羧甲基纖維素對(duì)微細(xì)粒蛇紋石的絮凝及抑制作用

馮　博，朱賢文，彭金秀

(江西理工大學(xué)江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，贛州　341000)

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羧甲基纖維素對(duì)微細(xì)粒蛇紋石的絮凝及抑制作用

馮博，朱賢文，彭金秀

(江西理工大學(xué)江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，贛州341000)

通過(guò)浮選實(shí)驗(yàn)、沉降實(shí)驗(yàn)、吸附量測(cè)試及紅外光譜測(cè)試研究不同種類(lèi)抑制劑在蛇紋石浮選中的作用，并考察其作用機(jī)理。結(jié)果表明，蛇紋石表面親水，可浮性較差，微細(xì)粒級(jí)蛇紋石能夠通過(guò)泡沫夾帶上浮進(jìn)入精礦。高分子抑制劑羧甲基纖維素(CMC)能完全抑制細(xì)粒級(jí)蛇紋石的浮選，而抑制劑水玻璃不能抑制細(xì)粒級(jí)蛇紋石的浮選。機(jī)理研究表明，CMC和水玻璃均能在蛇紋石表面吸附，而高分子抑制劑CMC能對(duì)細(xì)粒級(jí)蛇紋石產(chǎn)生絮凝作用，增大蛇紋石顆粒表觀粒度，降低泡沫夾帶，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)粒級(jí)蛇紋石的完全抑制。

抑制劑； 蛇紋石； 絮凝； 抑制

1　引　言

蛇紋石是一種天然生成的層狀構(gòu)造的含鎂硅酸鹽礦物。主要由橄欖石、輝石蝕變而成，其理論化學(xué)組成為：MgO 43.6%, SiO243.3%, H2O 13.1%[1]，有時(shí)發(fā)生Fe和Ni對(duì)Mg的取代而混入少量的FeO、Fe2O3、NiO等成分。摩氏硬度在2.5到4之間，相對(duì)密度在2.2到3.6之間[2]。蛇紋石屬于1∶1型層狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)單元層由硅氧四面體層與鎂氧八面體層按1∶1的比例連接而成[3,4]。

蛇紋石是硫化銅鎳礦石中主要的含鎂硅酸鹽脈石礦物，也是影響硫化銅鎳礦浮選指標(biāo)的重要原因[5-7]。許多研究者研究了含蛇紋石進(jìn)入浮選精礦的原因。盧毅屏[8]研究發(fā)現(xiàn)蛇紋石屬于親水性礦物，天然可浮性差，但蛇紋石可以通過(guò)泡沫夾帶上浮進(jìn)入精礦，夾帶程度與顆粒大小、礦漿濃度和泡沫水回收率等因素有關(guān)。Fornasiero[9]研究發(fā)現(xiàn)，在7～10的pH區(qū)間，銅離子和鎳離子可以活化蛇紋石的黃藥浮選。賈木欣[10]推測(cè)蛇紋石脈石的表面發(fā)生了礦相變化，由單純的蛇紋石礦物相轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y石與滑石的混合相，這是蛇紋石難以抑制的主要原因。

為解決硫化銅鎳礦浮選時(shí)蛇紋石難以抑制的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一定的成果[11,12]。但蛇紋石難以抑制的問(wèn)題仍沒(méi)有得到較好解決。本文通過(guò)浮選試驗(yàn)、吸附量試驗(yàn)、沉降試驗(yàn)和紅外光譜測(cè)試，考察不同種類(lèi)抑制劑對(duì)蛇紋石浮選的影響，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行分析，為后續(xù)研究工作提供基礎(chǔ)。

2　實(shí)　驗(yàn)

2.1礦物樣品與試劑

試驗(yàn)所用蛇紋石為江蘇東海龍騰化工有限公司提供的純度較高的塊礦。將塊礦錘碎后用瓷球磨磨細(xì)，然后篩分成不同粒級(jí)的樣品備用。試驗(yàn)所用起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)、CMC(羧甲基纖維素)均為分析純，水玻璃為工業(yè)品，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

2.2浮選試驗(yàn)

使用高精度天平稱(chēng)取2 g蛇紋石放于浮選槽中，加入40 mL蒸餾水，開(kāi)啟浮選機(jī)攪拌調(diào)漿，待礦漿混勻后按試驗(yàn)要求加入浮選藥劑并攪拌3 min，測(cè)定礦漿pH值后插入擋板開(kāi)始充氣，待穩(wěn)定泡沫層形成后開(kāi)始手工刮泡，刮泡過(guò)程保持勻速，刮泡時(shí)間3 min。將泡沫產(chǎn)品與槽內(nèi)產(chǎn)品分別過(guò)濾、烘干、稱(chēng)量，計(jì)算所得產(chǎn)率即為回收率。

2.3沉降實(shí)驗(yàn)

本文采用礦漿的濁度表征礦粒的分散性，濁度越大，表明礦漿分散越好。沉降實(shí)驗(yàn)在100 mL沉降量筒中進(jìn)行，以蛇紋石含量0.1 g/L的濃度按相應(yīng)浮選實(shí)驗(yàn)條件調(diào)漿后，沉降3 min，從上部抽取25 mL懸浮液，用散射光濁度儀WGZ-3測(cè)定濁度。

2.4紅外光譜測(cè)試

將蛇紋石樣品用瑪瑙研缽磨細(xì)，放入燒杯中按實(shí)驗(yàn)要求加入浮選藥劑后攪拌調(diào)漿，所得礦漿使用離心機(jī)離心分離，所得固體經(jīng)真空干燥后進(jìn)行紅外光譜分析。

2.5吸附量實(shí)驗(yàn)

將CMC采用苯酚-硫酸法分解顯色后用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度值[14]，繪制不同濃度CMC溶液與吸光度值的關(guān)系曲線。稱(chēng)取1 g蛇紋石樣品放入燒杯，按實(shí)驗(yàn)要求加入藥劑并調(diào)漿，將調(diào)漿后的礦漿使用離心機(jī)高速離心沉降，取上清液測(cè)定吸光度值，根據(jù)不同濃度CMC溶液與吸光度值的關(guān)系曲線得出CMC的吸附量。水玻璃含量通過(guò)ICP方法測(cè)定溶液中Si含量后換算得出。

3　結(jié)果與討論

3.1泡沫夾帶對(duì)微細(xì)粒蛇紋石浮選的影響

圖1所示為礦漿pH值的變化對(duì)不同粒度蛇紋石浮選行為的影響。由圖可知，蛇紋石的浮選回收率受pH影響較小，在試驗(yàn)所研究的整個(gè)pH范圍內(nèi)，蛇紋石浮選回收率較低。不同粒度的蛇紋石浮選行為差別較大，-10 μm粒級(jí)的微細(xì)粒蛇紋石的回收率高于-74+37 μm粒級(jí)的蛇紋石。

不同粒級(jí)蛇紋石表面疏水性相同，微細(xì)粒級(jí)蛇紋石回收率較高可能是泡沫夾帶的結(jié)果?？疾炝宋⒓?xì)粒級(jí)蛇紋石浮選回收率隨水回收率的變化，結(jié)果如圖2所示。使用石英做為參比礦物，石英是強(qiáng)親水礦物，不能疏水上浮，只能通過(guò)泡沫夾帶進(jìn)入精礦，其回收率與水回收率呈直線關(guān)系[14,15]。微細(xì)粒級(jí)蛇紋石的浮選回收率略高于石英的回收率，其回收率與水回收率也近似呈直線關(guān)系，說(shuō)明微細(xì)粒級(jí)蛇紋石的上浮主要是泡沫夾帶的結(jié)果。

3.2CMC及水玻璃對(duì)微細(xì)粒級(jí)蛇紋石浮選的影響

考察了兩種抑制劑，水玻璃和CMC對(duì)微細(xì)粒級(jí)蛇紋石浮選的影響，結(jié)果如圖3所示。圖中結(jié)果表明，CMC對(duì)微細(xì)粒蛇紋石具有較好的抑制作用，隨CMC用量增加，蛇紋石浮選回收率降低，當(dāng)CMC用量達(dá)到100 mg/L時(shí)，蛇紋石浮選回收率降低到6%，再增加CMC用量，蛇紋石回收率變化不大。水玻璃對(duì)微細(xì)粒蛇紋石抑制效果較弱，隨水玻璃用量增加，蛇紋石浮選回收率變化不大。

圖1　pH值對(duì)不同粒級(jí)蛇紋石浮選的影響Fig.1　Effect of pH on the flotation of different size serpentine c(MIBC)=1×10-4 mol/L

圖2　蛇紋石浮選回收率與水回收率的關(guān)系Fig.2　The relationship between water recovery and serpentine recovery c(MIBC)=1×10-4 mol/L,pH=9

圖3　抑制劑用量對(duì)蛇紋石浮選的影響Fig.3　The effect of depressant dosage on serpentine flotation c(MIBC)=1×10-4 mol/L; pH=9

圖4　抑制劑在蛇紋石表面的吸附行為Fig.4　The adsorption of depressant on serpentine surface

3.3蛇紋石表面CMC與水玻璃的吸附行為

抑制劑產(chǎn)生抑制作用的前提是能夠吸附在礦物表面。考察了水玻璃和CMC在微細(xì)粒級(jí)蛇紋石表面的吸附行為，結(jié)果如圖4所示。圖中結(jié)果表明，CMC和水玻璃均能在蛇紋石表面吸附，隨藥劑用量增加，水玻璃和CMC的吸附量均增加。

圖5　CMC作用前后蛇紋石的紅外光譜圖Fig.5　Infrared spectra of serpentine before and after interact with CMC

圖6　水玻璃作用前后蛇紋石的紅外光譜圖Fig.6　Infrared spectra of serpentine before and after interact with water glass

圖7　抑制劑用量對(duì)蛇紋石礦漿濁度值的影響Fig.7　The effect of depressant dosage on turbidity value of serpentine pulp

CMC與蛇紋石作用后，蛇紋石紅外譜圖在1588.7 cm-1和1664.9 cm-1處出現(xiàn)了新的吸收峰，這是CMC的-COO-在蛇紋石表面吸附的結(jié)果。在CMC的紅外光譜中，-COO-反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)是一個(gè)單峰，而吸附在蛇紋石表面后，峰的位置出現(xiàn)在1664.9 cm-1處，并在1588.7 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)肩峰，這是由于CMC的羧基在蛇紋石表面有兩種存在形式，1588.7 cm-1處是和表面發(fā)生反應(yīng)的羧基的吸收峰，1664.9 cm-1處是未和蛇紋石表面發(fā)生反應(yīng)的羧基的吸收峰。蛇紋石與CMC作用后，蛇紋石580.0 cm-1處MgO-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰和443.6 cm-1處Mg-O的面內(nèi)振動(dòng)吸收峰均發(fā)生了位移，因此，除了靜電吸引作用外，羧甲基纖維素還可以通過(guò)羧基和蛇紋石表面的鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而吸附在蛇紋石表面。水玻璃與蛇紋石表面作用后，蛇紋石紅外圖譜在1057.8 cm-1和1660.7 cm-1處出現(xiàn)了新的吸收峰，這是水玻璃在蛇紋石表面吸附的結(jié)果。與水玻璃作用后，蛇紋石紅外圖譜中的Mg-OH振動(dòng)峰強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明水玻璃沒(méi)有與蛇紋石表面的鎂發(fā)生作用；而蛇紋石紅外譜圖中Si-O特征峰出現(xiàn)偏移，984.6 cm-1處伸縮振動(dòng)峰移至989.5 cm-1處，可知水玻璃通過(guò)與蛇紋石表面的Si質(zhì)點(diǎn)作用，進(jìn)而吸附在蛇紋石表面。

3.4CMC與水玻璃對(duì)微細(xì)粒蛇紋石絮凝行為的影響

微細(xì)粒級(jí)蛇紋石主要通過(guò)泡沫夾帶進(jìn)入精礦，因此降低微細(xì)粒級(jí)蛇紋石回收率的主要手段是增大蛇紋石的粒度，以降低其泡沫夾帶?？疾炝怂ＡШ虲MC對(duì)蛇紋石聚集分散行為的影響，如圖7所示。由圖7可知，CMC對(duì)細(xì)粒蛇紋石產(chǎn)生了絮凝作用，隨CMC用量增加，蛇紋石礦漿濁度降低。隨水玻璃用量增加，礦漿濁度先降低后升高，說(shuō)明水玻璃對(duì)蛇紋石產(chǎn)生了分散作用。

4　結(jié)　論

(1)蛇紋石表面親水，可浮性較差，細(xì)粒級(jí)蛇紋石能夠通過(guò)泡沫夾帶進(jìn)入精礦，回收率高于粗粒級(jí)蛇紋石；

(2) CMC是一種高分子抑制劑，能對(duì)細(xì)粒級(jí)蛇紋石產(chǎn)生絮凝作用，增大蛇紋石顆粒表觀粒度，降低微細(xì)粒級(jí)蛇紋石的泡沫夾帶；

(3)水玻璃是一種分散劑，使蛇紋石顆粒處于分散狀態(tài)，不能夠降低泡沫夾帶，不能阻止微細(xì)粒級(jí)蛇紋石進(jìn)入精礦。

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Flocculation and Depression Effects of Carboxymethyl Cellulose on Serpentine

FENGBo,ZHUXian-wen,PENGJin-xiu

(Jiangxi Key Laboratory of Mining Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)

The depression effects of different depressant on serpentine flotation was studied by flotation experiments, settlement experiments, adsorption tests and infrared spectra tests, and the mechanism was also discussed. The result shows that the serpentine surface is hydrophilic and the natural flotability is poor. The fine grained serpentine comes into the concentrate mainly by entrainment. The polymeric depressant CMC can depress the flotation of fine grained serpentine while depressant sodium silicate can't depress fine grained serpentine flotation. Mechanism studies show that the polymeric depressant can flocculate fine grained serpentine and increase the serpentine apparent particle granularity, thus reduce the entrainment and realize the depression of fine grained serpentine.

depressant;serpentine;flocculate;depress

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51404109)；中國(guó)博士后科學(xué)基金(2015M582759XB)

馮博(1986-)，男，副教授，博士.主要從事礦物加工理論與工藝等方面的研究.

TD952

A

1001-1625(2016)05-1367-05