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磨礦介質(zhì)氧化鋯珠對典型硅酸鹽礦物浮選的影響
來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-03-09 |次瀏覽
研究在濕式磨礦條件下，十二胺和油酸鈉作為捕收劑時(shí)，氧化鋯珠和鐵球作為磨礦介質(zhì)對典型硅酸鹽礦物浮選的影響．通過對礦物表面動(dòng)電位和 X 射線光電子能譜檢測，分析磨礦介質(zhì)對
研究在濕式磨礦條件下，十二胺和油酸鈉作為捕收劑時(shí)，氧化鋯珠和鐵球作為磨礦介質(zhì)對典型硅酸鹽礦物浮選的影響．通過對礦物表面動(dòng)電位和 X 射線光電子能譜檢測，分析磨礦介質(zhì)對硅酸鹽礦物浮選影響的機(jī)理． 研究表明: 十二胺作為捕收劑，低于佳浮選 pH 值時(shí)，氧化鋯珠濕磨鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英的浮選回收率均高于鐵球濕磨，pH 值繼續(xù)升高，氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨這四種硅酸鹽礦物的浮選回收率相近; 在 pH 值 2 ～ 12 范圍內(nèi)，氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨長石的浮選回收率相近; 油酸鈉作為捕收劑，相同 pH 值條件下，氧化鋯珠濕磨鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率大多低于鐵球濕磨． 檢測結(jié)果表明: 氧化鋯珠濕磨時(shí)，低于佳浮選 pH 值條件下，鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英表面電位低于鐵球濕磨，因而十二胺作為捕收劑時(shí)這四種礦物的浮選回收率高于鐵球濕磨; 鐵球濕磨時(shí)，油酸鈉作為捕收劑，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英表面 Fe含量明顯增加，對這五種礦物起到作用，因而浮選回收率高于氧化鋯珠濕磨．
磨礦對礦物的浮選有著重要的意義，而磨礦過程 是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)及物理化學(xué)過程． 國內(nèi)外某些理論研究和工業(yè)實(shí)踐表明［1--3］，磨礦過程發(fā)生的各類物理化學(xué)反應(yīng)都直接關(guān)系到礦物本身的表面性質(zhì)和礦漿性質(zhì)，進(jìn)而影響礦物浮選過程．
磨礦對礦物的浮選有著重要的意義，而磨礦過程 是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)及物理化學(xué)過程． 國內(nèi)外某些理論研究和工業(yè)實(shí)踐表明［1--3］，磨礦過程發(fā)生的各類物理化學(xué)反應(yīng)都直接關(guān)系到礦物本身的表面性質(zhì)和礦漿性質(zhì)，進(jìn)而影響礦物浮選過程．
針對 磨礦介質(zhì)、磨 礦 氣氛、磨 礦方 式 ( 干磨 與 濕磨) 、磨礦設(shè)備等磨礦因素對礦物浮選行為的影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究工作． 早在 1960 年，Ｒey 和Formanek［4］就指出，鐵磨方鉛礦和閃鋅礦的可浮性比瓷磨方鉛礦差． Forssberg、Yuan 和他們的合作者［5--9］采用非鐵介質(zhì)磨礦時(shí)，硫化礦物的礦漿電位、電導(dǎo)率和總硫濃度均比采用鐵介質(zhì)磨礦時(shí)高，在后續(xù)的浮選過程中這些參數(shù)仍保持在同一水平，采用非鐵介質(zhì)磨礦后的浮選回收率高于鐵介質(zhì)磨礦． Peng 等［10--12］，Huang等［13］對磨礦介質(zhì)及磨礦氣氛等條件對礦物浮游性的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)方鉛礦和黃銅礦等硫化礦物的表面性質(zhì)和浮選明顯受磨礦過程中物理化學(xué)因素變化的影響，伽伐尼作用對硫化礦物浮選有不利影響，用高鉻介質(zhì)磨礦有利于細(xì)粒級礦物浮選． 何發(fā)鈺［14］ 研究磨礦介質(zhì)對硫化礦物浮選的影響，結(jié)果表明采用瓷介質(zhì)磨礦比采用鐵介質(zhì)磨礦有利于硫化礦物的浮選． 宋振國和孫傳堯［15］ 研究鋼球和氧化氧化鋯珠兩種磨礦介質(zhì)對方解石表面性質(zhì)及方解石在十二胺浮選體系中回收
率的影響，結(jié)果表明在十二胺浮選體系中，采用氧化氧化鋯珠磨礦，方解石的浮選回收率高于鋼球磨礦．
本文研究了濕式磨礦條件下，鐵球和氧化鋯珠作為磨礦介質(zhì)，對十二胺和油酸鈉作捕收劑浮選硅酸鹽礦物的影響． 通過對礦漿中礦物表面動(dòng)電位及礦物表面 X射線光電子能譜檢測，分析磨礦介質(zhì)對硅酸鹽礦物浮選影響的機(jī)理．
1 實(shí)法
1. 1 實(shí)驗(yàn)原料
實(shí)驗(yàn)用鋯英石取自澳大利亞，綠柱石、鋰輝石和石英均取自新疆，長石取自河北，所有礦物均經(jīng)過手選，選取結(jié)晶度好、純度高的塊礦，然后利用顎式破碎機(jī)、慣性圓錐破碎機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行破碎和篩選，在單礦物礦樣制備過程中，將設(shè)備預(yù)先用多余的物料清洗干凈，盡量 避 免 金 屬 ( 主 要 是 鐵 ) 污 染，篩 選 出 － 0. 335+ 0. 045 mm 粒級，存放在真空干燥器中備用． 經(jīng)過化學(xué)分析和顯微鏡檢測，幾種礦物的純度均大于 99% ，X射線光電子能譜檢測也表明礦物表面純凈，滿足實(shí)驗(yàn)要求．
磨礦實(shí)驗(yàn)采用氧化氧化鋯珠和普通鑄鐵球兩種介質(zhì)，濕式磨礦機(jī)罐體采用 1010 尼龍棒材制造，外徑為 90mm，內(nèi)徑為 60 mm，內(nèi)腔 53 mm，容積為 150 mL，磨礦介質(zhì)充填率為 30% ～ 40% ．
1. 2 實(shí)驗(yàn)過程
單礦物濕式磨礦時(shí)，固液比 1∶ 3 g·mL － 1 ( 其中礦物10 g，去離子水 30 mL) ，磨礦后用 120 mL 去離子水沖洗，部分過濾后，濾餅自然風(fēng)干后進(jìn)行 X 射線光電子能譜檢測，剩余部分進(jìn)行礦物表面動(dòng)電位檢測． 浮選實(shí)驗(yàn)在掛槽式浮選機(jī)中進(jìn)行，浮選機(jī)型號為 XFG--76，浮選槽容積為 30 mL，浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為 1750 r·min － 1 ，礦漿溫度 20 ～ 30 ℃ ．
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
十二胺作為捕收劑，用量為 60 mg·L － 1 ，氧化鋯珠和鐵球分別作為磨礦介質(zhì)時(shí)，不同磨礦介質(zhì)對硅酸鹽礦物浮選的影響如圖 1 所示．圖 1 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)十二胺作捕收劑時(shí): ( 1)氧化鋯珠和鐵球濕磨，pH 值對硅酸鹽礦物浮選回收率的影響趨勢大致相同; 隨著 pH 值的增加，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率均先增加后降低．( 2) 在 pH 值 6 ～ 9 的范圍內(nèi)，鋯英石、綠柱石、長石和石英的浮選回收率較高; 鋰輝石的佳浮選 pH 值在10 左右． ( 3) 當(dāng) pH 值 ＜ 7 時(shí)氧化鋯珠濕磨鋯英石、綠柱石和石英浮選回收率均高于鐵球濕磨，pH 值 ＞ 7 時(shí)氧化鋯珠濕磨與鐵球濕磨鋯英石、綠柱石和石英的浮選回收率相近; 當(dāng) pH 值 ＜ 9 時(shí)氧化鋯珠濕磨鋰輝石的浮選回收率高于鐵球濕磨，pH 值 ＞ 9 時(shí)氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨鋰輝石的浮選回收率相近; 整個(gè) pH 值范圍內(nèi)，氧化鋯珠濕磨和鐵
球濕磨長石的浮選回收率相近．
油酸鈉作為捕收劑，用量為 160 mg·L － 1 ，氧化鋯珠和鐵球分別作為磨礦介質(zhì)時(shí)，不同磨礦介質(zhì)對硅酸鹽礦物浮選的影響如圖 2 所示．
圖 2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，油酸鈉作為捕收劑時(shí): ( 1)氧化鋯珠和鐵球濕磨，pH 值對硅酸鹽礦物浮選回收率的影響不同． ( 2) 氧化鋯珠濕磨時(shí)，隨著 pH 值的增加，鋯英石的浮選回收率逐漸降低; 綠柱石的浮選回收率逐漸增加; 鋰輝石的浮選回收率先增加后降低; 長石和石英基本不?。?( 3) 鐵球濕磨時(shí)，隨著 pH 值的增加，鋯英石的浮選回收率先降低后增加而后再降低; 綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率先增加后降低． ( 4) 氧化鋯珠濕磨時(shí)，低 pH 值時(shí)鋯英石的浮選回收率較高; 高 pH值時(shí)綠柱石的浮選回收率較高; 鋰輝石的佳浮選 pH值在 6 左右． ( 5) 鐵球濕磨時(shí)，鋯英石的佳浮選 pH值在 10 左右; 綠柱石、鋰輝石和石英的佳浮選 pH值為 5 ～ 8; 長石的佳浮選 pH 值為 5 ～ 10． ( 6) 鐵球濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的大浮選回收率均高于氧化鋯珠濕磨．
3 機(jī)理分析
3. 1 磨礦因素對動(dòng)電位的影響
利用 Zetasizer( 型號為: Nano--Zs) 測試儀進(jìn)行礦物表面動(dòng)電位檢測，考察不同磨礦介質(zhì)對硅酸鹽礦物表
面動(dòng)電位的影響，結(jié)果如圖 3 所示．圖 3 的研究結(jié)果表明: ( 1) 不同磨礦介質(zhì)條件下，幾種硅酸鹽礦物表面動(dòng)電位總體趨勢相同，均隨 pH值的增加，礦物表面動(dòng)電位逐漸降低． ( 2) 氧化鋯珠濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英零電點(diǎn)對應(yīng)的pH 值分別為 4. 1、2. 9、2. 6、＜ 1. 5 和 ＜ 1. 7; 鐵球濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英零電點(diǎn)對應(yīng)的pH 值分別為 5. 9、6. 0、5. 0、5. 0 和 4. 7． ( 3) 氧化鋯珠濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英零電點(diǎn)對應(yīng)的pH 值均低于鐵球濕磨．
十二胺作為捕收劑時(shí)，與礦物表面的相互作用主要是由胺的陽離子 ＲH3 + 或 ＲH2·ＲH3 + 在礦物表面雙
電層依靠靜電引力吸附在荷負(fù)電的礦物表面［16］． 氧化鋯珠濕磨條件下，小于佳浮選 pH 值時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英表面電位均低于鐵球濕磨，十二胺與礦物表面的相互作用強(qiáng)，因此氧化鋯珠濕磨后這四種礦物的浮選回收率均高于鐵球濕磨; 氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨時(shí)，隨著 pH 值的增加，鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英表面荷帶的負(fù)電荷均較多，這四種礦物的浮選回收率相近．
3. 2 表面元素分析
礦物表面性質(zhì)與其浮選行為密切相關(guān)，采用 X 射線光電子能譜考察硅酸鹽礦物在不同磨礦介質(zhì)濕磨后表面元素變化的情況，確定礦物表面物質(zhì)的存在形式．不同磨礦介質(zhì)下，硅酸鹽礦物表面元素的 X 射線光電子能譜分析結(jié)果見表 1 ～ 表 5．表 1 ～ 表 5 的研究結(jié)果表明: 與原礦相比，( 1) 氧化鋯珠濕磨后，鋯英石表面 Zr 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 8. 30% 增加
到 12. 02% ，F(xiàn)e、O 和 Si 含量變化較小; 鐵球濕磨后，鋯英石表面 Zr 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 8. 30% 增加到 9. 30% ，F(xiàn)e 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 0. 31% 增加到 2. 95% ． ( 2) 氧化鋯珠濕磨后，綠柱石表面 Al、Be、Fe、O 和 Si 含量與原礦相差較小; 鐵 球濕磨后，綠柱 石表 面 Be 的 原子 數(shù)分 數(shù)由24. 67% 降至 21. 02% ，F(xiàn)e 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 0. 24% 增加至 2. 06% ． ( 3) 氧化鋯珠濕磨后，鋰輝石表面 Al、Fe、Li、Si和 O 含量與原礦相差較小; 鐵球濕磨后，鋰輝石表面Li 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 9. 87% 增加至 19. 98% ，F(xiàn)e 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 0. 42% 增加至 2. 10% ． ( 4) 氧化鋯珠濕磨后，長石表面 Al、K、Fe、Na、Si 和 O 含量與原礦相差較小; 鐵球濕磨后，長石表面 Al、K、Na、Si 和 O 含量與原礦相差較小，F(xiàn)e 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 0. 62% 增加至 1. 33% ． ( 5)氧化鋯珠濕磨后，石英表面檢測不到 Fe 的存在; 鐵球濕磨后，石英表面 Fe 的原子數(shù)分?jǐn)?shù)由 0 增加至 0. 67% ．硅酸鹽礦物經(jīng)鐵球濕磨后，表面均檢測出 Fe 的存在． 由于金屬陽離子在硅酸鹽礦物表面吸附后，一方面提高了礦物表面的電性，使陽離子捕收劑的靜電吸附力減弱，另一方面可以使礦物界面層內(nèi)的捕收劑陽離子濃度降低，從而減弱了捕收劑對礦物的捕收作用．因此，十二胺作為捕收劑，鐵球濕磨后，硅酸鹽礦物表面存在的 Fe 對硅酸鹽礦物浮選具有作用，小于佳浮選 pH 值時(shí)，鐵球濕磨后鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英的浮選回收率均低于氧化鋯珠濕磨．
油酸鈉作為捕收劑時(shí)，氧化鋯珠濕磨后，綠柱石和鋰輝石表面暴露出來的 Be 和 Li 可以作為活性點(diǎn)，與油酸鈉結(jié)合，致使綠柱石和鋰輝石部分上浮; 鋯英石、長石和石英表面暴露出來 Zr、Al、K、Na、Si、O 等金屬離子與油酸鈉結(jié)合力弱，因而可浮性較差． 鐵球濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英表面 Fe 含量明顯增加，說明鐵球作為磨礦介質(zhì)時(shí)，有部分 Fe 介質(zhì)磨損固著在礦物表面; Fe2p 峰結(jié)合能均在 711 eV 附近，與鐵的羥基絡(luò)合物的結(jié)合能相近，說明鐵介質(zhì)磨礦后在硅酸鹽礦物表面有鐵的羥基絡(luò)合物形成． 鐵球濕磨后，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英表面的 Fe 作為劑，了與陰離子捕收劑的相互作用，因此在佳pH 值條件下，油酸鈉作為捕收劑，鐵球濕磨時(shí)，這幾種硅酸鹽礦物的浮選回收率均高于氧化鋯珠濕磨．
4 結(jié)論
( 1) 十二胺作捕收劑時(shí)，隨著 pH 值的增加，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率均先增加后降低; 低于佳浮選 pH 值時(shí)，氧化鋯珠濕磨鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英的浮選回收率均高于鐵球濕磨，pH 值繼續(xù)升高，氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨這四種硅酸鹽礦物的浮選回收率相近． 在 pH 值 2 ～ 12 范圍內(nèi)，氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨長石的浮選回收率相近．
( 2) 油酸鈉作為捕收劑，相同 pH 值條件下，氧化鋯珠
濕磨鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率大多低于鐵球濕磨．
( 3) 礦物動(dòng)電位測定結(jié)果表明: 氧化鋯珠濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英零電點(diǎn)對應(yīng)的 pH 值均低于鐵球濕磨． 十二胺作捕收劑時(shí)，氧化鋯珠濕磨后，小于佳浮選 pH 值時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英表面電位明顯低于鐵球濕磨，這四種礦物的浮選回收率均高于鐵球濕磨; 隨著 pH 值的進(jìn)一步增 加，鋯 英石、綠柱石、鋰輝石和石英表面荷帶的負(fù)電荷增加，氧化鋯珠濕磨和鐵球濕磨時(shí)，這四種礦物的浮選回收率相近．
( 4) 礦物表面 X 射線光電子能譜的檢測結(jié)果表明: 鐵球濕磨時(shí)，鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英表面 Fe 含量明顯增加，說明鐵球作為磨礦介質(zhì)時(shí)，有部分 Fe 介質(zhì)磨損固著在礦物表面． 十二胺作為捕收劑，鐵球濕磨后，硅酸鹽礦物表面存在的 Fe 對硅酸鹽礦物浮選具有作用，小于佳浮選 pH 值時(shí)，鐵球濕磨后鋯英石、綠柱石、鋰輝石和石英的浮選回收率均低于氧化鋯珠濕磨． 油酸鈉作捕收劑，鐵球濕磨后，硅酸鹽礦物表面存在的 Fe 對硅酸鹽礦物起到了作用，鐵球濕磨鋯英石、綠柱石、鋰輝石、長石和石英的浮選回收率均高于氧化鋯珠濕磨．
