聚苯乙烯納米粒子浮選微細(xì)粒黑鎢礦的試驗(yàn)

廖德華，曾維平，陳 向

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412006）

細(xì)粒級(jí)有用礦物的浮選回收是現(xiàn)代礦物加工領(lǐng)域面臨的世界性難題。如何提高細(xì)粒級(jí)礦物的浮選回收問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究[1]工作者通過(guò)增大細(xì)粒級(jí)礦物的表觀粒徑和減少浮選泡沫尺寸進(jìn)行研究，但是這些方面的研究大部分還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，很少有礦山有成功應(yīng)用。此外，由于這些技術(shù)本身的不足、礦石性質(zhì)復(fù)雜等問(wèn)題，絕大部分細(xì)粒礦產(chǎn)資源都沒(méi)有被很好的回收利用，即使常規(guī)浮選成功應(yīng)用的，其有用礦物的浮選回收率也是很低。

納米技術(shù)的研究是在原子、分子或超分子水平上（1nm～100nm）對(duì)物質(zhì)進(jìn)行制備、研究和推廣應(yīng)用，以及利用納米尺度物質(zhì)進(jìn)行交叉研究和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。納米技術(shù)與礦物加工技術(shù)相結(jié)合，可以提高資源的利用效率、減少資源加工工程中的污染物排放。近年來(lái)，有國(guó)外有研究人員合成了疏水性納米乳膠作為捕收劑加入到礦物顆粒的浮選中，有效提高礦物顆粒的浮選回收效率。

本文設(shè)計(jì)合成了不同類型疏水性納米粒子，以細(xì)粒難選黑鎢礦為研究對(duì)象，通過(guò)黑鎢礦的純礦物浮選試驗(yàn)，研究疏水性聚苯乙烯納米粒子作為浮選捕收劑對(duì)微細(xì)粒黑鎢礦浮選回收效率的影響，探索在復(fù)雜界面和溶液條件下納米粒子對(duì)細(xì)粒難選黑鎢礦顆粒的吸附聚集行為、形成納米粒子浮選微細(xì)粒黑鎢礦的浮選新技術(shù)。

1 微細(xì)粒黑鎢礦樣的制備

礦樣取自湖南某黑鎢礦山的純黑鎢礦，礦樣經(jīng)鄂式破碎機(jī)粗碎后人工挑選除雜、再細(xì)碎、陶瓷球磨機(jī)細(xì)磨，然后進(jìn)行干式篩分，粒度分析，制得-30um粒級(jí)的礦樣，用蒸餾水多次清洗晾干后，作為單礦物浮選試驗(yàn)的原礦。

2 納米粒子制備

以苯乙烯、十六烷基三甲基溴化銨、氫氧化鈉、偶氮二異丁基脒

鹽酸鹽、氮?dú)獾葹樵噭?，采用乳液聚合的方法，通過(guò)改變制備條件和引入不同官能團(tuán)制成不同結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑的聚苯乙烯納米粒子。

主要用到的分析純有以下幾種：苯乙烯;氫氧化鈉，十六烷基三甲基溴化銨，偶氮二異丁基脒鹽酸鹽，十二烷基硫酸鈉，過(guò)硫酸鉀。

采用一步聚合法[2-4]制備浮選用的納米粒子捕收劑，具體制備過(guò)程為：將適量乳化劑溶于去離子水，然后加入單體苯乙烯，在室溫下攪拌乳化20小時(shí)后通入氮?dú)?、適量引發(fā)劑后升溫至恒溫，0.5h后關(guān)閉氮?dú)?，并以適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣确磻?yīng)20h；冷卻至室溫即可得所需的納米粒子產(chǎn)品。制得兩種聚苯乙烯納米粒子產(chǎn)品，陽(yáng)離子型納米粒子St-01和陰離子型納米粒子St-02。

3 浮選實(shí)驗(yàn)

浮選試驗(yàn)采用XFG型掛槽式浮選機(jī)，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1650轉(zhuǎn)/min。

條件試驗(yàn)中，每次礦樣為2.0g，浮選槽規(guī)格為40ml；試驗(yàn)中加入30ml蒸餾水，攪拌調(diào)漿2min后，加入聚苯乙烯納米粒子攪拌3min，加入起泡劑，浮選刮泡。浮選過(guò)程采用手工刮泡，浮選完后將所得泡沫產(chǎn)品黑鎢精礦和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱重，計(jì)算回收率、產(chǎn)率。浮選過(guò)程流程圖如下圖1。

圖1 浮選試驗(yàn)流程圖

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 陽(yáng)離子型納米乳液對(duì)細(xì)粒黑鎢浮選影響

圖2 陽(yáng)離子型納米粒子捕收劑用量對(duì)細(xì)粒黑鎢浮選的影響

圖2表明，隨著陽(yáng)離子型納米乳液捕收劑用量的增大，細(xì)粒黑鎢浮選時(shí)的產(chǎn)率和回收率都不斷增大；當(dāng)陽(yáng)離子型納米乳液捕收劑用量為2.0kg.t-1時(shí)，細(xì)粒黑鎢礦的產(chǎn)率為48.2%、回收率為47.3%；當(dāng)陽(yáng)離子型納米乳液捕收劑用量大于2.0kg.t-1時(shí)，細(xì)粒黑鎢礦的產(chǎn)率為和回收率都不斷下降；因此，確定陽(yáng)離子型納米乳液捕收劑用量為2.0kg.t-1。

4.2 陰離子型納米乳液對(duì)細(xì)粒黑鎢浮選影響

圖3表明，隨著陰離子型納米乳液捕收劑用量的增大，細(xì)粒黑鎢浮選時(shí)的產(chǎn)率和回收率都不斷增大；當(dāng)陰離子型納米乳液捕收劑用量為2.0kg.t-1時(shí)，細(xì)粒黑鎢礦的產(chǎn)率為41.8%、回收率為42.2%；當(dāng)陰離子型納米乳液捕收劑用量大于2.0kg.t-1時(shí)，細(xì)粒黑鎢礦的產(chǎn)率為和回收率都不斷下降。

圖3 陰離子型納米粒子捕收劑用量對(duì)細(xì)粒黑鎢浮選的影響

由圖2、圖3試驗(yàn)結(jié)果可知：聚苯乙烯納米乳液作為捕收劑是可行的，具有較好的捕收性和選擇性。陽(yáng)離子型捕收劑的浮選效果要優(yōu)于陰離子型捕收劑，說(shuō)明乳膠表面帶有的正電荷能夠進(jìn)一步提升浮選效果。

5 結(jié)論

（1）疏水性的聚苯乙烯納米粒子能夠作為浮選捕收劑應(yīng)用于細(xì)粒黑鎢礦的浮選，浮選試驗(yàn)結(jié)果表明該類型捕收劑對(duì)微細(xì)粒黑鎢礦的浮選回收是有效的。陽(yáng)離子型聚苯乙烯納米粒子捕收劑的浮選效果要優(yōu)于陰離子型聚苯乙烯納米粒子捕收劑，這可能是陽(yáng)離子型納米粒子與荷負(fù)電的細(xì)粒黑鎢之間具有較強(qiáng)的靜電作用，有利于納米粒子在黑鎢礦表面的吸附。

（2）通過(guò)改變制備條件和引入不同官能團(tuán)制成不同結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑的聚苯乙烯納米粒子，從而優(yōu)化細(xì)粒黑鎢礦的浮選效果是今后要進(jìn)一步研究的工作；同時(shí)改技術(shù)的開(kāi)發(fā)為細(xì)粒礦物的浮選回收提供技術(shù)參考。