铝土矿中硅酸盐矿物浮选回收试验研究.pdf

书书书 年第 期轻金属 作者简介：苏欢欢（），女，工程师，硕士，矿业工程专业，主要从事药剂开发和资源综合利用技术研究。：收稿日期：轻金属矿山铝土矿中硅酸盐矿物浮选回收试验研究苏欢欢，康泽双，闫 琨，马俊伟，张建强，（中铝郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 ；国家铝冶炼工程技术研究中心，河南 郑州 ）摘要：通过高岭石、伊利石型铝土矿与纯矿物浮选试验，研究分析了新型捕收剂 与现有反浮选脱硅捕收剂对铝硅酸盐矿物的浮选行为及其作用机理。结果表明，药剂 是一种捕收能力较好的铝土矿反浮选脱硅捕收剂，通过铝土矿闭路浮选脱硅试验，可获得铝硅比为 的精矿，较原矿提高了 ，尾矿中 回收率较现有反浮选脱硅药剂 的高出 ；纯矿物浮选试验中，药剂用量为 时，药剂 浮选伊利石的回收率为 ，药剂 浮选伊利石回收率为 ，较药剂 的提高 。红外光谱分析表明，胺类阳离子捕收剂与高岭石、伊利石主要发生物理静电吸附作用。关键词：反浮选脱硅；硅酸盐矿物；胺类阳离子捕收剂中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）：，（，；，）：，；，：；现今，铝土矿反浮选脱硅捕收剂的研究主要集中于胺类阳离子药剂对铝硅酸盐矿物的浮选研究 。铝土矿除含一水硬铝石矿物外，还含有铝硅酸盐矿物、铁矿物、钛矿物等脉石矿物 ，我国一水硬铝石型铝土矿中主要含硅矿物有高岭石、伊利石等，高岭石和伊利石的天然可浮性差，所以在反浮选脱硅体系中强化对高岭石和伊利石的捕收，就成为了铝土矿反浮选脱硅技术关键之一 。我国铝士矿中主要含硅矿物的表面断裂键特性、晶体结构的不完全相同，对矿物表面的电性、润湿性和可浮性也有较大的影响，利用伊利石、高岭石、一水硬铝石等矿物之间表面性质、晶体结构的差异，并利用浮选药剂改变浮选环境从而进一步扩大各矿物之间表面润湿性与可浮性的差异，以实现这些矿物间的选择性浮选分离。文中以胺类阳离子为捕收剂，研究了其对硅酸盐矿物浮选行为的影响及其作用机理。目前常用胺类阳离子捕收剂为季铵盐捕收剂 （十二烷基三甲基氯化铵），其在小型工业试验及扩大试验中都取得良好的指标，但精矿泡沫量过大且回收率偏低，尾矿难处理。在此，文中研究了新型捕收剂 和其他胺类捕收剂的浮选性能，并对浮选机理进行探讨。矿物性质试验中采用的实际矿物为山西铝土矿，用到的纯矿物为高岭石、伊利石，来自河南郏县，试验中采用的铝土矿样的化学成分分析结果示于表 中，矿 苏欢欢 等：铝土矿中硅酸盐矿物浮选回收试验研究 年第 期物的物相组成如表 所示，高岭石与伊利石物相分析结果如图 所示，可知，样品纯度较高，基本上达到了纯矿物研究的要求。从表 可知，铝土矿的 含量为 ，铝硅比为 。由表 可以看出，铝土矿的主要有用矿物是一水硬铝石，主要脉石矿物是高岭石和伊利石这两种铝硅酸盐矿物。表 铝土矿矿物的化学成分分析结果 灼减 表 铝土矿物相组成分析结果一水硬铝石白云石高岭石伊利石绿泥石叶腊石菱铁矿赤铁矿黄铁矿方解石锐钛矿金红石磷铝锶矿 -?1600014000120001000080006000400020000?010203040506070802/()102030405060702/()100020003000400050006000?图 伊利石与高岭石 图 试验内容与结果 纯矿物浮选试验以伊利石与高岭石为试验原料，利用合成的新型捕收剂 与现有捕收剂进行纯矿物浮选试验，对新型捕收剂的浮选性能进行研究，并与现有药剂进行对比，目的是为了考察合成的新型药剂用于矿物浮选领域的可行性。试验结果如图 、所示。?1231Cy310080604020?/%0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.?(?10?/)-2mol L图 伊利石浮选回收率与捕收剂浓度关系?1231CY3100806040?/%0 05.0 10.0 15.0 20.0 25.?(?10?/)-2mol L图 高岭石浮选回收率与捕收剂浓度关系从图 、可以看出，是一种对伊利石与高岭石浮选捕收能力较强的捕收剂。浮选后，高岭石回收率从 提升至 ，伊利石回收率从 提升至 ；浮选后，高岭石回收率从 提升至 ，伊利石回收率从 提升至 ；药剂用量为 时，浮选伊利石的回收率为 ，浮选伊利石回收率为 ，较 的提高 。年第 期轻金属 铝土矿浮选试验 矿样筛分结果讨论针对高岭石、伊利石型铝土矿，分别对铝土矿原矿样、磨矿后的矿样进行筛分，筛分出不同粒级的矿样，并进行分析检测，研究铝土矿中铝、硅的分布特点。结果分别如图 、所示。22212019181716151413100+-600100200200400400600?/?SiO2/%80706050403020100Al O23/%?/%Al O23/%SiO2/%图 原矿样筛分结果?/%Al O23/%SiO2/%706050403020100Al O23/%?/?100200200400400600-600111213141516171819SiO2/%图 矿样磨细后的筛分结果一水硬铝石的硬度为 ，高岭石硬度较低，为 ，伊利石硬度为 ，一水硬铝石与铝硅酸盐矿物硬度差异大，可以通过破碎磨矿进行矿物解离 。根据图 、可知，原矿样中粗粒级的铝硅比较高，铝主要分布于粗粒级中，而硅主要分布于细粒级中。磨矿后，目以下的各粒级矿样的铝硅比都有不同程度的增加，但细粒级的铝硅比增加较少，因为铝硅酸盐矿物硬度较低，易磨，易聚集到细粒级。矿物的磨矿碎解，先从含硅脉石矿物开始，并沿一水硬铝石和含硅脉石矿物的交界处或含硅脉石矿物一侧碎解，这样在磨矿过程中含硅脉石矿物和一水硬铝石的粒度差别就很大，一水硬铝石更趋向于在较粗粒级中，而含硅脉石矿物主要分布于细粒级中，这就实现了含硅脉石矿物和一水硬铝石的选择性磨矿碎解 。捕收剂对比试验反浮选脱硅药剂一般用胺类阳离子捕收剂，其中包含多胺类、直链烷基胺类和季铵盐等 ，试验利用实验室合成的新型药剂 与现有常用捕收剂进行反浮选脱硅试验，选择 铝土矿矿样进行磨矿，在磨矿细度 为 ，矿浆 值为 时，控制矿浆温度在 ，进行大量条件试验，试验流程图见图 ，筛选出浮选指标优良的捕收剂，将中矿 、中矿 和尾矿合并为最终的尾矿，各药剂浮选结果见表 所示。由于每次分析的尾矿与精矿样品不同，同时存在分析误差，所以合计后的铝硅比和原矿会有差异。pH?2?1?图 铝土矿浮选脱硅试验流程其中十二烷基三甲基氯化铵简称 ，（二甲氨基）丙基 月桂酰胺简称月桂酰胺，十二烷基二甲基苄基氯化铵简称 ，十六烷基三甲基氯化铵简称 ，其他药剂有碳酸钠，六偏磷酸钠，淀粉，盐酸等。从表 可看出，在胺类捕收剂种类的探索试验中，观察比较各精矿的品位、产率与尾矿中 的回收率可知，浮选脱硅效果较好的捕收剂有 、季铵盐 与 ，对于 ，可以获得产率为 ，铝硅比为 的精矿，同时尾矿中 回收率 为 ；对 于 ，可 以 获 得 产 率 为 ，铝硅比为 的精矿，同时尾矿中 回收率为 ，尾矿中 回收率较 的高出 。铝土矿反浮选脱硅闭路试验以药剂 与 作为捕收剂，选择药剂总用量为 ，适量抑制剂，固定磨矿细度为 ，试验 值为 ，进行铝土矿反浮选脱硅闭路试验，试验流程见图 ，试验结果见表 。苏欢欢 等：铝土矿中硅酸盐矿物浮选回收试验研究 年第 期表 不同捕收剂对铝土矿浮选脱硅的试验结果捕收剂类型产品产率 回收率 回收率 精矿 尾矿 合计 精矿 尾矿 合计 十二胺精矿 尾矿 合计 精矿 尾矿 合计 月桂酰胺精矿 尾矿 合计 精矿 尾矿 合计 表 闭路浮选试验结果捕收剂产品产率 回收率 回收率 精矿 尾矿 合计 精矿 尾矿 合计?图 铝土矿闭路浮选脱硅流程图试验结果表明，新型捕收剂 是铝土矿反浮选脱硅的有效捕收剂，利用 药剂对铝土矿进行反浮选脱硅闭路试验后，可获得精矿铝硅比为 ，尾矿铝硅比为 ，尾矿硅回收率为 的较好指标；浮选后，可获得精矿铝硅比为 ，尾矿铝硅比为 ，尾矿硅回收率为 的指标。综合考虑，的浮选脱硅效果更好，其尾矿中硅回收率较 的高出 。反应机理分析高岭石、伊利石分别与 、和 作用前后的红外光谱如图 、图 所示。高岭石晶体模型的主要解理面 晶面上部分原子的态密度如图 所示。T/%40003000200010004001500kaokao 1231+kao CY3+kao 1227+?/cm-1图 高岭石与捕收剂作用前后的红外光谱i11i11 1231+i11 CY3+ill 1227+40003000200015001000400?/cm-1T/%图 伊利石与捕收剂作用前后的红外光谱可以看出，与季铵盐作用后的高岭石、伊利石矿物的光谱几乎相同，表明季铵盐可能对这两种矿物表面具有相同的相互作用机制。由图 可知，为高岭石结构单元层四面体片与八面体 片 结 合 面 上 伸 缩 振 动 吸 收 峰；在 、为 的伸缩振动吸收峰，为 伸缩振动吸收峰，、和 为 、振动吸收峰，、和 为 弯曲振动吸收峰，各捕收剂与高岭石作用后的红外谱图中，矿物的特征吸收峰基本上无变化，只在 年第 期轻金属 处出现了亚甲基和甲基的伸缩振动吸收峰，而其它峰没有发生变化，说明季铵盐在高岭石表面的吸附作用为物理静电吸附 。图是伊利石分别与 、和 作用前后的红外光谱。同样也只在 处出现了亚甲基和甲基的伸缩振动吸收峰，其它峰也没发生变化，说明季铵盐在伊利石表面的吸附作用也为物理静电吸附。0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 05.0 00.?s?p?s?s?s-20-10010?/eV-20-10010?/eV-20-10010?/eV?d?p?s?s?s?p0 25.0 20.0 15.0 10.0 05.0 00.?s?p?3 0.2 5.2 0.1 5.1 0.0 5.0 0.?001?001?001图 高岭石晶体 表面原子的部分态密度由图 可知，高岭石 晶面的 可近似看作主要是由氧原子的 轨道组成，那么，在高岭石与亲电性药剂作用时，参与反应的主要是氧原子；高岭石 晶面的 可近似看作主要是由铝原子和硅原子的 轨道组成，那么，在高岭石与亲核性药剂作用时，参与反应的主要是铝和硅原子。对捕收剂，若亲固原子为 时，其捕收剂易成为阳离子（如 ），或本身就是阳离子（如季胺盐），易与氧形成氢键或静电吸附，对浮选有利。高岭石、伊利石均是层状硅酸盐矿物。高岭石是双层型硅酸盐矿物，由硅氧四面体层与氢氧化铝八面体层交替组成单元层，单元层与层之间是通过层片中的氢氧根离子与下一单元层的硅氧四面体的氧通过氢键结合在一起，高岭石破碎磨细时产生性质完全不同的 种界面 ：底面 面和端面 和 面。底面断裂主要产生氢键，端面主要产生 键和 键，表面亲水性较强，可浮性较差。高岭石底面由于晶格取代，而永久带负电。捕收剂和 捕收剂是阳离子捕收剂，与高岭石底面有静电作用；季铵盐也易与高岭石的 面产生氢键作用 。伊利石晶体结构中硅氧四面体中一些 质点被 质点类质同象置换，同时 质点也不同程度的被 置换，电荷补偿离子通常是，它与两个相邻的结构单元连接，层间作用力为离子键。伊利石沿 面断裂，使得其表面总带有负电荷，荷电量与置换程度有关，伊利石表面上铝硅比较低，适于阳离子捕收剂吸附 。结 论（）试验以高岭石、伊利石型铝土矿为试验原料，利用合成的新型药剂 和现有的反浮选脱硅捕收剂对其进行反浮选脱硅，浮选脱硅效果较好的捕收剂有 、季铵盐 等，对于 ，可以获得产率为 ，铝硅比为 的精矿，同时尾矿中 回收率为 ；对于 ，可以获得产率为 ，铝硅比为 的精矿，同时尾矿中 回收率为 ，尾矿中 回收率较 的高出 。（）以药剂 与 作为捕收剂，进行铝土矿反浮选脱硅闭路试验，利用 药剂对铝土矿进行反浮选脱硅闭路试验后，可获得精矿铝硅比为 ，尾矿铝硅比为 ，尾矿硅回收率为 的较好指标；作用后，可获得精矿铝硅比为 ，尾矿铝硅比为 ，尾矿硅回收率为 的指标。综合考虑，的浮选脱硅效果较好，其尾矿中硅回收率较 的高出 。（）以伊利石与高岭石为试验原料，利用合成的新型捕收剂 与现有捕收剂进行单矿物浮选试验，药剂对于伊利石的捕收能力比现有的一些捕收剂要强。作用下，高岭石回收率从 提升至 ，伊利石回收率从 提升至 ；作用下，高岭石回收率从 提升至 ，伊利石回收率从 提升至 ；（下转第 页）轻金属 年第 期的研究进展 有色金属（冶炼部分），（）：，（）：杨俊峰，余跃，王曦 我国菱镁矿业绿色高质量发展对策研究 中国矿山工程，（）：，：谭欣，苏建芳，朱阳戈，等 辽宁某低品位菱镁矿提质降杂试验研究与工业实践 矿产保护与利用，（）：，：宋闯 菱镁矿尾矿处理与再利用研究进展 环境保护与循环经济，（）：，（）：，（）：，：滕青，冯雅丽，马英 菱镁矿尾矿酸浸动力学研究 金属矿山，（）：，（）：，（）：，（）：（责任编辑杜雅君）?（上接第 页）药剂用量为 时，浮选伊利石的回收率为 ，浮选伊利石回收率为 ，较 提高 。（）通过红外光谱分析，新型药剂 等季铵盐对高岭石与伊利石的作用机理是物理静电吸附。参考文献：陈攀 新型季頮（铵）盐的结构性能与作用机理研究及应用 长沙：中南大学，张栋山西铝土矿及共伴生矿产综合利用分析 华北自然资源，（）：黄传兵，王毓华，陈兴华，等 铝土矿反浮选脱硅研究综述 金属矿山，（）：红钢河南铝土矿的矿石性质及其对选冶工艺的影响 矿冶，（）：凌石生，张文彬铝土矿反浮选脱硅药剂研究概述 国外金属矿选矿，（）：黄志强，钟宏，王帅，等 双子季铵盐捕收剂 和 对高岭石、叶腊石、伊利石浮选行为的比较及机理（英文），（）：崔吉让，方启学，黄国智一水硬铝石与高岭石的晶体结构和表面性质 有色金属，（）：胡岳华，蒋昊，邱冠周，等一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离的溶液化学 中国有色金属学报，（）：胡岳华，周苏阳，孙伟，等 铝土矿反浮选新型捕收剂 浮选性能及机理 中南大学学报（自然科学版），（）：岳彤，孙伟，陈攀季铵盐类捕收剂对铝土矿反浮选的作用机理 中国有色金属学报，（）：刘国蓉季铵盐对不同粒级伊利石、叶蜡石和石英的浮选与吸附研究 长沙：中南大学，刘晓文一水硬铝石和层状硅酸盐矿物的晶体结构与表面性质研究 长沙：中南大学，（责任编辑杜雅君櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄殮殮殮殮）欢迎订阅杂志欢迎刊登广告欢迎投稿