六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及機理研究

劉國晨

(紫金礦冶設計研究院)

?

六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及機理研究

劉國晨

(紫金礦冶設計研究院)

為查明六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中的抑制效果及作用機理，通過浮選試驗研究表明：在菱鎂礦-白云石體系中，適量的六偏磷酸鈉可有效地抑制白云石的上浮；機理分析檢測表明：六偏磷酸鈉因大量吸附在白云石表面，使得油酸鈉失去與白云石的作用活性點，導致在浮選過程白云石礦漿中的Ca2+、Mg2+溶解量幾乎不變，從而達到礦物分選的目的；同時，試驗研究還表明：菱鎂礦-白云石體系在NaOH調漿下取得的分選效果要好于Na2CO3調漿下取得的效果。

菱鎂礦 白云石 六偏磷酸鈉 浮選 抑制機理

菱鎂礦化學組成為MgCO3，晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。菱鎂礦是提煉金屬鎂的原料，因其中的氧化鎂具有高耐火性和黏結性，更是鎂質耐火材料和鎂質建筑材料的主要原料[1]。菱鎂礦一直是我國優勢礦產，截止到2012年底，我國已探明菱鎂礦資源儲量5億t，退居世界第二位，約占世界菱鎂礦總儲量的20.8%[2]。

隨著開采利用的深入，高質量的菱鎂礦礦石越來越少，有效去除其中雜質礦物，提高菱鎂礦品級越來越迫切。白云石是菱鎂礦礦石中的主要含鈣雜質礦物，它的存在會使得在后續煅燒過程中形成CaSiO3，冷卻時因易松離而使耐火材料崩潰[3]。然而菱鎂礦與白云石同屬碳酸鹽礦物，具有完全相同的陰離子和部分相同的陽離子，由于晶體結構和表面性質均很相近，二者很難進行浮選分離。許多選礦工作者對此進行了大量研究工作，但效果甚微。

為此，以油酸鈉為捕收劑，針對菱鎂礦、白云石兩種單礦物進行試驗，在NaOH、Na2CO3調漿作用下，重點研究六偏磷酸鈉在菱鎂礦-白云石體系中對白云石的抑制效果及機理。

1 試驗礦樣及條件

試驗用單礦物菱鎂礦取自遼寧丹東市某菱鎂礦山，主要元素含量為：MgO 46.35%，SiO20.33%，CaO 0.73%。試驗用單礦物白云石來源于一礦物標本公司，主要元素含量為MgO 17.21%，SiO229.17%。兩種單礦物制備過程均經人工揀選后，采用干式瓷球磨磨礦，取-35+74 μm用于浮選試驗。其中，所制菱鎂礦、白云石單礦物比表面積分別為1.718、1.104 m2/g。試驗所用油酸鈉為化學純，六偏磷酸鈉為分析純，以氫氧化鈉、碳酸鈉作為pH值調整劑。

試驗所用浮選機為XFG型掛槽式，轉速為1 750 r/min，浮選槽容量為50 mL，浮選礦漿溫度為25 ℃，每次試驗用礦量為2.000 g，浮選時間為4 min，加入浮選藥劑后的調漿時間均為3 min。

2 試驗研究

2.1 不同pH值調整劑對比試驗

試驗前先以調整礦漿pH=10.5～11為標準，以此確定調整劑NaOH、Na2CO3的用量。通過前期探索，發現對于菱鎂礦及白云石的浮選，將其礦漿pH值調至上述值所需的NaOH用量基本一致；Na2CO3用量亦如此，這為后續試驗操作提供了方便。

確定調整劑用量后，針對兩類單礦物，分別在以NaOH、Na2CO3作為調整劑的條件下，采用不同用量的抑制劑六偏磷酸鈉，進行兩組對比試驗。礦入浮選槽攪拌2 min后，依次加入pH值調整劑、抑制劑及捕收劑，調漿時間均為3 min，浮選刮泡4 min。不同pH值調整劑對比試驗結果見圖1、圖2。

圖1 NaOH調漿下六偏磷酸鈉用量對礦物可浮性的影響

圖2 Na2CO3調漿下六偏磷酸鈉用量對礦物可浮性的影響

由圖1、圖2可見，對于菱鎂礦及白云石，六偏磷酸鈉均表現出一定的抑制作用，其中對白云石的抑制效果更為明顯；同時，相對于Na2CO3調漿，NaOH調漿下的菱鎂礦及白云石在六偏磷酸鈉的作用下，分選性差別較大；可以推斷，實際菱鎂礦脫鈣過程，以六偏磷酸鈉為抑制劑，NaOH調漿要比在Na2CO3調漿取得的分選指標好。

2.2 驗證試驗

依據上述試驗可知，菱鎂礦-白云石體系中，六偏磷酸鈉作為抑制劑，在NaOH調漿下要比在Na2CO3調漿下取得更好的分選效果。因菱鎂礦含鎂，白云石含鈣鎂，在已取得的試驗結果的基礎上，為研究分析NaOH調漿所達到的分選效果更好的原因，進一步針對浮選過程礦漿中鈣鎂離子濃度變化進行了相關分析檢測。

驗證試驗流程同上述試驗一致，加入六偏磷酸鈉后調漿3 min，不進行后續操作，取出礦漿。將各試驗點所得礦漿固液分離，靜置后取上清液進行分析檢測。其中，菱鎂礦送檢鎂離子，白云石送檢鈣、鎂離子。分析檢測所得試驗結果見圖3～圖5。

由圖3～圖5可見，試驗礦樣浮選過程，無論采用何種pH值調整劑，礦漿中鎂離子濃度隨抑制劑六偏磷酸鈉用量增加而產生的變化趨勢基本一致；對于菱鎂礦，礦漿中鎂離子濃度均隨六偏磷酸鈉用量的增加而升高；對于白云石，礦漿中鎂離子濃度則隨六偏磷酸鈉用量的增加而趨于不變。對于白云石浮選過程礦漿中鈣離子濃度的變化，針對不同pH值調整劑則出現了不同趨勢的曲線：NaOH調漿下，鈣離子濃度隨六偏磷酸鈉用量的增加而趨于不變；Na2CO3調漿下，鈣離子濃度則隨著六偏磷酸鈉用量的增加而呈現先極速升高后趨緩的趨勢。

圖3 NaOH調漿下礦物表面鎂離子濃度變化

圖4 Na2CO3調漿下礦物表面鎂離子濃度變化

圖5 白云石表面鈣離子濃度變化

綜上分析驗證試驗所得結果，在NaOH調漿下，以六偏磷酸鈉為抑制劑，體系中菱鎂礦浮選溶出的鎂離子量一直在增加，而白云石中的鎂離子及鈣離子量幾乎無變化；而在Na2CO3調漿下，以六偏磷酸鈉為抑制劑，雖然體系中菱鎂礦浮選也溶出鎂離子，但作為脈石礦物的白云石中鈣離子量卻一直在增加。兩相比較，進一步證實了上節關于在菱鎂礦-白云石體系中以六偏磷酸鈉為抑制劑，NaOH調漿下的分選效果要好于Na2CO3調漿的推斷。

3 藥劑作用機理分析

3.1 機理分析

金屬陽離子的溶解對礦物分選性差異影響明顯已有很多報道。Al3+、Fe3+對藍晶石-油酸鈉體系的浮選具有活化作用；而Ca2+、Mg2+對藍晶石-油酸鈉體系的浮選具有抑制作用[4]。陳玉千等[5]研究表明，Ca2+比Mg2+對鐵礦正浮選影響更大，Fe3+對硅線石浮選有一定的抑制作用，在pH值為6.4～10時，Al3+能夠活化硅線石的浮選，這兩種三價金屬離子都能活化石英浮選[6]。

可以看出，菱鎂礦-白云石體系在不同pH值調整劑作用下產生的分選性差異與礦漿中Ca2+、Mg2+溶解量的不同變化息息相關。礦漿中Ca2+、Mg2+溶解量之所以呈現不同變化，可能在于脈石礦物白云石表面吸附著大量的六偏磷酸鈉，從而影響其本身Ca2+、Mg2+的溶解。即菱鎂礦-白云石體系藥劑作用機理：六偏磷酸鈉在白云石表面的吸附量大于在菱鎂礦表面的吸附量，從而影響著白云石礦物浮選過程中Ca2+、Mg2+的溶解，使得在一定捕收劑用量下，可優先浮選菱鎂礦。而對于不同pH值調整劑，添加NaOH要比添加Na2CO3所達到的分選效果更好，原因也就在于體系浮選過程添加NaOH，六偏磷酸鈉在白云石表面吸附量與在菱鎂礦表面吸附量的差異可能比添加Na2CO3還要大。

3.2 六偏磷酸鈉在礦物表面的吸附量測定

為驗證上述機理分析，再次進行相關吸附量測定試驗。驗證試驗流程同驗證試驗完全一致，將各試驗點所得礦漿固液分離，靜置后取上清液進行分析檢測。利用ICP光譜儀對其進行元素分析，得到殘余液P的含量，差減即可得到吸附在礦物表面六偏磷酸鈉的含量。分析檢測所得試驗結果見圖6、圖7。

圖6 NaOH調漿下礦物表面六偏磷酸鈉的吸附量

由圖6、圖7可見，六偏磷酸鈉在礦物表面吸附量的測定結果印證了上述機理分析想猜，在菱鎂礦-白云石體系中，無論以何種pH值調整劑調漿，抑制劑六偏磷酸鈉在白云石礦物表面的吸附量都要比在菱鎂礦礦物表面的吸附量大很多，這也就是六偏磷酸鈉能夠在該體系中作為白云石抑制劑的原因；另外，檢測結果也顯示，六偏磷酸鈉在白云石表面吸附量與在菱鎂礦表面吸附量的差異對比，在NaOH調漿條件下要比Na2CO3調漿差異更為明顯，這也就是NaOH調漿取得的分選指標要好于Na2CO3調漿取得的分選指標的原因。

圖7 Na2CO3調漿下礦物表面六偏磷酸鈉的吸附量

4 結 語

(1)通過浮選試驗結果表明，六偏磷酸鈉對菱鎂礦及白云石礦物均具有抑制作用，但控制在適合的用量時，其對白云石的抑制作用要強于菱鎂礦，使得二者有一定的分選效果。

(2)菱鎂礦-白云石體系礦漿中，Ca2+、Mg2+溶解量的不同直接影響著礦物間的分選性。

(3)六偏磷酸鈉在礦物表面的吸附量測定結果表明，菱鎂礦-白云石浮選體系中，六偏磷酸鈉為調整劑，其選擇性抑制作用對礦物表面Ca2+、Mg2+溶解能力及吸附作用具有一定的關聯。對菱鎂礦抑制能力較弱，表面Mg2+溶出能力較強，吸附量較小；而對白云石則相反。這從根本上導致在菱鎂礦-白云石體系中添加六偏磷酸鈉，在一定量的油酸鈉條件下，二者可實現浮選分離。

(4)菱鎂礦-白云石體系中，添加NaOH調漿要比添加Na2CO3所達到的分選效果好。

[1] 王金良，楊秀花.菱鎂礦除鈣可選性研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2010(4)：26-29.

[2] 鮑榮華，郭 娟，許 容，等.中國菱鎂礦開發居世界重要地位[J].地質與礦產，2012(12)：25-30.

[3] 印萬忠，丁亞卓，張麗榮，等.國內外鎂鹽晶須制備及應用現狀發展概況[J].中國非金屬礦工業導刊，2007(增)：8-9.

[4] 董宏軍，陳 藎，毛鉅凡.金屬離子對藍晶石可浮性的影響及機理研究[J].非金屬礦，1996(1)：27-30.

[5] 陳玉千，松全元.尾礦回水中的幾種離子對鐵正浮選影響[J].中國礦業，1996，5(2)：32-36.

[6] 李 曄，雷東升，許 時.礦漿中金屬離子對硅線石與石英浮選分離的影響[J].硅酸鹽學報，2002，30(3)：362-365.

2016-08-01)

劉國晨(1989—)，男，工程師，364200 福建省上杭縣二環路。