在黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦和螢石礦的浮選中引入氰化物作抑制劑，硫酸銅作活化劑。關(guān)于浮選過程中金屬陽(yáng)離子的作用及機(jī)理，國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者進(jìn)行了研究和探討。

胡岳華等認(rèn)為，在礦物浮選中，金屬離子在礦物表面的吸附是金屬離子在礦物的界面形成了相應(yīng)金屬離子的表面沉淀[1]。

賈木欣和孫傳亮等研究了Fe3+、Ca2+、Pb2+、Cu2+在石英、鋰輝石、石權(quán)子石、綠柱石、鋰云母和長(zhǎng)石表面的吸附。指出不同礦物晶格中能提供的與金屬離子相配位的氧原子容易程度是陽(yáng)離子在礦物表面吸附的重要因素，半徑的大小有重要影響。[2]

C.Demir等[3]對(duì)金屬離子在鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石分離中的影響進(jìn)行了研究，認(rèn)為Ba2+和K+、Ca2+和Na+離子半徑相當(dāng)，故Ca2+能取代鈉長(zhǎng)石晶格中的Na+，Ba2+可取代鉀長(zhǎng)石晶格中的K+；同時(shí)，指出Ca2+存在時(shí)，與Na+的交換是吸附的主要原因；而Ba2+存在時(shí)，離子交換卻不是主要原因。

Al3+、Fe3+兩種三價(jià)金屬離子對(duì)藍(lán)晶石—油酸鈉體系的浮選具有活化作用；而Ca2+、Mg2+兩種二價(jià)金屬離子對(duì)藍(lán)晶石—油酸鈉體系的浮選具有抑制作用[4]。Fe3+對(duì)硅線石浮選有一定的抑制作用；在pH=6.4～10的范圍內(nèi)，Al3+能夠活化硅線石的浮選，而這兩種三價(jià)金屬離子都能活化石英浮選[5]。

因?yàn)锳l3+與Si4+的原子大小相近，性質(zhì)相近，所以Al3+形成的水解產(chǎn)物與石英表面的水解產(chǎn)物有相似的結(jié)構(gòu)，故存在特殊的親合力，吸附量較大， Al3+對(duì)石英和長(zhǎng)石表面動(dòng)電位改變最為明顯；Fe3+、Ca2+與Mg2+對(duì)石英和長(zhǎng)石的表面動(dòng)電位無明顯影響，毫無選擇性[6]。但是，F(xiàn)e3+能增加硅線石表面動(dòng)電位，降低微斜長(zhǎng)石表面動(dòng)電位，削弱Al3+對(duì)油酸鈉浮選微斜長(zhǎng)石的活化作用[7]。

鈣鎂離子對(duì)磷礦浮選的影響顯著[8-10]，致使磷礦選礦回水未能得有效利用。但相關(guān)機(jī)理卻未作研究和探討。

1 純礦物浮選試驗(yàn)

高品位的膠磷礦由云南磷化有限公司提供。手工錘碎至2cm，石英碾磨機(jī)磨礦后，用蒸餾水篩分，晾干，將粒級(jí)-0.147+0.025mm純礦物裝瓶以供實(shí)驗(yàn)用，膠磷礦P2O5含量38.21%。

浮選試驗(yàn)在SFG掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速2079r/min，礦漿溫度25℃，鹽酸和氫氧化鈉調(diào)至pH=10，油酸鈉濃度42.86mg/L時(shí)， Ca2+、Mg2+離子濃度對(duì)膠磷礦純礦物浮選影響如圖1所示。

圖1 Ca2+、Mg2+離子對(duì)膠磷礦浮選的影響

由圖1可以看出， pH=10時(shí)，Ca2+、Mg2+離子對(duì)磷礦浮選影響較大。當(dāng)Ca2+、Mg2+離子濃度小于10mg/L時(shí)，膠磷礦回收率有所升高，隨后其濃度增加，回收率明顯下降。

2 礦物表面接觸角的測(cè)定

粉體的潤(rùn)濕接觸角往往只有相對(duì)的意義，測(cè)定其準(zhǔn)確的數(shù)值很困難，主要原因有三：①液體表面易被污染，因而改變液—?dú)饨缑鎻埩?；②固體表面粗糙、不均勻，以及被微量雜質(zhì)污染；③滯后現(xiàn)象，即液體在干燥固體表面上鋪展時(shí)和在潮濕固體表面上收縮時(shí)的θ值不同。

因此，實(shí)際應(yīng)用中一般測(cè)量相對(duì)潤(rùn)濕接觸角。

采用上海中晨?jī)x器公司jf99A粉體接觸角測(cè)定儀，測(cè)定膠磷礦純礦物在不同溶液中的相對(duì)接觸角，稱取一定量的礦樣裝入石英玻璃管壓實(shí)，放入接觸角測(cè)量?jī)x中，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 膠磷礦與不同溶液作用的相對(duì)接觸角

由表1可知，油酸鈉與膠磷礦作用的相對(duì)接觸角最大；水與膠磷礦作用的相對(duì)接觸角最小。礦物的潤(rùn)濕性可用cosθ表示，而疏水性或可浮性可用(1-cosθ)表示。由此可知，油酸鈉與礦物作用時(shí)，其可浮性最好。鈣鎂離子的加入降低了油酸鈉與膠磷礦作用的相對(duì)接觸角，從而影響膠磷礦的可浮性。

3 吸附量的測(cè)定

捕收劑在礦物表面吸附量的大小直接影響到浮選的效果。若捕收劑的礦物表面的吸附量較大，則礦物的疏水性增加，容易上浮，浮選效果較好，反之則浮選效果差。

采用分光光度計(jì)法測(cè)量油酸鈉在礦物表面的吸附量。稱取3g純礦物與42.86mg/L的油酸鈉充分?jǐn)嚢?h，保持pH=10不變，作用達(dá)平衡后用離心機(jī)固液分離，時(shí)間為5min。取10mL清液用氯仿比色法測(cè)定廢液中殘留的捕收劑量，然后用加入的捕收劑的量減去殘留的捕收劑量即可測(cè)得捕收劑在礦物的吸附量。測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

圖2 鈣鎂離子對(duì)膠磷礦吸附油酸鈉的影響

4 傅里葉紅外光譜測(cè)試

采用美國(guó)Thermo ELectron公司NicoLet 6700型傅立葉紅外光譜儀，近紅外光譜和中紅外光譜范圍在7800～350cm-1，分辨率優(yōu)于0.09cm-1，波數(shù)精度0.01cm-1，信噪比高達(dá)50000∶1。

樣品制備：將礦樣與油酸鈉(428mg/L)攪拌2h后，80℃以內(nèi)溫度烘干，即可測(cè)試。

礦樣與油酸鈉(428mg/L)、鈣離子(500mg/L)溶液攪拌2h，操作同上；礦樣與油酸鈉(428mg/L)、鎂離子(1000mg/L)溶液攪拌2h，操作同上。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 膠磷礦表面紅外光譜

5 礦漿組份分析

而pH=10時(shí)，在鈣離子的水溶液中，主要存在的是Ca2+、CaOH+和Ca(OH)2(aq)；在鎂離子的水溶液中，主要存在的是Mg2+、MgOH+和Mg(OH)2(s)。當(dāng)加入大量鈣鎂離子于膠磷礦—油酸鈉體系，pH=10時(shí)，已經(jīng)能形成鈣鎂離子的氫氧化物溶膠或沉淀。也就是說，在堿性礦漿中，當(dāng)鈣鎂離子達(dá)到一定的濃度時(shí)，形成氫氧化物溶膠或沉淀吸附于礦物表面，影響膠磷礦的浮選。

6 結(jié)論

1) 當(dāng)鈣鎂離子濃度達(dá)到100mg/L時(shí)，使膠磷礦回收率降低，影響膠磷礦的浮選。

2) 通過膠磷礦表面相對(duì)接觸角及吸附量測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)pH=10時(shí)，大量鈣鎂離子存在會(huì)使膠磷礦表面疏水性減弱，可浮性變差。

3) 紅外光譜及礦漿溶液組份分析結(jié)果表明，堿性礦漿中，鈣鎂離子達(dá)到一定濃度時(shí)，形成氫氧化物溶膠或沉淀，吸附于膠磷礦表面，影響膠磷礦的浮選。

[1]胡岳華,王淀佐.金屬離子在氧化物礦物/水界面的吸附及浮選活化機(jī)理[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào),1987,18(5):501-508.

[2]賈木欣,孫傳堯.幾種硅酸鹽礦物對(duì)金屬離子吸附特性的研究[J].礦冶,2001,10(3):25-30.

[3]C.Demir,I.BentLi,I.GuLgonuL,M.S.CeLik.Effects of bivaLent saLts on the fLotation separation of Na-feLdspar from K-feLdspar[J].MineraLs Engineering,2003(16):551-554.

[4]董宏軍,陳藎,毛鉅凡.金屬離子對(duì)藍(lán)晶石可浮性的影響及機(jī)理研究[J].非金屬礦,1996(1):27-30.

[5]李曄,雷東升,許時(shí).礦漿中金屬離子對(duì)硅線石與石英浮選分離的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2002,30(3):362-365.

[6]劉亞川,張克仁,龔煥高.金屬離子對(duì)浮選藥劑作用的影響[J].金屬礦山,1994(2):45-48.

[7]張琪,方和平.金屬離子對(duì)硅線石和微斜長(zhǎng)可浮性的影響[J].礦產(chǎn)資源保護(hù)和利用,1999(1):34-37.

[8]李冬蓮,秦芳,張亞東.云南磷礦選礦回水研究(Ⅰ)：對(duì)晉寧磷礦正浮選的影響[J].化工礦物與加工,2012(11):1-4.

[10]李冬蓮,秦芳,周新軍.云南磷礦選礦回水研究(Ⅱ)：無機(jī)離子對(duì)安寧磷礦正浮選的影響[J].化工礦物與加工,2013(2):9-12.