疏水性納米粒子對細(xì)粒礦物浮選的影響

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）

關(guān)鍵字：納米粒子；細(xì)粒礦物；浮選

隨著人類對礦物資源的開發(fā)利用，富礦和易選礦資源越來越少，貧細(xì)雜礦石成為我們主要的回收資源。礦物顆粒的浮選行為隨著礦石粒度的減小變得更加復(fù)雜，增大了常規(guī)選礦工藝回收細(xì)粒級目的礦物。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)百萬噸礦物的流失都是以細(xì)粒形態(tài)損失的，細(xì)粒的流失不僅浪費(fèi)了大量資源，并且對環(huán)境造成了非常大的影響。因此，細(xì)粒級有用礦物的浮選回收是現(xiàn)代礦物加工領(lǐng)域面臨的重大科學(xué)問題。

1 納米粒子

納米粒子通常是粒度在1nm到100nm之間，它具有尺寸小、比表面積大、表面非配對原子多、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)；因此，納米粒子材料具有許多普通材料所不具有的性能，如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng).、宏觀量子隧道效應(yīng)等。

已有相關(guān)報(bào)道[1-3]納米粒子吸附污水中的污染物，并且獲得比較好的結(jié)果。利用納米材料的吸附性能，可以去除污水中的重金屬離子。如有人利用溶液-凝膠法合成的納米鐵酸錳溶液處理污水，可以很好地去除Cr6+，去除率可高達(dá)86%；利用原位合成法合成的Fe3O4磁性納米粒子處理印染廠污水，在外加磁場的條件下，磁性納米粒子能快速聚集，有利于污物從廢水中去除。

因此，納米技術(shù)受到資源與環(huán)境污染物處理工作人員的關(guān)注，并有相關(guān)學(xué)者提出納米粒子在礦漿懸浮體系中浮選分離回收目的礦物。

2 細(xì)粒礦物浮選

提高細(xì)粒礦產(chǎn)資源的回收利用效率是保證有限礦產(chǎn)資源供應(yīng)的有效措施，具有開源節(jié)流和環(huán)境保護(hù)的綜合效益。然而，我們面臨的細(xì)粒礦物難于浮選回收的重大科學(xué)問題并沒有得到有效解決，新技術(shù)、新藥劑、新工藝和新設(shè)備是解決細(xì)粒礦物綜合回收的必要途徑。

針對細(xì)粒礦物難選的各種原因，選礦工作者從不同角度入手，進(jìn)行了大量的研究工作[4-7]，主要包括四個方面：聚團(tuán)浮選技術(shù)、浮選藥劑、浮選溶液化學(xué)、細(xì)粒浮選設(shè)備的研究。

這些研究的目的主要是使細(xì)粒選擇性團(tuán)聚，增大分選顆粒的粒徑；改變運(yùn)載介質(zhì)的品種及分散度等。但目前能夠應(yīng)用到工業(yè)實(shí)踐中去的細(xì)粒選別方法非常少，僅載體浮選[8，9]、選擇性絮凝浮選[10-13]、浮選柱浮選[14，15]等有相關(guān)報(bào)道。

3 納米粒子浮選回收細(xì)粒礦物

在浮選中，浮選藥劑是對浮選指標(biāo)影響非常大的因素之一，很多科研工作者都對這一因素進(jìn)行了很多的探究。疏水性納米粒子在浮選中的應(yīng)用也收到了一些工作者的關(guān)注。目前，納米技術(shù)在環(huán)保方面、資源的高效利用方面都提供了一定的技術(shù)支持。納米粒子比其他常規(guī)材料具備更多的特異效應(yīng)，如體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和表界面效應(yīng)等，因此物化性質(zhì)有很大的變化，表面活性能較高，有較強(qiáng)的吸附能力等。加拿大某大學(xué)Songtao Yang[16]等制備了疏水性納米粒子，并將該粒子成功地在礦物模型浮選過程中應(yīng)用，表明了疏水性納米粒子可有效改善玻璃球模型表面疏水性，從而達(dá)到提高浮選指標(biāo)的效果；同時將該疏水性納米粒子應(yīng)用到鎳黃鐵礦和硫化鎳礦浮選中，并有效地實(shí)現(xiàn)了該目的組分的分選。

在礦物浮選體系中，當(dāng)顆粒分散在水中的時候，各顆粒之間的疏水力影響著水中的顆粒是否分散還是團(tuán)聚。礦物顆粒表面附著納米級的粒子，由于固體表面粗糙度增大，疏水性也顯著提高。

微細(xì)粒礦物浮選過程中，如果攪拌強(qiáng)度較大，在礦漿中很易產(chǎn)生許多納米級氣泡，這些氣泡的存在增大了疏水表面的距離，有效地增強(qiáng)了各顆粒之間的相互作用力[17]。納米級氣泡受壓力、溫度、表面張力、濃度、接觸角大小等的影響，因此，調(diào)控納米級氣泡的形成需進(jìn)一步的研究。同時，溫度、壓力、表面粗糙度、表面張力、接觸角大小和電解質(zhì)濃度對疏水表面上納米泡的存在也產(chǎn)生影響[18-20]。但是，關(guān)于納米泡在復(fù)雜細(xì)粒級礦物顆粒浮選體系中的影響，以及如何調(diào)控納米氣泡的形成，并提高微細(xì)粒礦物的可浮性等尚待進(jìn)一步研究。

楊磊等[21]在廢紙漿脫墨浮選過程中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用納米二氧化鈦膠體溶液能較好地脫除膠黏物質(zhì)，去除率可有效提高若干個百分點(diǎn)。Oliver Zech等人[22]認(rèn)為納米粒子的存在對穩(wěn)定浮選泡沫起到了較大的作用，因而能改善浮選效果。國內(nèi)楊磊等早在2007年就將納米TiO2膠體溶液直接用于廢紙漿浮選脫墨過程中，研究表明，浮選中納米TiO2對膠黏物有良好的去除效果，膠黏物去除率最高可達(dá)66.8%，與空白樣相比，膠黏物去除率最高可提高50.3%。

從現(xiàn)有的少量研究報(bào)道知，采用納米粒子作浮選捕收劑的研究尚處于起步階段，即便是已經(jīng)報(bào)道的納米粒子浮選礦物的研究也主要是采用理想的實(shí)驗(yàn)室模型（疏水性納米粒子浮選玻璃珠）來說明納米粒子能有效改善目標(biāo)礦物表面疏水性，并能有效粘附到礦漿中的氣泡上，進(jìn)而上浮到礦漿液面。同樣，在國內(nèi)少量的納米粒子浮選也是應(yīng)用到廢紙漿的脫墨處理，對于實(shí)際礦物的處理、具有識別和選擇性捕獲目的礦物的疏水性納米粒子的設(shè)計(jì)合成、納米粒子與礦物間界面的相互作用及微觀機(jī)理以及與氣泡的相互作用機(jī)制是開發(fā)改技術(shù)的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

納米技術(shù)在細(xì)粒礦物浮選回收中的應(yīng)用是現(xiàn)在微細(xì)粒級難選礦物回收的主要研究方向之一，但由于疏水性納米粒子捕收劑（乳液）的微觀結(jié)構(gòu)、納米氣泡的形貌與特征等方面還有很多需要研究的問題。納米技術(shù)在微細(xì)粒級難選礦物浮選中的應(yīng)用為細(xì)粒礦物的浮選回收探索了新工藝，尤其是微細(xì)粒有用難選礦物的浮選回收率的提高，它不僅可以提高細(xì)粒礦物的回收率、減少尾礦排放，而且有利用礦山環(huán)境保護(hù)，提高環(huán)保效益。