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铝盐对矿物浮选影响因素的研究
关于铝盐在浮选中的作用, 文献上有不少报道, 但关于铝盐影响稀土矿物浮选的研究却很少。同时, 由于铝盐在矿浆中的行为十分复杂, 它们的浮选作用机理研究得也充分, 需要继续积累资料。
本文对铝盐及其与水玻璃共用对稀土等矿物浮选的影响进行了研究, 并探计谋其作用机理。
1.试验结果与讨论
首先, 考察了硝酸铝和明矾对不同粒度的氟碳铈矿、 独居石和氟碳钙铈矿浮选的影响。试验结果表明, 用油酸钠为捕收剂时, 随着铝盐浓度的增加, 三个矿物的回收率均急剧下降。这说明铝盐是氟碳铈矿、 独居石、 氟碳钙铈矿的强烈抑制剂。
接着, 在稀土矿物、 假象赤铁矿、 方解石、 萤石浮选时, 分别对硝酸铝、 硫酸铝和明矾进行了试验, 结果表明, 硝酸铝对四个矿物抑制作用的大小可按下面次序排列: 稀土矿物>假象赤铁矿>方解石>萤石。实际上, 在1000g/t范围内, 对萤石无明显抑制作用( 见图1) 。硫酸铝和明矾也同样具有选择性抑制作用, 只是硫酸铝对稀土矿物的抑制作用不如硝酸铝那样强烈(见图2和图3)试验条件,矿物粒度均为: -0.043+0.01mm, 氧化石蜡钠皂添加量为( g/t) : 浮混合稀土200、 假象赤铁矿500, 萤石100-150、 方解石500、 重晶石500。

图1 硝酸铝对矿物浮选的影响
Ⅰ-稀土矿物; Ⅱ-萤石; Ⅲ-假象赤铁矿; Ⅳ-方解石

图2 硫酸铝对矿物浮选的影响
Ⅰ-稀土矿物; Ⅱ-萤石; Ⅲ-假象赤铁矿[next

图3 明矾对矿物浮选的影响
Ⅰ-稀土矿物; Ⅱ-萤石; Ⅲ-假象赤铁矿; Ⅳ-方解石( CaCO3) Ⅴ-重晶石( BaSO4)
铝盐和水玻璃共用时, 能够显著提高抑制效果。从表1第一组结果能够清楚看出, 在药剂总量相同的情况下, 共用时对混合稀土矿物的抑制作用比单独使用时要强。特别在捕收剂过量时, 效果更为突出, 第二组结果说明了这点, 在单独添加量相当大也难奏效的情况下, 混合使用却呈现强烈的抑制作用, 总量能够减少一半以上。而且, 先加水玻璃比先加硝酸铅的效果更好。第三组结果表明, 提高矿浆pH值也是使硝酸铝在捕收剂过量情况下仍能强烈抑制稀土矿物的途径。
表1 硝酸铝和水玻璃单用与混用结果

实验编组
硝酸铝
( g/t)
水玻璃
( g/t)
月桂酸钠
( g/t)
加入矿物前水溶液pH值
回收率
( %)
一组

二组

三组

0
100
500
0
50
0
3000
0
200( 后加)
( 后加)
3000
3000
0
0
0
100
50
0
0
800
200
200
0
0
200
200
200
200
200
800
800
800
800
800
800
800
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
6.8
10.6
11.0
100
32.5
0
20.3
0
100
100
40.7
0
42.0
0
0
在纯矿物实验研究的基础上, 进行了矿石浮选实验, 获得了比较满意的结果, 下面援引一部份数据列于表2它说明: 用明矾代替糊精时( 均与水玻璃共用) , 在萤石的品位和回收率极为相近的情况下, 萤石精矿中稀土的含量有明显降低。
表2 用明矾代替糊精的矿石浮选结果
抑制剂
用量( g/t)
产率
( %)
萤石精矿品位( %)
萤石精矿回收率( %)
Fe
F
RExOr
Fe
F
RExOr
精糊
明矾
1500
2500
27.76
26.89
18.45
17.54
27.15
27.30
4.43
3.05
10.5
9.3
88.9
87.2
37.8
26.4
注: RExOy——稀土氧化物
明矾代替糊精时( 均与水玻璃共用) , 在萤石的品位和回收率极为相近情况下, 萤石精矿中稀土的含量有明显降低。上述结果曾成功地应用于还原焙烧磁选尾矿的优先浮选萤石流程中, 并为设计建厂所采用。
1)矿浆pH值对铝盐抑制作用的影响
如图4( 对照表3所示, 硝酸铝对于独居石的抑制作用, 在酸性矿浆中( pH为3.4) , 反而引起了活化作用; 对氟碳铈矿的抑制作用在蒸馏水中最强, 强酸强碱矿浆中均不所减弱; 对氟碳钙铈矿的情况则完全相反( 图5) , 在弱酸性或中性附近的抑制作用最弱, 在强酸性介质中氟碳钙铈矿几乎完全丧失浮游能力。可见, 矿浆, pH值对硝酸铝的抑制作用有很大影响, 而且随矿物性质不同而有很大差异。

图4 矿浆pH值对硝酸铝抑制作用的影响
Ⅰ-氟碳铈矿; Ⅱ-独居石
表3 加入溶液的pH与矿浆pH的关系
矿物加入前溶液的pH
2.8
5.5
6.6
7.4
8.1
9.0
矿浆pH
氟碳铈矿( Ⅰ)
独居石( Ⅱ)
3.2
3.4
7.4
7.5
7.5
7.9
7.8
8.3
8.1
8.5
9.0
9.0

图5 矿浆pH对硝酸铝抑制氟碳钙铈矿的影响
油酸钠: 1.2mg/L; 硝酸铝: 0.01mg/L
另外, 还出现了一个有趣的现象。在前述三个铝盐的添加量实验中, 曾分别测定了混合稀土矿物、 假象赤铁矿和萤石的矿浆pH值, 发现有一个共同规律, 即在蒸馏水条件下, 对稀土矿物和赤铁矿的最佳抑制效果出现在铝盐添加量恰恰足以使矿浆pH值降低到5.7-6.5范围内, 然而, 三个铝盐对萤石矿浆的pH值影响甚微, 始终在7-7.6范围内波动, 浮选厍收率的变化也很小。
2) 对矿粒向气泡附着速度的影响
图6表明, 硝酸铝对稀土矿物颗粒向气泡附着时间的影响, 与它们实际浮选的作用一致。随着硝酸铝浓度的增大, 稀土矿粒向气泡附着的时间急剧加长, 无论是先加捕收剂或预先将它同捕收剂混合再加入矿浆中, 都能显示各部出硝酸铝使气泡附着时间延长, 只不过不如先加硝酸铝那样强烈。图中1为月桂酸钠( 后加硝酸铝) , 2为月桂酸钠和硝酸铝预先混合再添加, 3为月桂酸钠( 先加硝酸铝) , 4为氧化石蜡钠皂( 先加硝酸铝) 。试验中加氧化石蜡钠皂20mg/L, 月桂酸钠50mg/L, 矿物粒度为-0.15+0.074mm。

图6 硝酸铝浓度对矿物附着时间的影响
3) 铝对过量月桂酸钠( 14C) 在矿物上吸附量的影响
为了查明在过量捕收剂下, 硝酸铝不再抑制稀土矿物的原因, 研究了在捕收剂为400mg/L条件下, 硝酸铝对于带有放射性同位素14C的月桂酸钠在稀土矿物( 粒度为-0.043+0.01mm) 表面吸附量的影响。图7表明, 在此条件下, 月桂酸钠( 14C) 在稀土矿物表面的吸附量随硝酸铝浓度的增大而增加, 从而导致矿物表面疏水性的急剧提高。

图7 硝酸铝对月桂酸钠( 14C) 在矿物上吸附量的影响
4) 的抑制作用机理
( 1) 铝盐在水中水解生成微溶并很少解离的氢氧化铝及易解离的酸, 水解和解离的产物达到一定数量时, 吸附到稀土矿物表面, 使后者造成强烈的亲水性, 阻止捕收剂向矿物表面吸附, 也能排挤掉预先固着在稀土矿物表面上的捕收剂, 从而决定了矿粒向气泡接近时界面液层的稳固性, 导致附着急剧地减缓或停止( 据图6实验结果) 以及稀土矿物的浮选被抑制。
( 2) 在碱性矿浆中( pH值7.4-9.0) , 硝酸铝可强烈抑制独居石, 在弱碱性矿浆中( pH7.4-7.5) , 硝酸铝对氟碳铈矿的抑制最为有效。根据化学研究可知, 在上述条件下, 主要是Al(OH)3、 OH-和AlO2-在起作用。而抑制氟碳钙铈矿则在强酸性矿浆( 或强碱性) 中显著, 有效成份应为Al3+和H+或AlO2-和OH-在不同pH矿浆中, 铝盐对三个稀土矿物的作用有很大差别以及对稀土矿物、 假象赤铁矿和萤石具有选择性抑制作用, 原尚不清楚。
( 3) 过量捕收剂会使铝盐失去抑制能力, 甚至会产生活化作用, 这可能是由于月桂酸钠与铝离子结合成月桂酸铝的数量增加, 因而使矿物表面疏水性增加; 同时由于大量铝盐的絮凝作用, 有利于月桂酸钠的吸附, 并将大量细粒稀土矿物团聚在一起, 附着在气泡上而上浮。因此, 浮选速度增加, 而且泡沫很稳固。但当矿浆为强碱性时, 由于胶体氢氧化铝溶解度增大, 又导致稀土矿物重新被抑制。由于水玻璃具有分散作用, 有助于消除絮凝现象, 也能获得同样结果。
2.结论
( 1) 铝盐是稀土矿物、 假象赤铁矿、 重晶石和方解石的强烈抑制剂, 对萤石的抑制作用不明显, 可作为萤石与这些矿物分离时的选择性抑制剂。铝盐和水玻璃共用, 抑制效果更好。
( 2) 矿浆pH值对铝盐的抑制作用有很大影响。铝盐在强酸性矿浆中强烈抑制氟碳钙铈矿, 而活仳独居石和氟碳铈矿; 在强碱性矿交中, 能加强对独居石和氟碳钙铈矿的抑制作用; 在弱酸弱碱介质中, 对独居石 和氟碳铈矿的抑制作用增强, 而活化氟碳钙铈矿。
( 3) 由于铝盐在矿浆中, 水解和离解生成Al3+, AlO2-, Al(OH)3, H+, OH-等产物, 它们吸附到矿物表面, 阻碍捕收剂的吸附, 并能排挤掉预先吸附的捕收剂, 从而导致矿物的浮游性降低。