黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理.pdf

第 卷第期 年月有色金属工程 ，犱 狅 犻：犼 犻 狊 狊 狀 收稿日期：基金项目：中国博士后科学基金（）；陕西省科技厅重点研发计划项目（）犉 狌 狀 犱：（）；（）作者简介：张帅（），男，硕士研究生，主要从事矿物材料及资源综合利用研究。通信作者：王宇斌（），男，博士，教授，主要从事矿物材料及资源综合利用研究。引用格式：张帅，赵鑫，雷大士，等黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理有色金属工程，（）：，（）：黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理张帅，赵鑫，雷大士，王宇斌，张璐，田晓珍（西安建筑科技大学 资源工程学院，西安 ）摘要：为阐明黄铜矿粗选指标与水玻璃超声波改性的内在关系，以超声波预处理的水玻璃为调整剂，进行了黄铜矿实际矿物的浮选试验，并采用 值、黏度及红外光谱等手段对超声波预处理水玻璃溶液及矿浆浊度进行了表征。结果表明，黄铜矿的粗选回收率对超声波改性的水玻璃较为敏感。铜的回收率在水玻璃预处理时间为 作用时的敏感性最强，为 ，与未改性水玻璃的回收率相比提高了 个百分点。超声波预处理可减小水玻璃溶液的 值，并使其黏度降低 ，这有利于水玻璃在矿浆中的分散。此外，超声波预处理还可改变水玻璃溶液的中水分子的比例以及水玻璃官能团的组成，并使预处理后的水玻璃溶液中游离水羟基与 中的 的相对比例分别提高 个百分点和 个百分点。游离水组份的增加有利于改善黄铜矿的疏水性及浮选效果，水玻璃有效成分 中 的组份增加在一定程度上强化了对矿泥的分散作用，从而提高了粗选作业铜的回收率。研究对超声波技术在有色金属浮选领域的应用有一定参考意义。关键词：黄铜矿；超声波改性；水玻璃溶液；羟基比例；响应中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犚 犲 狊 狆 狅 狀 狊 犲狅 犳犆 犺 犪 犾 犮 狅 狆 狔 狉 犻 狋 犲犚 狅 狌 犵 犺 犻 狀 犵犐 狀 犱 犲 狓狋 狅犝 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮犕 狅 犱 犻 犳 犻 犲 犱犛 狅 犱 犻 狌 犿犛 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲犪 狀 犱犐 狋 狊犕 犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊 犿 ，（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，第期张帅等：黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理 ，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；水玻璃是一种抑制剂，经常用于硫化矿和大部分非硫化矿的浮选过程。水玻璃对硅酸盐等造岩矿物的抑制作用良好，同时对矿泥有良好的分散作用 。水玻璃在矿物浮选领域的生产和研究中得到了广泛应用，如缪永超等在浮选氧硫混合铜矿时，适当用量的水玻璃可正向改善铜精矿品位和回收率。胡艺博等在浮选承德某硫化铜矿时也发现，随着水玻璃用量的增加，铜的回收率先增加后减小，而铜品位则是先增加后趋于稳定。吴纯刚在浮选某石英型萤石时发现，水玻璃用量变化对粗精矿指标影响较小，但粗精矿 品位和回收率均呈先上升后下降的趋势。大量研究表明，水玻璃可以改善有用矿 物的浮 选 指标，但 其 用量 较大，高 达 。为改善上述问题，有研究对水玻璃进行了改性试验以实现在不影响其性能的前提下降低其用量的目标，如对水玻璃进行了超声预处理、酸化处理和离子活化处理等改性探索 。其中超声波的空化效应可在浮选过程中清洁矿物表面、增强药剂的溶解扩散和聚合细粒矿物气泡等 。如施佳等对水玻璃和油酸钠进行超声处理后，方解石的回 收 率 增 至 ，提 升 了 。郑 长 龙等 在研究低价煤的可选性时发现，超声波对矿浆处理后可使精煤的产率提高 。华开强等 在浮选黄铜矿时对氧化钙溶液进行超声处理，黄铜矿回收率增加了 。由于水玻璃在非金属矿物和金属矿物浮选过程中的作用不完全相同，同时氧化钙和水玻璃的溶解性能也不同，导致超声波预处理对氧化钙和水玻璃作用性质的影响机理未必一致，而且关于超声预处理水玻璃在黄铜矿浮选过程中的研究较少。鉴于此，研究采用超声预处理水玻璃对黄铜矿浮选进行试验，并利用、黏度和红外光谱等揭示了超声预处理水玻璃对改善黄铜矿浮选效果的机理，研究对超声预处理技术在有色金属浮选领域的应用有一定参考意义。试验 试验原料试验所用原矿取自甘肃某铜矿，试验试剂主要包括 调整剂氧化钙（西安化学试剂厂，工业级）、抑制剂水玻璃（天津红岩化学试剂厂，分析纯）和捕收剂 （河北海西化工有限公司，工业级）。为确定试验原料中主要元素含量及铜的物相组成，分别对原矿进行了多元素组成和铜的物相组成进行了检测，分析结果如表所示。由表可 知，黄 铜 矿 中 含 有、和 等元素，含有少量的和 ，主要目的矿物为黄铜矿。主要造岩矿物为石英和长石，这些造岩矿物容易在磨矿过程中泥化，对黄铜矿浮选产生不利影响。由表可知，黄铜矿中的铜存在方式主要为硫化铜，其占比高达 ，氧化铜和结合铜两相占比为 。由此可知，该矿石属于硫化铜铜矿石，其中的原生铜矿可以通过浮选有效回收。表原矿化学多元素分析表犜 犪 犫 犾 犲犚 犪 狑狅 狉 犲犮 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾犿 狌 犾 狋 犻 犲 犾 犲 犿 犲 狀 狋 犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊 狋 犪 犫 犾 犲 表原矿中铜的物相分析表犜 犪 犫 犾 犲犘 犺 犪 狊 犲犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳 犮 狅 狆 狆 犲 狉 犻 狀狋 犺 犲狉 犪 狑狅 狉 犲 有 色 金 属 工 程第 卷 水玻璃溶液的超声波预处理方法取 质量分数为的水玻璃溶液置于 系列多功能超声波仪对其进行预处理，超声波输出功率为。在水玻璃溶液进行超声预处理过程中，需要保持超声波清洗槽中的水量和温度稳定。浮选试验试验流程图如图所示。试验采用 的 型单槽式浮选机进行黄铜矿实际矿物的浮选试验，试验时称取 黄铜矿矿样磨至设定细度，依次加入矿浆 调整剂氧化钙，调整剂水玻璃和捕收剂 分别搅拌调浆后进行浮选。最后将试验所得泡沫产品和槽内产品进行过滤、烘干并称重，分别对不同产品进行化验分析，得到铜品位后计算不同产物回收率。图试验流程图犉 犻 犵 犉 犾 狅 狑犮 犺 犪 狉 狋 狅 犳 狋 犺 犲 狋 犲 狊 狋 检测方法研究利用 型便捷式 计对不同超声时间处理后的水玻璃溶液 值进行检测；利用 型旋转流变仪对不同超声时间处理后的水玻璃溶液进行黏度检测；利用 型红外光谱仪对不同超声时间处理后的水玻璃溶液进行表征；采用 型高浊度仪对黄铜矿悬浮液进行浊度的测量。结果与讨论 黄铜矿浮选指标与水玻璃溶液超声时间的关系为了解黄铜矿浮选指标与水玻璃溶液超声时间的关系，研究进行了水玻璃溶液超声时间与黄铜矿浮选指标的关系试验，结果如图所示。由图可知，铜的回收率随着水玻璃的超声时间增加整体呈现先增加后减小的趋势，铜的回收率在超声时间为 时达到最大，为 ，与未处理相比，提高了 个百分点。铜的品位随着水玻璃的超声时间增加呈先降低后升高的规律，铜的品 位 在 超 声 时 间 为 时 达 到 最 大，为 。综上所述，将水玻璃使用适宜的超声时间处理有利于提高铜的回收率。图黄铜矿浮选指标与水玻璃溶液超声时间的关系犉 犻 犵 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犮 犺 犪 犾 犮 狅 狆 狔 狉 犻 狋 犲 犳 犾 狅 狋 犪 狋 犻 狅 狀犻 狀 犱 犲 狓犪 狀 犱狌 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮 狋 犻 犿 犲狅 犳 狊 狅 犱 犻 狌 犿狊 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲 狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀 水玻璃溶液性质与超声时间的关系 值 和 黏 度 与 水 玻 璃 溶 液 超 声 时 间 的关系由于矿浆 值等对黄铜矿浮选效果影响较大，为了解 值和黏度与水玻璃溶液超声时间的关系，研究对不同超声时间处理后的水玻璃溶液的 值及黏度进行了检测分析，分析结果如图所示。由图可知，未对水玻璃溶液进行超声处理时，水玻璃溶液 值为 。当超声功率为 时，水玻璃溶液的 值随着超声时间的增加而降低，当超声时间为 时，水玻璃溶液 值降到最低，为 。超声波预处理降低水玻璃溶液的 值是由于超声空化效应打破了水玻璃溶液的电离平衡，使得解离常数增大，导致溶液中的浓度增加，在一定程度上降低了水玻璃溶液的 值 。由于黄铜矿在 值大于 的条件下可浮性较差，并且在 的范围内，值的适当减小黄铜矿的可浮性增加，所以适当的超声波预处理时间有利于改善水玻璃的性质以及黄铜矿的浮选指标。由图可知，随着水玻璃溶液超声时间的增加，水玻璃溶液的黏度逐渐降低。当超声时间为 时，水玻璃溶液黏度降至 ，与未超声处理相比，降低了 个百分点。超声波预处理降低水玻璃黏度的原因在于超声波处理可产生空化第期张帅等：黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理图狆 犎值和黏度与水玻璃溶液超声时间的关系犉 犻 犵 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀狆 犎狏 犪 犾 狌 犲，狏 犻 狊 犮 狅 狊 犻 狋 狔犪 狀 犱狌 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮 狋 犻 犿 犲狅 犳 狊 狅 犱 犻 狌 犿狊 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲 狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀效应，空化效应在水玻璃溶液中产生了局部的高温高压，增加了局部液体内能，使得水玻璃溶液黏度降低，这有利于水玻璃在矿浆中分散，更有利于水玻璃与矿泥及脉石作用并抑制其在黄铜矿浮选中的不利影响。超声预处理水玻璃对水玻璃溶液官能团的影响为了解超声时间对水玻璃溶液中不同种类水分子的比例以及水玻璃官能团组成的影响，研究对超声波预处理不同时间下的水玻璃溶液进行红外光谱表征，结果如图所示。由图可 知，波 数 为 、及 处的吸收峰均为羟基振动吸收峰。其中，波数为 为 吸收峰；波数为 为 游 离 水 羟 基 吸 收 峰；波 数 为 为二聚水分子羟基的吸收峰；波数为 为多聚水分子羟基吸收峰。由于水图不同超声时间水玻璃溶液的官能团组成犉 犻 犵 犉 狌 狀 犮 狋 犻 狅 狀 犪 犾 犵 狉 狅 狌 狆犮 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳 狊 狅 犱 犻 狌 犿狊 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀狑 犻 狋 犺犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狌 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮 狋 犻 犿 犲玻璃溶液中既有多聚水水分子、二聚水水分子和游离水水分子，同时还有水玻璃电离及水解反应产生的 。由此可见，水玻璃溶液中的羟基种类主要有多聚水所含羟基、二聚水所含羟基、硅酸中所含硅羟基和游离水所含羟基。经超声处理后，水玻璃溶液中的四种羟基组成比例会发生变化，因而改性前后的水玻璃对黄铜矿的可浮性影响也有所不同，其中游离水有利于提高黄铜矿的疏水性 ，多聚水和二聚水分有利于提高黄铜矿的亲水性，而 可消除矿泥的不利影响以及对脉石的抑制。为进一步了解水玻璃溶液中不同种类羟基官能团组成比例，对水玻璃溶液中不同种类羟基进行了分峰拟合，分峰拟合结果如图所示。由图可知，伴随超声预处理时间的增加，水玻璃溶液中游离水所含羟基与硅酸中所含硅羟基的组成比例先上升后下降。水玻璃溶液中游离水所含羟基组 成 比 例 在 超 声 时 间 时 最 高，为 ，同未超声处理相比，增加了 个百分点。当超声时间为 时，硅酸中所含硅羟基的组成比例最高，为 个百分点，同未超声处理比较，增加了 个百分点。水玻璃溶液中羟基比例的变化原因在于超声预处理水玻璃溶液会产生空化泡，空 化 泡 崩 溃 时 会 产 生 强 烈 的 冲 击 波 和 微 射流，冲击波和微射流通过能量转化作用于溶液中的水分子和 致使水玻璃溶液中羟基比例发生了改变。属亲水性基团，它既有利于消除矿泥的不利影响，又可以抑制脉石。由于游离水羟基有利于矿物浮选 ，这表明超声波预处理明显提高水玻璃在黄铜矿浮选过程中的作用。有 色 金 属 工 程第 卷图水玻璃溶液中不同种类羟基官能团组成比例犉 犻 犵 犉 犻 狋 狋 犻 狀 犵狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊狅 犳犺 狔 犱 狉 狅 狓 狔 犾 犪 犫 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀狆 犲 犪 犽 犻 狀 犻 狀 犳 狉 犪 狉 犲 犱狊 狆 犲 犮 狋 狉 狌 犿狅 犳 狊 狅 犱 犻 狌 犿狊 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲 狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀 超声预处理水玻璃对矿浆浊度的影响为了解矿浆浊度与水玻璃溶液超声时间的关系，研究对不同超声时间水玻璃作用的矿浆浊度进行了检测，结果如图所示。由图可知，随着超声时间的增加，矿浆浊度不断增大后趋于 稳 定。矿 浆 浊 度 在 超 声 时 间 为 时最大，为，与未超声处理时相比，矿浆浊度增加了。引起这些 变化 的 原 因是：超声空化效应打破了水玻璃溶液的电离平衡，使得解离常数增大，溶液中 和 等离子数目增多，而增多的 和 离子均带负电荷，离子表面吸附有水化层，上述作用可以使 和 在矿浆中的悬浮稳定分散，并且不会发 生 团 聚 和 沉 降 现 象。当 矿 泥 表 面 吸 附 有 和 ，可使矿泥处于分散状态 ，从而减少矿泥在精矿中的夹带，有利于提高黄铜矿的回收率。这与超声波预处理影响水玻璃溶液的结果一致。第期张帅等：黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理图矿浆浊度与水玻璃溶液超声时间的关系犉 犻 犵 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀狊 犾 狌 狉 狉 狔 狋 狌 狉 犫 犻 犱 犻 狋 狔犪 狀 犱狌 犾 狋 狉 犪 狊 狅 狀 犻 犮 狋 犻 犿 犲狅 犳 狊 狅 犱 犻 狌 犿狊 犻 犾 犻 犮 犪 狋 犲 狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅 狀 结论）将水玻璃使用适宜的超声时间进行预处理，可有效提高黄铜矿的回收率。铜的回收率在超声时间为 时最高，为 ，与未改性水玻璃铜的回收率相比提高了 个百分点。）超声波的空化效应打破了水玻璃溶液的电离平衡，导致溶液中的浓度增加，值的适当减小，使得黄铜矿的可浮性增加。同时，超声波空化效应使水玻璃溶液黏度降低 ，这有利于水玻璃在矿浆中分散，更有利于水玻璃与矿泥及脉石作用并抑制其在黄铜矿浮选中的不利影响。）超声波预处理可改变水玻璃溶液中水分子的比例以及水玻璃官能团组成，并使预处理后的水玻璃溶液中游离水羟基与 中的 的相对比例分别提高 个百分点和 个百分点。游离水羟基有利于提高黄铜矿的疏水性，中的 在一定程度上强化了其对矿泥的分散作用及对脉石矿物的抑制性能，提高了水玻璃在黄铜矿浮选过程中的作用。参考文献：王成行，童雄，孙吉鹏水玻璃在选矿中的应用与前景的分析国外金属矿选矿，（）：，（）：彭蓉，魏志聪，刘洋，等大陆槽难选稀土矿选矿试验研究有色金属工程，（）：，（）：窦源东，张全明，唐俊杰，等改性水玻璃在含高岭土复杂萤石浮选中的综合应用有色金属（选矿部分），（）：，（），（）：缪永超，文书明，庄故章，等提高老挝难选玄武岩氧硫混合铜矿回收率试验矿冶，（）：，（）：胡艺博，叶国华，蒋京航，等玻利维亚劳拉力矿区高品位难选氧化铜矿活化浮选研究矿产保护与利用，（）：，（）：吴纯刚某石英型萤石矿石浮选试验研究现代矿业，（）：，（）：冷玲?，张鹏飞四川某稀土矿尾矿中回收萤石的试验研究矿物学报，（）：，（）：许道刚，陈占发，吕清纯，等湖南某萤石矿抑钙提质优化试验矿冶，（）：，（）：施佳，李茂林，杨哲辉，等超声处理对水玻璃和油酸钠体系中方解石浮选行为的影响及其机理研究矿冶工程，（）：，有 色 金 属 工 程第 卷 ，（）：蒋海勇，张发明，陈志杰，等酸化水玻璃对重晶石与白云石浮选分离行为的影响矿产综合利用，（）：，（）：梅光军，薛玉兰，余永富聚合硅酸对含铁硅酸盐矿物浮选抑 制 作 用的机 理金 属 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