1 试验原料与方法
1. 1 试验原料及试验药剂
试验中采用的红柱石、绢云母取自新疆哈密。试验纯矿物制备方法为: 人工选取块矿,经破碎挑选和陶瓷罐球磨,用 0. 074 mm 筛子筛分,筛下产品用作浮选试验的矿样。经化学分析( 或用 XRD) ,各矿样纯度均达到 95%以上,满足试验要求。试验中十二胺、盐酸和氢氧化钠均为分析纯,各种金属离子以氯盐加入,MgCl2,CaCl2,FeCl3,AlCl3均为分析纯,试验用水为一次蒸馏水。
1. 2 浮选试验
浮选试验在容积为40 mL 的 XFG 型挂槽式浮选机( 转速为1 400 r/min) 上进行,浮选温度为 22 ℃。每次称取3.0 g 矿物放入浮选槽中,加蒸馏水搅拌 2 min,用HCl 或 NaOH 调节 pH 值,搅拌 2 min 后,根据需要加入金属离子搅拌2 min,再加入捕收剂,搅拌3 min。浮选4min,浮选过程采取手工刮泡,分别将泡沫产品和槽内产品在低温下烘干称重并计算矿物回收率。
1. 3 动电位检测
选用 -2 μm 的红柱石和绢云母矿样进行动电位实验,用高精度天平称取 30 mg 矿物,以 0. 75 g/L 的浓度按浮选实验条件进行调浆。然后采用 CoulterDelsa440sxZeta 电位分析仪进行 Zeta 电位测量,每个点均测 3 次后取平均值。
2 实验结果
2. 1 金属离子用量对矿物浮选的影响
当十二胺用量为 2 × 10- 4mol / L,pH = 5. 5 时,Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +用量对红柱石与绢云母浮选的影响如图 1 所示。由图可知: 在酸性条件下,Al3 +、Fe3 +对绢云母和红柱石均有明显的抑制作用,且随着离子用量的增加,抑制作用逐渐增强; Ca2 +、Mg2 +对红柱石和绢云母无明显抑制作用,离子用量变化,矿物回收率基本无变化。
2. 2 组合金属离子对矿物浮选的影响
因浮选过程中 Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +均为同时存在的不可避免离子,为了进一步研究金属离子对红柱石和绢云母浮选的影响,将 Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +四种离子同时添加,讨论组合离子对矿物浮选的影响。当十二胺用量为 1. 6 × 10- 3mol / L,Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +用量均为 6 ×10- 4mol / L 时,不同 pH 值条件下组合离子对红柱石与绢云母浮选的影响如图 2 所示。由图可知: 加入组合金属离子后,红柱石和绢云母的浮选回收率在整个试验 pH 范围内均下降,且在 pH =3 ~6和 pH >10 范围内回收率下降更明显。
3 抑制机理探讨
3. 1 组合离子对红柱石和绢云母动电位的影响
当十二胺用量为 1. 6 × 10- 3mol / L,Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +用量为 6 ×10- 4mol / L 时,组合离子及十二胺对红柱石与绢云母表面动电位的影响分别如图 3、图 4 所示。由图可知: 红柱石的等电点 pH =3. 7,而绢云母在实验 pH 值范围内均荷负电; 十二胺和组合离子的加入均使绢云母和红柱石表面动电位发生正移;组合离子与十二胺同时加入时,红柱石的表面动电位比只加十二胺时的表面动电位低,在碱性条件下,绢云母也有同样的规律。由于十二胺依靠静电力和氢键作用吸附于矿物表面,组合金属离子使红柱石和绢云母的表面均发生明显正移,十二胺与红柱石及绢云母表面之间的静电作用明显减弱,在矿物表面的吸附量减少,从而抑制红柱石和绢云母的浮选。
3. 2 矿物表面金属氢氧化物沉淀生成的热力学计算
矿物表面离子浓度与溶液本体浓度存在差别,可以采用波尔兹曼关于矢量场中粒子分布的理论确定矿物表面附近离子浓度的变化,对于硅酸盐矿物和氧化矿物可由下式计算:以二价金属离子 M2 +生成金属氢氧化物 M( OH)2为例推导在矿物表面生成金属氢氧化物的热力学公式:由图 5 可知,pH =3 ~6 时,矿物表面上生成的沉淀是 Al( OH)3和 Fe( OH)3,pH >10 时,在矿物表面上生成的沉淀是 Ca( OH)2和 Mg( OH)2,冯其明等人[7]提出当系统中 pH 值接近金属氢氧化物产生沉淀时,矿物浮选受到强烈抑制,并在产生最大沉淀的 pH 值上浮选回收率最低,可知在 pH = 3 ~ 6 附近红柱石和绢云母回收率下降很多,pH > 10 时,红柱石和绢云母浮选回收率下降也较大,与实验结果相符。由图 5 可知,在 pH =7 ~ 9,Al3 +、Fe3 +、Ca2 +、Mg2 +四种离子不易在矿物表面生成沉淀,红柱石和绢云母抑制效果较弱,与实验结果相符。
4 结 语
1) 组合金属离子在整个试验 pH 范围内对绢云母和红柱石的浮选均有抑制作用,在弱酸性条件下红柱石的抑制更加明显,组合离子的存在可能有助于红柱石与绢云母反浮选分离。
2) 绢云母在实验 pH 范围内均荷负电,而红柱石的等电点 pH =3. 7; 十二胺和组合离子均可使红柱石、绢云母表面动电位发生正移。组合离子使矿物表面动电位正移,十二胺与矿物表面静电作用减弱,吸附量减少,使红柱石和绢云母的浮选得到抑制。
3) 酸性条件下铝、铁离子在矿物表面生成沉淀,碱性条件下钙、镁离子在矿物表面生成沉淀,组合离子在对应 pH 范围内生成的氢氧化物沉淀使红柱石和绢云母受到强烈抑制。