石英砂资源，由于其含有较多的杂质，铝、铁含量较高，原砂中SiO2含量有时仅74％，远不能满足玻璃行业对石英砂纯度的要求。浮选提高石英砂纯度，对开发利用石英砂资源有重要意义。本文以菱铁矿、白云石和石英为研究对象，在油酸钠浮选体系下探索了菱铁矿、白云石及调整剂用量对石英浮选的影响规律，研究了菱铁矿和白云石溶解组分对石英浮选影响的作用机理。
一、试验材料和方法
1、试验材料
菱铁矿经手选除杂用钢锤锤至2mm以下后进行球磨，经摇床和强磁分选得到菱铁矿单矿物，然后选取－106＋45μm粒级。
石英和白云石矿块经颚式破碎机破碎后，进行瓷球磨湿磨，然后选取－106＋45μm粒级。
经X射线衍射和化学多元素分析，石英和白云石的质量分数均在95％以上，菱铁矿的质量分数在90％以上，满足试验要求。
试验所用捕收剂油酸钠和抑制剂淀粉为化学纯，活化剂氯化钙和pH值调整剂(氢氧化钠、盐酸)为分析纯。试验所用试剂均用去离子水配制，试验用去离子水pH值为6左右。
2、试验方法
（1）浮选试验
单矿物浮选试验在XFG型挂槽式浮选机中进行，浮选机转速为1750r/min。称取矿物20g置于30mL浮选槽内，加入适量去离子水，然后按照试验要求加入pH调整剂、活化剂、抑制剂和捕收剂，添加药剂后均搅拌3min，浮选3min。所获得的泡沫产品和槽内矿物经过滤、烘干、称重，计算回收率。
（2）吸附量测定
称取1g矿样置于搅拌槽中，搅拌1min后，调节pH值至所需值，按浮选药剂用量依次添加各药剂并准确定容，充分搅拌后静置，取上清液离心后测定溶液中剩余的油酸钠溶度。用差减法计算油酸钠的吸附量，药剂在矿物表面的吸附量计算公式为
Γ＝(ρ0－ρ)ｖ1000m。
式中：Г为吸附量，mg/g；m为矿样质量，g；ρ0为油酸钠的初始质量浓度，mg/L；ρ为吸附后油酸钠的残余质量浓度，mg/L；V为溶液体积，L
（3）溶液化学计算
由阳离子An+和阴离子Bm-组成的矿物在溶液中的溶解可以表示为：
AmBn(s)＝mAn+（aq）＋nBm-(aq)Ksp。
式中：n为阳离子An＋所带的电荷数；m为阴离子Bm-所带的电荷数；Ksp为沉淀平衡常数。根据溶液化学计算的需要，定义离子活度IAP和饱和度SA为
式中：cAn+和cBm-分别代表An+和Bm-在溶液中的浓度(活度)。根据溶液化学的基本理论，当SA>1(IAP>Ksp)时，沉淀会自发生成；当饱和度SA<1(IAPsp)时，沉淀会自发溶解。
二、结果与讨论
1、pH值对石英浮选的影响
石英作为一种常见的脉石矿物，采用油酸钠进行浮选时，需加入多价金属离子进行活化，其中多价金属离子的活化效果与矿浆pH值密切相关。因此，在油酸钠质量浓度为160mg/L、氯化钙质量浓度为100mg/L、淀粉质量浓度为60mg/L的条件下，考察了石英的浮选回收率与矿浆pH值的关系，如图1所示。
由图1可知，矿浆pH能显著影响石英的浮选。当pH值在3~7区间内变化时，石英几乎不浮，之后随着pH值的增大浮选回收率迅速增加，当pH值为11左右时回收率最大。当pH值超过11后，回收率略微降低。浮选试验结果表明，当pH值为11左右时钙离子的活化效果最好，因此下述浮选试验的pH值定为11。
2、菱铁矿和白云石溶解组分对石英浮选的影响
为探究菱铁矿和白云石溶解组分对石英浮选的影响，分别进行“直接浮选”和“去溶解组分浮选”。
“直接浮选”的方法为：将石英和菱铁矿(白云石)混合调浆，调节pH值为11左右，再按试验要求加入药剂进行浮选。
“去溶解组分浮选”的方法为：先将菱铁矿(白云石)在pH值为11左右的条件下搅拌溶解30min，将溶解液与菱铁矿(白云石)分离，并用去离子水清洗菱铁矿(白云石)三次，然后按照“直接浮选”的方法进行浮选试验。
在pH值为11、油酸钠的质量浓度为160mg/L、氯化钙的质量浓度为100mg/L、淀粉的质量浓度为60mg/L的条件下，分别进行“直接浮选”和“去溶解组分浮选”，考察菱铁矿和白云石对石英浮选的影响，浮选试验结果如图2与图3所示。由图2可知，随着菱铁矿质量分数的增加，石英的浮选回收率降低。当菱铁矿质量分数为10％时，对石英进行“直接浮选”，其回收率由90.05％下降为15.32％；而在菱铁矿质量分数为10％的条件下，对石英进行“去溶解组分浮选”，其回收率为75.53％，因此可以推测菱铁矿的溶解组分会显著影响石英浮选。由图3可知，白云石在一定程度上会降低石英的浮选回收率，当白云石质量分数为20％时，“直接浮选”的回收率为73.24％，而“去溶解组分浮选”的回收率为76.95％，因此与菱铁矿相比，白云石的溶解组分对石英浮选影响较小。
3、药剂用量对石英浮选的影响
为进一步探究菱铁矿和白云石对石英浮选的影响，研究了药剂对石英浮选的影响。在菱铁矿(白云石)质量分数为10％，pH值为11、氯化钙的质量浓度为100mg/L、淀粉的质量浓度为60mg/L的条件下，改变油酸钠的质量浓度，结果如图4所示。可知，当油酸钠的质量浓度从160mg/L增大至240mg/L时，石英的浮选回收率略有增加，(石英＋白云石)混合矿中石英的回收率从78.56％提高至88.56％，(石英＋菱铁矿)混合矿中石英的回收率始终小于20％。
因此可以认为，白云石增大了捕收剂的消耗，从而使石英的浮选回收率降低，增大捕收剂用量可在一定程度上消除白云石对石英浮选的影响；而菱铁矿对石英浮选的影响与药剂消耗无关，增大药剂用量不能有效消除影响。
在菱铁矿(白云石)质量分数为10％，pH值为11、油酸钠的质量浓度为160mg/L、氯化钙的质量浓度为100mg/L的条件下，改变淀粉的质量浓度，结果如图5所示。可知，淀粉的质量浓度从0增加至80mg/L时，(石英＋菱铁矿)混合矿中石英的回收率由80.13％降低至14.13％，回收率明显降低；而(石英＋白云石)中石英的回收率由82.89％降低至70.23％，降低程度不明显。
因此可认为菱铁矿对石英浮选的影响与淀粉用量有关；而与菱铁矿相比，白云石对石英浮选回收率的降低程度受淀粉影响较小。
4、吸附量测定
一般来说，矿物的浮选回收率与捕收剂的吸附量有关，探究油酸钠吸附量的变化，有助于分析菱铁矿和白云石对石英浮选影响的作用机理。在pH值为11，油酸钠的质量浓度为160mg/L、氯化钙的质量浓度为100mg/L、菱铁矿和白云石质量分数均为10％的条件下，淀粉对石英浮选的影响的结果如图5所示，淀粉对油酸钠吸附量影响的结果如图6所示。可知，淀粉和菱铁矿的共同作用会明显降低油酸钠在石英表面的吸附量；淀粉或菱铁矿单独存在时，对石英表面油酸钠的吸附量影响不明显。白云石可在一定程度上降低油酸钠在石英表面的吸附量。
综合吸附量测定结果与浮选试验结果，推测石英回收率降低的主要原因是油酸钠在石英表面吸附量的降低，菱铁矿(溶解组分)可增强淀粉对活化石英的抑制效果，进而降低油酸钠的吸附量；而白云石(溶解组分)与菱铁矿相比，在增强淀粉抑制作用方面影响较弱。
三、结论
1、浮选试验表明：菱铁矿对石英浮选的影响
与其溶解组分有关，当淀粉存在时，菱铁矿可明显影响石英浮选；白云石溶解组分对石英浮选影响较小，增大油酸钠用量可在一定程度上消除影响。
2、吸附量测定结果表明：菱铁矿(溶解组分)可明显增强淀粉对活化石英的抑制效果；而与菱铁矿相比，白云石(溶解组分)在增强淀粉抑制作用方面影响较弱。
3、溶液化学计算表明：菱铁矿溶解组分可将活化的石英表面转化为易被淀粉抑制的CaCO3沉淀；而白云石的溶解会受到溶液中钙离子的抑制，因此对石英浮选影响较小。这是菱铁矿和白云石溶解组分对石英浮选影响存在差异的主要原因。
资料来源：菱铁矿和白云石对石英浮选的影响，李东，东北大学学报；
编辑整理：中国粉体技术网
更多精彩！欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信（粉体技术网）
|
