油酸鈉體系中微細粒膠磷礦的浮選行為*

王永龍張 芹周 亮唐忠杰

（1.武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點試驗室）

油酸鈉體系中微細粒膠磷礦的浮選行為*

王永龍1，2張 芹1，2周 亮1，2唐忠杰1，2

（1.武漢科技大學資源與環(huán)境工程學院；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點試驗室）

通過單礦物浮選試驗考察了油酸鈉體系中微細粒膠磷礦的可浮性，并比較了六偏磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉、淀粉、腐植酸鈉這5種抑制劑對微細粒膠磷礦的抑制效果。試驗結(jié)果表明：油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的適宜條件應為礦漿溫度45℃、用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH＝10、油酸鈉用量6×10－4mol／L；5種抑制劑對微細粒膠磷礦抑制能力的強弱排序為腐植酸鈉＞六偏磷酸鈉＞淀粉＞焦磷酸鈉＞硅酸鈉。

微細粒膠磷礦 油酸鈉 單礦物浮選 礦漿溫度 礦漿pH 抑制劑

磷礦石是一種重要的工業(yè)礦物原料，被廣泛應用于醫(yī)藥、食品、火柴、染料、制糖、陶瓷、國防等領域。雖然我國已探明磷礦資源總量僅次于摩洛哥，位居世界第2位，但在已探明的儲量中，85%為沉積型磷塊巖，其中大部分為中低品位礦石，且磷多以膠磷礦形式存在，選礦加工難度較大［1］。近年來隨著高品位磷礦資源和易選磷礦資源的日益減少，開發(fā)中低品位難選膠磷礦礦石已顯得迫在眉睫。本研究通過單礦物浮選試驗考察微細粒膠磷礦在油酸鈉體系中的浮選行為，以及六偏磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉、淀粉、腐植酸鈉對微細粒膠磷礦浮選行為的影響，旨在為微細粒膠磷礦礦石資源的開發(fā)利用提供參考。

1 試樣和藥劑

1.1 試 樣

將取自湖北宜昌的硅鈣質(zhì)膠磷礦富礦塊手工破碎、揀選除雜后，用pH＝3～4的稀鹽酸溶液反復浸洗3次，再用蒸餾水清洗干凈并在40℃以下烘干。烘干樣品經(jīng)瓷球磨機磨細后，篩?。?.15 mm粒級作為單礦物浮選試樣保存于密封玻璃瓶中備用。經(jīng)化學分析，浮選試樣的P2O5含量為36.73%。對浮選試樣進行粒度分析，結(jié)果見表1。根據(jù)表1，可知浮選試樣的d50為12.8μm、d90為87.1μm。

表1 試樣粒度分布

粒級／μm 產(chǎn)率／% 負累積產(chǎn)率／% 150～75 12.40 100.00 75～44 12.80 87.60 44～38 11.00 74.80 38～15 7.60 63.80 15～10 20.40 56.20 10～5 10.00 35.80－5 25.80 25.80

1.2 試驗藥劑

試驗所用藥劑包括捕收劑油酸鈉，pH值調(diào)整劑氫氧化鈉、碳酸鈉和硫酸，抑制劑六偏磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉、淀粉和腐植酸鈉。除腐植酸鈉為化學純制劑外，其余均為分析純制劑。

試驗用水為二次蒸餾水。

2 試驗方法

單礦物浮選試驗在長春探礦機械廠生產(chǎn)的XFG掛槽式浮選機內(nèi)進行。每次試驗用分析天平稱取5 g單礦物試樣置于100 mL掛槽中，加入100 mL一定溫度的二次蒸餾水，將浮選機攪拌速度調(diào)至2 000 r／min，先加入pH值調(diào)整劑調(diào)節(jié)pH值，再依次加入抑制劑和捕收劑，然后開始浮選。加入各種藥劑后均攪拌2 min，浮選時間為4 min。浮選結(jié)束后，將泡沫產(chǎn)品過濾、烘干、稱質(zhì)量、計算回收率。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 油酸鈉用量對微細粒膠磷礦回收率的影響

油酸鈉作為氧化礦物最常用的捕收劑，被廣泛用于選礦試驗及實際生產(chǎn)。在常溫（25℃）、自然pH（pH＝7）、不添加抑制劑條件下考察了油酸鈉用量對微細粒膠磷礦浮選回收率的影響，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 油酸鈉用量試驗結(jié)果

從圖1可以看出，膠磷礦的回收率隨著油酸鈉用量的提高先上升后下降，并在油酸鈉用量為6× 10－4mol／L時達到最大值，但由于pH和溫度不合適，此時膠磷礦的回收率只有25.94%。

3.2 溫度對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響

在自然pH、油酸鈉用量為6×10－4mol／L、不添加抑制劑條件下考察了礦漿溫度對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看到，隨著礦漿溫度的上升，膠磷礦的回收率不斷提高，但當?shù)V漿溫度達到45℃后，膠磷礦的回收率提高幅度很小。

3.3 礦漿pH值對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響

在礦漿溫度分別為常溫和45℃、油酸鈉用量為6×10－4mol／L、不添加抑制劑條件下考察了礦漿pH值對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響。礦漿pH值采用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)，同時考慮到工業(yè)生產(chǎn)中常用碳酸鈉作為pH調(diào)整劑，因此還將碳酸鈉與氫氧化鈉進行了對比。試驗結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 溫度試驗結(jié)果

圖3 常溫下礦漿pH試驗結(jié)果

圖4 45℃下礦漿pH試驗結(jié)果

由圖3、圖4可見：不同溫度下，pH對于油酸鈉浮選膠磷礦的影響規(guī)律是相同的，即堿性介質(zhì)中的浮選效果都優(yōu)于酸性介質(zhì)中的浮選效果，并且隨著pH的提高，膠磷礦的回收率一直呈上升趨勢；相同pH下，礦漿溫度為45℃時的膠磷礦回收率遠遠高于礦漿溫度為常溫時的膠磷礦回收率；常溫下以碳酸鈉作為堿性pH調(diào)整劑時對微細粒膠磷礦的浮選有明顯促進作用，而45℃下用碳酸鈉調(diào)節(jié)堿性pH反而比用氫氧化鈉調(diào)節(jié)堿性pH效果差。

根據(jù)以上試驗結(jié)果，兼顧藥劑成本和礦漿介質(zhì)的腐蝕性，用油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的適宜條件應為礦漿溫度45℃、用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH＝10、油酸鈉用量6×10－4mol／L，此時膠磷礦的回收率為78.24%。

3.4 幾種抑制劑對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響

在礦漿溫度為45℃、用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH＝10、油酸鈉用量為6×10－4mol／L條件下考察了3種無機抑制劑六偏磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉及2種有機抑制劑淀粉、腐植酸鈉對油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的影響，并與自然pH下這5種抑制劑的抑制效果進行了對比。試驗結(jié)果如下。

3.4.1 六偏磷酸鈉的影響

六偏磷酸鈉被廣泛應用于方解石、石灰石、石英和硅酸鹽礦物等的抑制。本試驗中膠磷礦回收率隨六偏磷酸鈉用量的變化如圖5所示。

圖5 膠磷礦回收率隨六偏磷酸鈉用量的變化

由圖5可見，六偏磷酸鈉對膠磷礦具有明顯的抑制作用：自然pH和pH＝10條件下，隨著六偏磷酸鈉用量的增大，膠磷礦的回收率都持續(xù)下降；當六偏磷酸鈉用量為3×10－5mol／L時，自然pH和pH＝10條件下的膠磷礦回收率分別降到23.38%和19.92%。

3.4.2 硅酸鈉的影響

硅酸鈉是常用的無機分散劑，也被用作石英和硅酸鹽類脈石礦物的抑制劑。本試驗中膠磷礦回收率隨硅酸鈉用量的變化如圖6所示。

圖6 膠磷礦回收率隨硅酸鈉用量的變化

圖6表明，硅酸鈉對膠磷礦具有一定的抑制作用，其用量由0增加到1×10－5mol／L時，自然pH和pH＝10條件下的膠磷礦回收率分別由62.70%和78.24%下降到61.59%和62.38%，此后膠磷礦回收率下降幅度很小。

將圖6與圖5對比可知，硅酸鈉對膠磷礦的抑制能力比六偏磷酸鈉的弱得多，即使其用量增大到5×10－5mol／L，自然pH和pH＝10條件下的膠磷礦回收率仍分別達到58.14%和59.65%。

3.4.3 焦磷酸鈉的影響

磷酸鹽能與金屬離子形成可溶性絡合物，可作為抑制劑和礦泥分散劑使用。本研究中膠磷礦回收率隨焦磷酸鈉用量的變化如圖7所示。

圖7 膠磷礦回收率隨焦磷酸鈉用量的變化

圖7表明，焦磷酸鈉對膠磷礦具有較明顯的抑制作用，其用量低于2×10－5mol／L時，自然pH下的膠磷礦回收率變化較小而pH＝10條件下的膠磷礦回收率快速下降，其用量超過2×10－5mol／L后，兩種pH條件下的膠磷礦回收率分別快速下降到44.12%和51.47%。

將圖7與圖5、圖6對比可知，焦磷酸鈉對膠磷礦的抑制能力不如六偏磷酸鈉強，但是強于硅酸鈉。

3.4.4 淀粉的影響

由于來源廣泛和抑制性能優(yōu)異，淀粉在浮選中得到大量應用，如用于抑制氧化鐵礦物、硅酸鹽、滑石等［2］。本研究中膠磷礦回收率隨淀粉用量的變化如圖8所示。

圖8表明，淀粉對膠磷礦也具有較明顯的抑制作用：其用量大于20 mg／L后，兩種pH條件下的膠磷礦回收率都快速下降；其用量為40 mg／L時，自然pH和pH＝10條件下的膠磷礦回收率分別下降到44.32%和47.25%。

將圖8與圖5、圖6、圖7對比可知，在試驗用量范圍內(nèi)，淀粉對膠磷礦的抑制能力比六偏磷酸鈉弱，但是強于焦磷酸鈉和硅酸鈉。

圖8 膠磷礦回收率隨淀粉用量的變化

3.4.5 腐植酸鈉的影響

腐植酸鈉能增強礦物表面的親水性，常作為抑制劑用于浮選。本研究中膠磷礦回收率隨淀粉用量的變化如圖9所示。

圖9 膠磷礦回收率隨腐植酸鈉用量的變化

圖9表明，腐植酸鈉對膠磷礦具有很明顯的抑制作用：其用量超過5 mg／L后，兩種pH條件下的膠磷礦回收率都急劇下降；其用量為20 mg／L時，自然pH和pH＝10條件下的膠磷礦回收率分別可降到16.21%和14.95%。

將圖9與圖5、圖6、圖7、圖8對比可知，在試驗用量范圍內(nèi)，腐植酸鈉對膠磷礦的抑制能力是5種抑制劑中最強的。

由圖5～圖9還可以看出，總體上，pH對5種調(diào)整劑的抑制效果影響不是很大，自然pH和pH＝10條件下，微細粒膠磷礦的回收率變化趨勢基本保持一致。

4 結(jié) 論

（1）油酸鈉浮選微細粒膠磷礦的適宜條件應為礦漿溫度45℃、用NaOH調(diào)節(jié)礦漿pH＝10、油酸鈉用量6×10－4mol／L。

（2）六偏磷酸鈉、硅酸鈉、焦磷酸鈉、淀粉和腐植酸鈉均可對油酸鈉體系中的膠磷礦產(chǎn)生抑制作用，其抑制能力的強弱排序為腐植酸鈉＞六偏磷酸鈉＞淀粉＞焦磷酸鈉＞硅酸鈉。

［1］李成秀，文書明.我國磷礦選礦現(xiàn)狀及其進展［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2010（2）：22-25.

［2］吳永云.淀粉在選礦工藝中的應用［J］.國外金屬礦選礦，1999

（11）：26-30.

Study of on Flotation Behavior of Ultrafine Collophanite in Sodium Oleate System

Wang Yonglong1，2Zhang Qin1，2Zhou Liang1，2Tang Zhongjie1，2
（1．School of Resource and Environmental Engineering，Wuhan University of Science and Technology；2．Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources）

Flotation behavior of ultrafine collophanite in sodium oleate flotation system is investigated and the five types ofmodifiers including sodium hexametaphosphate，sodium silicate，sodium pyro-phosphate，starch，sodium humate on ultrafine collophanite recovery are researched through flotation tests of singlemineral.The results showed that the appropriate conditions for flotation ofultrafine collophanitewith sodium oleatewere pulp temperature 45℃，pulp pH＝10 adjusted by NaOH，sodium oleate of6×10－4mol／L；The inhibiting performance of five inhibitors on ultrafine collophanite is listed in order as sodium humate＞sodium hexametaphosphate＞starch＞sodium pyro-phosphate＞sodium silicate.

Ultrafine collophanite，Sodium oleate，F(xiàn)lotation of singlemineral，Pulp temperature，Pulp pH，Inhibitor

2013-08-28）

*國家自然科學基金面上項目（編號：50974099）。

王永龍（1987—），男，碩士研究生，430081湖北省武漢市青山區(qū)建設一路武漢科技大學480信箱。