從某稀有金屬尾礦中回收長石的試驗(yàn)研究

張利珍，呂子虎，譚秀民，張秀峰

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

從某稀有金屬尾礦中回收長石的試驗(yàn)研究

張利珍1，2，呂子虎1，2，譚秀民1，2，張秀峰1，2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006)

本文分析了某稀有金屬尾礦的礦物組成、粒度組成以及礦物之間的相互嵌布關(guān)系。根據(jù)尾礦性質(zhì)，考察了工藝流程，磨礦細(xì)度，陰陽離子混合捕收劑的篩選、配比以及用量等條件對長石石英分選效果的影響。最終，采用自行研制的陰離子捕收劑EZ-2和十二胺，應(yīng)用硫酸法分離長石和石英，得到含Al2O317.12%、K2O3.27%、Na2O8.26、Fe2O30.11%的長石精礦及含SiO296.07%、Fe2O30.02%的石英砂，實(shí)現(xiàn)了尾礦的高效利用。同時(shí)，捕收劑EZ-2也展現(xiàn)了良好的捕收性能，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。

長石；石英；浮選；稀有金屬尾礦

長石是鉀、鈉、鈣、鋇等堿金屬或堿土金屬的架狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽礦物，其主要成份為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等，是地殼中分布最廣的造巖礦物，常與石英、云母及粘土礦物等共生，由于含有堿金屬和氧化鋁而廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷等行業(yè)[1-2]。內(nèi)蒙某稀有金屬礦屬于鈉長石化堿長花崗巖型礦石，含有鉭鈮礦物及其它稀有元素礦物，稀有金屬礦物分選后產(chǎn)生了大量以長石礦物為主要成分的尾礦，為了綜合回收尾礦中的長石資源及提高長石產(chǎn)品質(zhì)量，對其開展了長石回收的試驗(yàn)研究。

1 尾礦性質(zhì)

稀有金屬尾礦中的主要礦物是鈉長石、鉀長石、石英、白云母及少量的螢石、褐鐵礦、赤鐵礦和黃鐵礦。鈉長石、鉀長石和石英的粒度和晶體發(fā)育程度差異甚大，石英基本均呈它形粒狀，其粒度幾乎是鈉長石的10倍以上，鉀長石呈半自形的板狀，其粒度不足石英的一半，鈉長石均呈自形的板條狀(見圖1左)。此外交代結(jié)構(gòu)發(fā)育，鈉長石發(fā)育呈板狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)烈的交代了石英、鉀長石及白云母，鉀長石交代了石英、使石英交代呈篩狀(見圖1右)。當(dāng)鈉長石交代了石英時(shí)，一粒石英中可包含數(shù)十粒鈉長石，鈉長石交代了鉀長石時(shí)，一粒鉀長石中可包含數(shù)粒鈉長石。由此可見，礦物之間關(guān)系復(fù)雜，且嵌布粒度較細(xì)，長石與石英的分離難度很大。尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，粒度篩析結(jié)果見表2。

成分K2ONa2OSiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgO含量3.166.7573.9715.140.370.00270.0720.024

表2 尾礦粒度篩析結(jié)果

2 浮選試驗(yàn)

長石和石英是尾礦中最主要的兩種礦物，占總量的90%以上，兩者在物理性質(zhì)、化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面相似，一般的物理選礦方法難以將兩者分離，因此浮選已成為它們分離的主要方法。目前長石和石英浮選分離的工藝主要有“氫氟酸法”、“硫酸法”、“中性浮長石法”和“堿性浮石英法”等[3-8]。針對該尾礦，進(jìn)行了四種長石石英分離工藝流程的對比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氫氟酸法效果最好，硫酸法次之，堿性法較差，中性法幾乎沒有任何分選效果。但由于F-離子的危害、強(qiáng)酸腐蝕、環(huán)保問題以及氫氟酸使用過程中的諸多不便，故選擇硫酸法進(jìn)行尾礦中回收長石的試驗(yàn)研究。

硫酸法[9-10]是在強(qiáng)酸性(一般為H2SO4，pH值為2～3)條件下，用陰陽離子混合捕收劑優(yōu)先浮選長石，強(qiáng)酸性使長石表面的解離平衡向左移(式(1)，式(2))，負(fù)電性下降，在礦漿pH=2～3時(shí)，正處于石英零電點(diǎn)附近，而比長石零電點(diǎn)高，在這一pH值條件下長石表面荷負(fù)電，石英表面不荷電。當(dāng)陰陽離子混合捕收劑加入該礦漿中時(shí)，胺類陽離子率先吸附在長石表面負(fù)電荷區(qū)，陰離子捕收劑再與吸附的胺類捕收劑絡(luò)合，共吸附在長石表面。表面張力測定表明：這些絡(luò)合物有更高的表面活性，從而大大增加了長石表面疏水性，使長石得以上浮。

(1)

(2)

另外，在這一pH值下，長石表面既有活性Al3+對陰離子捕收劑的特性吸附，又有表面配衡金屬離子K+或Na+因溶于礦漿而在礦物表面形成的正電荷空洞，對陽離子捕收劑的靜電吸附和分子吸附，多種吸附互相促進(jìn)，協(xié)同作用，使長石可浮性大大優(yōu)于石英。本次試驗(yàn)主要考察磨礦細(xì)度，陰陽離子混合捕收劑的篩選、配比以及用量等條件對長石石英分離效果的影響。

2.1 磨礦細(xì)度對長石分選效果的影響

由顯微鏡下觀察及表2可知，尾礦中礦物共生關(guān)系復(fù)雜，且嵌布粒度較細(xì)，長石與石英的解離度較低，有必要進(jìn)一步磨礦以提高礦物的解離度。此外，長石和石英浮選分離前，脫除細(xì)粒粘土類和云母類礦物有利于降低藥耗及對長石和石英分離的影響[4,11]，而且可提高浮選效率。經(jīng)過試驗(yàn)確定脫去細(xì)泥的粒度為-20μm，云母浮選十二胺用量粗選100g/t、掃選50g/t。在此基礎(chǔ)上考察磨礦細(xì)度對長石分選效果的影響，工藝流程及藥劑條件見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 全流程開路試驗(yàn)流程

圖3 磨礦細(xì)度對長石分選效果的影響

由圖3可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，K2O+Na2O的品位分別為11.57%、11.45%、11.54%和11.20%，相差不大；但回收率的變化較大，K2O的回收率從33.71%增加到66.90%，Na2O的回收率從49.50%增加到80.33%。綜合考慮選擇長石石英浮選分離的磨礦細(xì)度為-0.074mm占77.4%。

2.2 陰陽離子捕收劑篩選對長石分選效果的影響

長石和石英浮選分離常用的陽離子捕收劑有十二胺(DDA)、油胺、二胺、混合胺和椰油胺等，陰離子捕收劑主要有脂肪酸及其皂、十二烷基磺酸鈉(SDS)、石油磺酸鈉(SPS)、油酸(OA)等。本次試驗(yàn)以DDA為陽離子捕收劑，考察其與SDS、SPS、OA和EZ-2等陰離子捕收劑組合對長石石英浮選分離的影響，工藝流程及藥劑條件見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。其中，陰陽離子捕收劑用量配比為6∶1，即900∶150g/t；EZ-2是中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所自行研制的一種陰離子型氧化礦捕收劑。

由圖4可知：相同的用量條件，DDA與EZ-2及DDA與OA的組合效果較好，DDA與SDS的組合次之，DDA與SPS的組合效果最差。其中，DDA與EZ-2的組合更具有一定的優(yōu)越性，故長石和石英浮選分離的陰陽離子捕收劑確定為EZ-2與DDA。

2.3 陰陽離子捕收劑配比對長石分選效果的影響

陰陽離子混合捕收劑的配比是影響長石與石英分離效果的重要因素，為此進(jìn)行陰陽離子捕收劑的配比試驗(yàn)(即EZ-2∶DDA)，工藝流程及藥劑條件見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 陰陽離子捕收劑組合對長石分選效果的影響

圖5 陰陽離子捕收劑配比對長石分選效果的影響

由陰陽離子捕收劑配比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，單獨(dú)使用陰離子捕收劑或陽離子捕收劑時(shí)，長石石英分離效果都不佳；隨著陰陽離子捕收劑用量比值的增加，長石精礦產(chǎn)率和回收率先增加后降低，K2O+Na2O的品位隨之增加；當(dāng)陰陽離子捕收劑用量比增大到6∶1時(shí)，分選效果達(dá)到最佳，故選擇EZ-2和DDA的用量比為6∶1。

2.4 陰陽離子捕收劑用量對長石分選效果的影響

在確定陰陽離子捕收劑配比為6∶1的基礎(chǔ)上，考察其用量對長石分選效果的影響，工藝流程及藥劑條件見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著捕收劑用量的增加，長石精礦在品位基本穩(wěn)定的情況下，回收率呈增長趨勢，當(dāng)陰陽離子捕收劑用量為900∶150g/t時(shí)，再增加捕收劑用量，長石精礦回收率增加幅度不大，故確定陰陽離子捕收劑用量為900∶150g/t。

2.5 礦漿濃度對長石分選效果的影響

浮選礦漿濃度在很大程度上影響精礦的品位和回收率、浮選機(jī)處理量、藥劑及水電的消耗等。礦漿濃度較低時(shí)，精礦品位高，回收率低，浮選機(jī)生產(chǎn)效率低，藥劑及水電消耗高；礦漿濃度較高時(shí)，精礦品位低，且浮選時(shí)間長，為此在藥劑制度確定的基礎(chǔ)上考察礦漿濃度對長石分選效果的影響，工藝流程及藥劑條件見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

浮選濃度試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著浮選濃度的升高，長石精礦中K2O+Na2O的品位略有降低，但回收率增加顯著，綜合考慮浮選試驗(yàn)選取39.3%的礦漿濃度。

圖6 陰陽離子捕收劑用量對長石分選效果的影響

圖7 礦漿濃度對長石分選效果的影響

2.6 全流程試驗(yàn)

依據(jù)磨礦細(xì)度，陰陽離子混合捕收劑的篩選、配比以及用量等條件的試驗(yàn)結(jié)果，在最佳條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全流程浮選開路試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及流程見圖2，結(jié)果見表3。

全流程浮選開路試驗(yàn)得到了含(K2O+Na2O)11.53%、Fe2O30.11%的長石精礦，可用于玻璃、陶瓷行業(yè)；石英精礦含SiO296.07%、Fe2O30.02%，可用于玻璃工業(yè)及冶煉行業(yè)的細(xì)粒鑄型用砂。

3 結(jié)論

某稀有金屬尾礦主要礦物組成為鈉長石、鉀長石、石英，礦物嵌布粒度較細(xì)且相互交代發(fā)育、共生關(guān)系復(fù)雜，在磨礦細(xì)度為-0.074mm占77.4%的條件下，采用自行研制的陰離子捕收劑EZ-2和陽離子捕收劑十二胺，應(yīng)用硫酸法分選長石，最終得到含Al2O317.12%、K2O3.27%、Na2O8.26、Fe2O30.11%的長石精礦及含SiO296.07%、Fe2O30.02%的石英砂，實(shí)現(xiàn)了尾礦的高效利用。自行研制的捕收劑EZ-2在捕收劑篩選對比試驗(yàn)中展現(xiàn)了良好的捕收性能，為氧化礦捕收劑的篩選提供了一種新的選擇。

表3 全流程開路試驗(yàn)結(jié)果/%

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Experimental study on recovering feldspar from a rare metal tailing

ZHANG Li-zhen1，2，LV Zi-hu1，2，TAN Xiu-min1，2，ZHANG Xiu-feng1，2

(1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals，Zhengzhou 450006，China)

In this paper，the mineral composition，size distribution and dissemination relation of a rare metal tailing were studied first.Then on the basis of the tailing′s properties，condition tests including process flow-sheet，grinding fineness and collector selection were carried out to evaluate the effects on the separation of feldspar and quartz.At last，under acidic conditions，by using the self-made anionic collector EZ-2 and cationic collector dodecylamine，feldspar concentrates containing 17.12%Al2O3，3.27%K2O，8.26%Na2O，0.11%Fe2O3and quartz concentrates containing 96.07%SiO2，0.02%Fe2O3were obtained from the rare metal tailing.Besides the efficient utilization of the tailing，new collector EZ-2 performed well in separating feldspar and quartz，thus its application field was broadened.

feldspar；quartz；flotation；rare metal tailings

2014-07-08

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助(編號：201211069)

張利珍(1979-)女，山西晉中人，碩士，工程師，從事礦產(chǎn)資源綜合利用研究工作。

TD982

A

1004-4051(2015)08-0115-05