水溶性矿物浮选外文翻译资料

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水溶性矿物浮选

摘要

本文讨论了氯化钾(KCl)、石盐(NaCl)、光卤石(KClMgCl₂6H₂O)在电解质(KCl–NaCl–H₂O和MgCl₂–KCl–NaCl–H₂O)饱和溶液中的浮选分离问题。使用特殊的有机聚合物和表面活性物质,可以通过抑制铝硅酸盐和碳酸盐矿泥的负面影响,在常温下高选择性分离不同结晶化学性质的盐矿物颗粒。浮选药剂组成和性能的规格取决于钾和镁的矿石类型、其加工条件和最终产品的质量要求。本文提出了用于盐类矿物浮选的新药剂,可抑制铝硅酸盐和碳酸盐矿泥杂质，并给出了开发的技术的商业应用示例。2003年Elsevierb.V保留所有权利。

关键词:浮选;可溶性盐。

1 .前言

水溶性矿物产品是生产各种肥料、金属镁、氧化镁、纯碱、氢氧化钾和其他化学品的基本原料。钾矿石是一种钾盐( KCl)和石盐( NaCl)混合物,有些沉积物还含有光卤石(KClMgCl₂6H₂O)，含有镁的水溶性矿物质的例子是俄罗斯和德国的光卤石矿床和含有光卤石和少量钾盐的混合物的大型盐湖(如死海或中国的察尔汗)。典型的盐类矿物是一种相对大的结晶度(0.5-3mm),为其机械分离提供有利条件，最有效和选择性的方法是通过浮选分离机械分离。

钾肥首先在19世纪采用热浸法进行处理,并进一步从饱和盐水溶液中结晶钾盐，如今这种方法已被运用于生产，典型工艺的盐溶液浓度高达95-100JC,对设备造成高热量消耗和高腐蚀性影响。因此,研究人员开始通过浮选分离水溶性盐可行性的研究,以便生产氯化钾时无需对盐水溶液加热。

氯化钾浮选(Kirby,1936 )时对胺类的使用,使钾盐颗粒达到3毫米和更大粒径,使用的主要是脂肪胺类和烷基吗啉类,在钾盐和石盐浮选中用作阳离子捕收剂,以C₁₆–C₁₈作为捕收剂的碳链长度。这对全球钾盐的开发产生了革命性的影响。随后,加拿大、美国、前苏联、德国、法国和西班牙开始建造钾盐浮选设施,确保了全球氯化钾生产在工业和农业方面的发展。在前苏联,自1963年以来,有八个钾盐浮选厂投产,总氯化钾容量为8.6吨。目前,世界上75%以上的氯化钾生产采用浮选法。

水溶性盐矿物在饱和盐水饱和溶液中的浮选行为根据矿石化学（如表1）,KCl–NaCl–H2O或KCl–NaCl–MgCl2描述如下:

Table 1

Chemistry of saline solutions in the processing of potash and carnallite ores (%)

（1）不同胶体化学和浮选药剂的浮选性能,矿物的结晶和吸附的特性,取决于盐水溶液的化学和温度;

（2）与要浮动的有色金属矿物颗粒的平均尺寸相比,要浮动的矿物颗粒重量要高得多(一百次以上) ;

（3）水不溶,易溶解于矿石中的粘土/碳酸盐杂质。在盐水溶液中,它们对烷基具有较高的吸附的能力。

氯化钾吸附研究表明,钾盐阳离子浮选是胺与矿物表面的静电相互作用的结果。这种相互作用增加了烃类自由基之间的色散相互作用,随着矿物表面水化的增加而减小(Fuerstenau and Fuerstenau,1956; Singewald,1961; Schubert, 1964; Alexandrovich,1973; Titkov et al.1982)。

在正常温度的电解溶液中,高密度小半径(如Na )和多价离子(例如Mg² )等离子,通过正电荷的水化模式,而较大半径和较小的电荷密度的离子( 如K , Cl^-)具有负的水化模式。(Samojlov,1961)

用核磁共振(NMR)方法(Falkenhagen,1971)对卤化物水溶液中质子运动速率的研究表明, Na 和Mg ²的离子减少了水合物中的水分迁移,而K 和 Cl^-的离子增加了。根据短程水合的性质和程度, 势垒能量的值也不同(Goncharov et al.1967). 利用核磁共振以及红外光谱方法研究了NaCl和KCl晶体表面附近的水分子迁移率,表明钠离子不仅在溶液中,而且在NaCl晶体表面存在正水合作用,从而提高了其水化程度。(Michailov et al.1978).

盐溶液的化学性质和温度影响KCl和NaCl晶体表面的极限润湿角(Titkov et al.2000),它影响了KCl的设置条件,从而影响了KCl的浮动性。当盐水溶液的温度由18℃升高37℃时,KCl表面的极限润湿角减小,而在NaCl表面则保持不变(如表2)。注意,在温度超过27-28℃的温度下,KCl和NaCl晶体表面的极限润湿角变为等效。这可能归因于氯离子的水合程度的变化，在27℃温度下,氯离子从负向正转变。(Krestov and Abrosimov,1967).

Table 2

Characteristic of ion hydration in an electrolytic solution at 26 jC (Goncharov et al., 1967)

Fig. 1. Effect of temperature and MgCl₂ concentration in the saline solution (KCl–NaCl–H₂O) on hydrophilicity of sylvite and halite surfaces.

镁离子在KCl晶体表面的吸附具有比K 和Cl^-更高数倍的水合能力,说明KCl晶体表面水合作用随溶液中氯化镁含量的增加而显著增加(如图1)。吸附也涉及KCl晶体表面状态的变化。结果发现,即使在低浓度的MgCl₂ ( 1.06 -3.36 %),KCl的表面也会被破坏,造成许多微裂纹和空洞。KCl晶体形态最显著的变化是MgCl₂浓度为5.28或更高。(Kuzina et al.1992; Franke et al.1992).

KCl表面的水合作用随着盐溶液温度的升高和氯化镁含量的增加而增强,降低了KCl的吸附,降低了钾盐浮选。由于这一原因,为了在夏季从深部开采钾矿石,以及利用光卤石混合物处理钾盐矿,必须开发一种特殊的阳离子捕收剂组合物用于氯化钾浮选。研究表明(Titkov et al.1982; Titkov et al.2000)，在胺类结构中引入了一定数量的C₁₀–C₁₄ and C₂₀–C₂₄的馏分，其中C₁₅–C₁₉提高了对KCl的吸附强度。当盐溶液温度在18-36℃之间,矿石含有光卤石混合物时，吸附作用改善并稳定了钾盐浮选速率(如图2)。在对uralkaly和sylvinit ( beresniky和solikamsk、彼尔姆地区、俄罗斯)浮选厂的商业规模试验结果的基础上, 由Azot Co（Beresniky）在工业化生产中开发了低、中、高聚合物的最佳配比。这种技术目前在俄罗斯的钾盐工厂使用(Titkov et al.1996)。

钾矿石中的不溶性残留物(IR)中含有阳离子捕收剂，其活性吸收导致钾盐的浮动性降低,特别是较大的粒径。组成矿物是粘土矿物(铝硅酸盐)和碳酸盐矿物(方解石、白云石) 难溶解在盐水溶液中。此外,胺吸附比纯水中的吸附要大得多(Titkov et al.1999)。这可能是因为胺类在盐溶液中的胶束状态造成。同时,由于胺类在电解溶液中较差的溶解度,与水相比,胺类对矿泥的脱附在较小的程度上便可发生。

随着温度的升高,胺对矿物的吸附量显著增加(如图3),加重了矿泥对氯化钾浮选的不利影响。粘土/碳酸盐矿泥对钾盐浮选的不利影响随着盐水溶液中氯化镁含量的增加而增大。

Fig. 2. KCl flotation with collector, as amines, with different contents of C₂₀ fraction (and higher ones). Amine consumption is 70 g/ton of ore.

Fig. 3. Amine sorption on slimes at different temperatures of saline solution KCl–NaCl–H₂O.

为了抵消粘土/碳酸盐矿泥对盐湖矿物阳离子浮选的不利影响,矿石处理流程图需要确定矿石的初步可选性。矿物中不溶性残留物含量超过2.5%的,通过离心重力过程和浮选矿物分离方法(如图4)。当矿石中不溶性残留物含量较低时,仅用浮选法即可实现。

Fig. 4. Principal flowsheet of potash ore manufacturing.

用有机抑制剂预处理钾盐浮选原料,可以防止剩余黏液对氯化钾浮选的不利影响。与其他矿物相比,钾矿石阳离子浮选中这种抑制剂的特点是创造一个减小胺类对矿泥吸附作用的屏障(Titkov et al.,1982;Titkov et al.1999).

Halurgy研究所采用比色法和放射性指示剂分析方法研究了矿泥的还原值，抑制剂的活化作用对钾盐浮选程度之间的关系。胺降低了25%的矿泥,为实际上钾盐的完全浮选提供了条件，同时,浮选泡沫产物中的矿泥也降低了。

由于钾盐矿的浮选过程在严格封闭的液相回路中进行,循环的盐水溶液累积抑制剂。根据它们的组成(阴离子程度和分子量),过量的抑制剂可能会对KCl浮动性产生不利影响(Titkov et al.1982)。粘土矿泥增厚或澄清循环的盐水溶液也会造成影响(Alexandrovich,1973)。

在已完成研究的基础上,开发了一些对钾矿石浮选的抑制剂。这种抑制剂必须具有以下特性:

（1）保证胺对矿泥的还原至少在25%-40%；

（2）在粘土/碳酸盐矿泥提供亲水性表面来抑制其浮动性；

（3）显示与阳离子收集器的最小交互作用；

（4）对矿泥悬浮液产生最小的稳定效果。

根据对钾矿石浮选抑制剂的要求,开发了一种称为KS-MF的含阳离子功能基团的合成聚合物。自1999年以来, KS-MF在Uralkaly工厂，在盐溶液温度范围18℃-37℃和氯化镁浓度范围为0–2.5%下的使用改善了钾盐浮选。此外,浮选尾矿中氯化钾损失减少,矿泥降低。

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