鈣鎂離子對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的影響

曾 睿 張 芹 茍 寶 潘 登 李 煉(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

我國(guó)的鐵礦石資源普遍具有貧、細(xì)、雜的特點(diǎn)，平均入選鐵品位約為25%，遠(yuǎn)低于國(guó)外平均入選品位[1]；礦石嵌布粒度細(xì)，鐵礦物基本單體解離的細(xì)度多需達(dá)-0.074 mm占80%以上、有的甚至需磨至-0.043 mm占90%以上；礦石性質(zhì)復(fù)雜，以赤鐵礦石為例，多與假象赤鐵礦、菱鐵礦或褐鐵礦等共生[2]。

隨著國(guó)內(nèi)易選鐵礦石資源的枯竭，細(xì)粒難選赤鐵礦石資源選別技術(shù)亟待成熟和完善。由于赤鐵礦石性脆易泥化，在碎磨過程中容易產(chǎn)生細(xì)泥，常規(guī)的重選、磁選工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微細(xì)粒的有效分選[3]，因此，加強(qiáng)浮選方面的研究很有必要。

常規(guī)浮選方法處理微細(xì)粒赤鐵礦石難以達(dá)到理想的指標(biāo)，通常需采用選擇性絮凝—陰離子反浮選工藝處理[4-5]。其中，陰離子捕收劑大多為羧酸類藥劑，對(duì)水質(zhì)較敏感，礦漿中的Ca2+、Mg2+會(huì)與羧酸類捕收劑發(fā)生沉淀反應(yīng)，影響藥劑的作用效果，增大捕收劑的用量[6]。美國(guó)某選廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明：當(dāng)水中Ca2+、Mg2+含量高于5～10 mg/L時(shí)，高分子絮凝脫泥的指標(biāo)顯著下降。我國(guó)南北跨度大，不同地區(qū)水質(zhì)區(qū)別較大，以水中Ca2+濃度為例，由南向北逐漸升高，北方硬水會(huì)對(duì)浮選指標(biāo)產(chǎn)生較大影響。因此，開展Ca2+、Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦石絮凝行為的影響研究很有意義。

1 試樣和藥劑

1.1 試 樣

試樣為武鋼工業(yè)港的巴西赤鐵礦石，密度為4.1 g/cm3，全鐵品位為64.22%，試樣粒度分布見表1。

表1 試樣粒度分析結(jié)果Table 1 Particle size distribution of the sample

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)用水為去離子水；NaOH為分析純?cè)噭?，由天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司生產(chǎn)，為pH調(diào)整劑，試驗(yàn)時(shí)配制成濃度為1 mol/L的溶液使用；Na2CO3為分析純?cè)噭?，由上海虹光化工廠生產(chǎn)，為pH調(diào)整劑，試驗(yàn)時(shí)配制成濃度為1 mol/L的溶液使用；CaCl2為分析純?cè)噭商旖蚴胁┑匣び邢薰旧a(chǎn)，為Ca2+添加劑，試驗(yàn)時(shí)配制成濃度為0.1 mol/L的溶液使用。MgCl2為分析純?cè)噭?，由天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，為Mg2+添加劑，試驗(yàn)時(shí)配制成濃度為 0.1 mol/L的溶液使用。濃度為0.3%的玉米淀粉，食品級(jí)，購(gòu)自廣西橫縣嘉輝工貿(mào)有限公司，為絮凝劑。

2 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取20 g赤鐵礦樣于燒杯中，加200 mL含一定濃度Ca2+、Mg2+的水。將燒杯置于攪拌器上，以600 r/min轉(zhuǎn)速攪拌10 min。將攪拌好的礦漿迅速轉(zhuǎn)移到250 mL沉降瓶中，調(diào)節(jié)pH后加入200 g/t的絮凝劑玉米淀粉，再加水至250 mL。塞緊瓶塞，上下顛倒15次搖勻。將沉降瓶靜置于桌面0.5 min，然后抽出上部礦漿，對(duì)瓶中剩余的30 mL礦漿過濾、烘干、稱重，并計(jì)算赤鐵礦的沉降率。水的硬度分類標(biāo)準(zhǔn)見表2[7]，3大類試驗(yàn)用水的Ca2+、Mg2+濃度見表3。

表2 水的硬度分類標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standard for water hardness

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 Ca2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的影響

在室溫(20 ℃)下分別以Na2CO3、NaOH作調(diào)整劑考察Ca2+在不同pH、不同濃度下對(duì)試樣絮凝行為的影響，結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 Na2CO3作調(diào)整劑時(shí)，pH和Ca2+濃度對(duì)赤鐵礦絮凝的影響Fig.1 Effects of pH and Ca2+ concentration on flocculation of hematite during Na2CO3 as regulator■—0 mmol/L；●—0.71 mmol/L；▲—1.42 mmol/L；▼—2.84 mmol/L；?—5.68 mmol/L

圖2 NaOH作調(diào)整劑，pH和Ca2+濃度 對(duì)赤鐵礦絮凝的影響Fig.2 Effects of pH and Ca2+ concentration on flocculation of hematite during NaOH as regulator■—0 mmol/L；●—0.71 mmol/L；▲—1.42 mmol/L；▼—2.84 mmol/L；?—5.68 mmol/L

由圖2可知：以NaOH為pH調(diào)整劑，在無Ca2+存在的情況下，隨著礦漿pH值的上升，細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為逐漸減弱；礦漿中加入Ca2+促進(jìn)了細(xì)粒赤鐵礦的絮凝行為，Ca2+濃度的增加、礦漿pH值的增大，赤鐵礦的絮凝效果增強(qiáng)。

懸浮液中由加入高分子絮凝劑引發(fā)的絮凝通常有3種作用機(jī)理,即架橋作用、電中和作用和疏水化作用機(jī)理[8]。試驗(yàn)中絮凝劑玉米淀粉能在赤鐵礦表面產(chǎn)生化學(xué)吸附，在架橋作用下，細(xì)粒赤鐵礦顆粒相互絮團(tuán)成大顆粒沉降，而脈石礦物保持懸浮[9]。

結(jié)合圖1、圖2可以看出：在Ca2+濃度和pH值相同情況下，NaOH比Na2CO3能更好地促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝。

3.2 Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的影響

在室溫(20 ℃)下分別以Na2CO3、NaOH作調(diào)整劑考察Mg2+在不同pH、不同濃度下對(duì)試樣選擇性絮凝行為的影響，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 Na2CO3作調(diào)整劑時(shí)，pH和Mg2+ 濃度對(duì)赤鐵礦絮凝的影響Fig.3 Effects of pH and Mg2+ concentration on flocculation of hematite during Na2CO3 as regulator■—0 mmol/L；●—0.71 mmol/L；▲—1.42 mmol/L；▼—2.84 mmol/L；?—5.68 mmol/L

由圖3可知，以Na2CO3為pH調(diào)整劑，礦漿中加入Mg2+或增大Mg2+濃度，細(xì)粒赤鐵礦的絮凝行為均增強(qiáng)；當(dāng)?shù)V漿pH值大于10后，細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為減弱。

圖4 NaOH作調(diào)整劑，pH和Mg2+濃度 對(duì)赤鐵礦絮凝的影響Fig.4 Effects of pH and Mg2+ concentration on flocculation of hematite during NaOH as regulator■—0 mmol/L；●—0.71 mmol/L；▲—1.42 mmol/L；▼—2.84 mmol/L；?—5.68 mmol/L

由圖4可知，以NaOH為pH調(diào)整劑情況下，Mg2+具有促進(jìn)礦漿中細(xì)粒赤鐵礦絮凝的效果，且隨著Mg2+濃度的增大，赤鐵礦的絮凝行為增強(qiáng)；在有Mg2+的礦漿中，隨著礦漿pH值的上升，細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為逐漸增強(qiáng)。

結(jié)合圖3、圖4可以看出：在Mg2+濃度和pH值相同情況下，在近中性或弱堿性礦漿中絮凝劑對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的影響相似，在中強(qiáng)堿性礦漿中NaOH比Na2CO3能更好地促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝。

3.3 Ca2++Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的影響

在室溫(20 ℃)下分別以Na2CO3、NaOH作調(diào)整劑考察Ca2++Mg2+在不同pH、不同濃度下對(duì)試樣絮凝行為的影響，結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 Na2CO3作調(diào)整劑時(shí)，pH和Ca2++ Mg2+濃度對(duì)赤鐵礦絮凝的影響Fig.5 Effects of pH and Ca2++Mg2+ concentration on flocculation of hematite during Na2CO3 as regulator■—0 mmol/L；●—0.355+0.355 mmol/L；▲—0.71+0.71 mmol/L；▼—1.42+1.42 mmol/L；?—2.84+2.84 mmol/L

由圖5可知，以Na2CO3為pH調(diào)整劑，礦漿中添加Ca2++Mg2+能促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝；隨著礦漿pH值的升高，礦漿中Ca2++Mg2+濃度為0.355+0.355 mmol/L 或0.71+0.71 mmol/L時(shí)，細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為逐漸增強(qiáng)；礦漿中Ca2++Mg2+濃度在1.42+1.42 mmol/L或2.84+2.84 mmol/L時(shí)，Ca2++Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)作用先逐漸加強(qiáng)后減弱。

由圖6可知：以NaOH為pH調(diào)整劑，礦漿中Ca2++Mg2+能促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝；隨著礦漿中Ca2++Mg2+濃度的上升，赤鐵礦絮凝行為逐漸增強(qiáng)；隨著礦漿pH值的升高，礦漿中Ca2++Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)。

4 結(jié) 論

(1)礦漿中Ca2+能促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝，在礦漿pH不太高的情況下，隨著Ca2+濃度的增大，促進(jìn)效果增強(qiáng)；以Na2CO3為調(diào)整劑，在Ca2+濃度不太大的情況下，隨著礦漿pH升高，對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)效果增強(qiáng)；以NaOH為調(diào)整劑，隨著礦漿pH升高，對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)效果增強(qiáng)。

(2)礦漿中Mg2+能促進(jìn)細(xì)粒赤鐵礦的絮凝，隨著Mg2+濃度的增大，促進(jìn)效果增強(qiáng)；隨著礦漿pH升高，調(diào)整劑為Na2CO3時(shí)，Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)作用先增強(qiáng)后減弱；調(diào)整劑為NaOH時(shí)，Mg2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)作用逐漸增強(qiáng)。

(3)礦漿中添加Ca2+與添加Mg2+相比，同等水硬度下，Ca2+對(duì)細(xì)粒赤鐵礦絮凝行為的促進(jìn)作用優(yōu)于Mg2+。

(4)相同水硬度、相同pH值的礦漿中，以NaOH作調(diào)整劑情況下細(xì)粒赤鐵礦絮凝沉降率普遍高于以Na2CO3作調(diào)整劑的情況下。

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