在磷酸盐矿石浮选中NSFC对白云石的抑制效果和原理外文翻译资料

在磷酸盐矿石浮选中NSFC对白云石的抑制效果和原理

Jun Yu , Yingyong Ge, Xiaolong Guo, Wenbin Guo

武汉理工大学 资源与环境工程学院 武汉430070

摘要：本文讲述了在胶磷矿和白云石浮选过程中使用Beta;-萘基磺酸盐甲醛缩合物（NSFC）作为抑制剂经过微浮选和开路浮选的研究。通过对电动电势，接触角，吸附热力学测量和计算的研究得到其吸附原理。浮选结果显示，Beta;-萘基磺酸盐甲醛缩合物对白云石的抑制效果很明显，对胶磷矿的浮选影响很小。Beta;-萘基磺酸盐甲醛缩合物显著地增加了胶磷矿/白云石选择性指数。电动电位的研究表明经过Beta;-萘基磺酸盐甲醛缩合物相互作用后矿物的电动电势发生了改变。这种改变在白云石的电动电势曲线中比胶磷矿更有意义。这种差异也验证了接触角和吸附测量的结果。热力学计算的结果表明，Beta;-萘基磺酸盐甲醛缩合物在白云石和胶磷矿中的吸附分别有化学吸附和物理吸附。这项研究为胶磷矿矿物的分离提供了新方向。

关键词:胶磷矿；浮选抑制剂；白云石；吸附原理。

1、前言

磷酸盐矿石的生产和利用在中国的经济发展中起了重要的作用。在这种背景下,中国磷酸盐矿石行业目前专注于回收低品位的磷酸盐矿石，比如硅钙质胶磷矿^[1]。这些矿石属于低品位矿石,包含15-18%P₂O₅,4-7%MgO和25-35% SiO₂。特别研究研究表明，矿物在粒度很小的情况下是解离的。磷酸盐矿石含有多种杂质矿物,如石英、白云石等；胶磷矿就是从含有杂质的磷酸盐矿石中分离出来的有用矿物，胶磷矿的分离是磷酸盐处理最关键的一步^[2]。

全世界的磷酸盐产品超过一半是通过浮选提高品位的^[3]。提高磷酸盐矿石品位的浮选技术取决于脉石矿物的类型。当碳酸钙是主要的脉石矿物时，阴离子反浮选对世界各地不同类型的磷矿石都有较好的效果^[4-6]。在浮选过程中，加入适当的抑制剂，如磷酸、硫酸和氟硅酸后，白云石和方解石是漂浮在上面^[7-9]。当硅石为主要脉石矿物，二氧化硅以石英或沙子存在时，通常使用阳离子捕收剂，而磷石灰在近似中性的条件下是被抑制的^[10-13]。然而，使用阳离子捕收剂可能会导致一些问题，如对煤泥的敏感性和泡沫消失的时间过长。因此，通过双反浮选提高超细硅钙质磷矿的品位是比较困难的。

直接浮选超细硅钙质磷矿目前在磷矿产业中越来越受到关注，这是一种有效的提高品位的过程。在这个过程中，二氧化硅和碳酸钙经过抑制剂作用后在碱性条件下使用脂肪酸以及脂肪酸盐作为捕收剂，经过作用后胶磷矿处于泡沫层中，从而把它浮选出来。然而，由于碳酸盐和胶磷矿表面的物理化学性质是相似的，所以硅钙质磷酸盐矿石的浮选不容易提高品位^[14,15]；同时，碳酸盐矿物的存在会影响二氧化硅的浮选^[16,17]。目前，解决这个问题的研究方法可以分为两种基本类型：一种是利用高选择性的捕收剂，另一种类型是利用有效的碳酸盐抑制剂，通过改变矿物表面性质从而提高矿物的分离选择性。

通过浮选从磷矿石中选择性分离胶磷矿的过程中抑制剂发挥着重要作用。对于碳酸盐类抑制剂,如瓜尔胶、EDTA、改性淀粉、木质素磺酸钠和腐殖酸钠等都有广泛研究^[18-20]。然而，这些抑制剂存在选择性低或成本高的缺点。因此，从硅钙质磷酸盐矿石中分离胶磷矿需要研发选择性高,成本低和高效的抑制剂。

本研究的目的是探讨NSFC在磷酸盐矿石浮选中对白云石抑制效果。NSFC的抑制效果是通过对纯矿物、人工混合试样和真正的磷酸盐矿石进行浮选试验得出来的。此外，NSFC对白云石和胶磷矿的吸附原理是通过对电动电势、吸附和接触角的测量得到的。

2、试验

2.1.样品和试剂

2.1.1.样品

试验中纯矿物样本中的胶磷矿和白云石分别是从中国湖北省大峪口矿山和乌龙泉矿获得的。样品经过陶瓷球磨机磨细，在显微镜下挑选获得重量含量为92%粒度小于200目的浮选试样。化学分析和x射线粉末衍射数据表明,胶磷矿的纯度为92.05%,白云石的纯度是90.62%。胶磷矿和白云石的比表面由BET试验得出列在表1中。

开路浮选的磷酸盐矿石也是从大峪口矿山获得，矿石中分别含有18.48% P₂O₅,4.74%和26.80% SiO₂。矿物学数据证实,在磷酸盐矿石中，磷酸盐主要以胶磷矿的形式存在。与此同时,占主导地位的脉石矿物是白云石和石英。化学分析结果如表2所示：

表1胶磷矿和白云石的比表面积

表2磷酸盐矿石化学分析结果(质量分数，%)。

（LOI——烧失量）

2.1.2.试剂

抑制剂NSFC（纯度大于91%）是由SOBUTE新材料有限公司提供的。NSFC的结构示意图如图1所示。在微浮选实验中，用NSFC作为抑制剂，油酸钠作为捕收剂，盐酸和氢氧化钠作为PH调整剂。油酸钠、盐酸和氢氧化钠的纯度为分析纯，从中国Kemiou化学试剂厂购买。蒸馏水用于微浮选、电动电势、吸附和接触角实验。

在开路浮选的测试中，NSFC是用作抑制剂,碳酸钠作为pH值调整剂和油酸钠作为捕收剂。所有用于开路浮选试剂均为工业品位，自来水来自实验室。

图1 NSFC结构

2.2.试验

2.2.1. 电动电位的测量

矿物质的zeta;电位测量采用Malvern Zetasizer Nano ZS90型仪器（英国制造）测定。采用玛瑙碾钵将试样碾磨至-2mu;m，然后在10 ^-3 M的KCl溶液中配置质量浓度为0.01%的悬浮液。测量在室温中进行（25℃），用盐酸或者氢氧化钠调节悬浮液的PH到设定值，此外，在测量过程中抑制剂要保持恒定浓度（30mg/dm³）。测量至少三个独立电动电势(误差在 2mv)从而求出平均电动电势。

2.2.2.吸附试验

在本研究中，通过溶液消耗的方法采用紫外可见分光光度计（UV775B, 中国）测定吸附在矿物表面的抑制剂的量。1克的纯矿物样品的量被放置在250cm³锥型瓶中，在悬浮液中添加50cm³ NSFC会溶液后，保持抑制剂在一个恒定的浓度，放入在水浴恒温振荡器中的作用1 小时。接下来,固体颗粒用离心机离心12分钟。上清液中抑制剂的浓度用紫外可见分光光度计测量。抑制剂吸附在矿物表面的量用下式计算：

——抑制剂吸附在矿物/水溶液表面的总量；（g/m²）

C₀、C——分别为初始溶液和上清液的浓度；（g/dm³）

m——每个测试矿物样品的质量；(g)

V——抑制剂的体积；（dm³）

A——颗粒的比表面积.(m²/g)

2.2.3.接触角测量

用CaO描述的方法测定了矿物表面气泡的接触角^[21]。将矿物晶体小心切成边长为1cm的正方形，用金刚石研磨膏抛光。抛光后,样本放在去离子水的超声波水浴中清洗。在不同浓度的试剂溶液下进行矿物接触角的测定。矿物样品悬浮在PH为9的试剂溶液中15分钟，抑制剂NSFC的浓度为30mg/dm³。之后,样品用去离子水清洗,然后在真空干燥器干燥大约20分钟。最后,进行了接触角测量。使用盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液的pH值。在每个矿物表面三个不同的地点进行的测量。记录下平均值与标准值的偏差。

2.2.4微浮选试验

单矿物和人工混合样品的微浮选试验用浮选槽为50cm³的浮选机(XFGC-8)进行。在微浮选过程中，将两克矿样加入到五十毫升的水中制成矿浆。悬浮液搅拌转速为每分钟1600转。通过加入盐酸和氢氧化钠溶液把矿浆的PH调整到设定值。抑制剂和捕收剂分别加入到浮选槽中时间间隔为三分钟。浮选精矿刮泡四分钟。浮选结束后，将精矿和尾矿进行过滤干燥。在单矿物浮选中，根据两种产品的固体重量计算回收率。在混合矿物浮选过程中，根据产物的化学分析结果计算回收率。通过三次浮选试验，获得了微浮选实验的实验误差，并对回收率进行了统计分析。结果显示，实验误差为3%-5%。

2.2.5磨矿与开路浮选实验

磨矿在室温中使用自来水完成。通过棒磨机和200目筛子制取400g固体密度为66.7%，重量含量为92%的磷酸盐矿样。接下来，矿样转移到浮选槽为1dm³的实验室浮选机中。然后进行充气搅拌，空气流量是45 dm³/h,搅拌速度是每分钟1840转。实验按照图2所示的浮选流程图进行。分别在0.5、1、1.5、2、3分钟是收集精矿。将粗精矿和尾矿过滤、干燥、称重，并取样和化验测量P₂O₅和MgO的含量。为了评估浮选实验的准确性，上述实验重复三次，然后求取平均值。品位和回收率的误差分别控制在plusmn;0.5%和plusmn;1.5%。

图2浮选流程示意图

3.结果与讨论

3.1.NSFC的吸附原理

3.1.1电动电位的测量

研究不同PH条件下矿样与NSFC相互作用后电泳模式位置的变化。任何矿物表面电荷的改变都与NSFC吸附有关，这些变化也有助于说明了NSFC和矿物表面之间的相互作用原理。图3为在不同pH条件下胶磷矿在蒸馏水和NSFC溶液中的电动电位曲线图，等电位点由电动电势由正变负时的pH值确定。结果表明,胶磷矿的等电位点位于pH=6.5,这与巴罗斯和Merma获得的结果相一致^[22,23]。与NSFC相互作用后,胶磷矿的电动电位并没有明显变化,证明了NSFC对胶磷矿的电动电位的影响可以忽略不计和胶磷矿对NSFC的吸附是很弱。

白云石与NSFC相互作用之前和之后在不同pH值的条件下的电动电位剖面在如图4。从图中可以看出白云石的等电位点处于pH值约为4.4附近以及白云石表面带负电荷的pH值范围为4.4 - 12。观察白云石与NSFC作用后在整个pH范围内的表面性质的变化。此外,这种变化在8 - 12的pH值范围内更显著的，原白云石的电负性特征有很大的负面转变,这表明NSFC在这个pH值范围内够强烈吸附在白云石表面。观察到两种矿物质与NSFC相互作用后的电动电位值的变化这可能与NSFC吸附在矿物表面有关.

3.1.2.接触角的测量

胶磷矿和白云石的接触角-捕收剂浓度的曲线如图5所示。该图是胶磷矿和白云石在捕收剂中不同浓度下的接触角。从图可以看出：在与NSFC相互作用之前，随着浓度的增加，两种矿物的接触角随着捕收剂浓度的增加显著增加，表明矿物疏水性随着活性油酸组在矿物表面的吸附增加而增加^[23]；胶磷矿和白云石在水中的接触角在同一浓度的捕收剂下是非常的相近的，这是由于油酸活性基团与白云石和胶磷矿的表面物质在水界面有相似的结合性质。因此，由于胶磷矿和白云石的接触角值在整个捕收剂浓度研究的浓度范围内都是非常的相近的，所以如果只使用捕收剂而不添加任何抑制剂的情况下是很难将胶磷矿和白云石分离的。NSFC在矿物表面的相互作用后,白云石的接触角显著减小,其中变化最大是在捕收剂浓度大约30mg/ dm ³时；而NSFC对胶磷矿的的接触角大小影响很小。此外，捕收剂浓度为30mg/dm³时胶磷矿的接触角（约58°）与白云石的接触角（约25°）相比，胶磷矿具有高疏水性。观察到矿物与NSFC相互作用后接触角的变化可能与NSFC分子吸附在矿物表面有关。同样，接触角测量表明NSFC分子更容易吸附在白云石表面，证明了NSFC在白云石矿物表面的吸附是选择性吸附。

图3胶磷矿与NSFC相互作用前后的电动电势-pH值曲线图

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