金紅石與石榴石浮選分離試驗研究

李洪強苗呈佶翁孝卿陳　騫宋少先李洪潮

（1.武漢工程大學資源與土木工程學院，湖北　武漢430070；2.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北　武漢430070；3.國土資源部鄭州礦產綜合利用研究所，鄭州　河南450006）

金紅石（TiO2）是制造電焊條、高檔鈦白粉、海綿鈦和冶煉金屬鈦及其合金的重要原料，應用極為廣泛[1]；納米TiO2則在涂料、化妝品、造紙、塑料和環保等方面有著廣泛的應用[2]。雖然金紅石是重要的工業原料，但我國金紅石礦的開發利用尚處于初級階段，年產量大約2 500 t，且90%來自砂礦，主要產自廣東、廣西和海南等省區。其實我國的金紅石砂礦儲量并不大，僅占金紅石總儲量的14%，86%以原生金紅石礦的形式存在[3]，普遍具有品位低、粒度細、礦物組成復雜、可選性差等特點，因而至今未被大規模地開發利用，造成國內金紅石精礦緊缺的局面[4]。

榴輝巖型金紅石礦成分相對簡單，具有嵌布粒度較粗、可綜合回收利用的礦物多、經濟價值較高等特點，是一類具有較大開發利用優勢的原生金紅石礦[5]。榴輝巖型金紅石的主要共伴生礦物有石榴石（鐵鋁榴石）和綠輝石，由于金紅石與石榴石的密度相近，因而重選方法不能實現二者的有效分離；純的金紅石與石榴石之間雖然存在磁性差異，但有的金紅石晶格中的鈦被鐵取代，有的金紅石顆粒表面被鐵污染，導致部分金紅石礦物的磁性增強，磁選分離時會導致金紅石的損失[6]。因此，研究浮選方法實現二者的高效分離具有十分重要的意義。

試驗以金紅石、石榴石純礦物及混合礦為對象，研究捕收劑苯乙烯磷酸、活化劑硝酸鉛、抑制劑氟硅酸鈉對金紅石及石榴石浮選行為的影響，進而確定金紅石與石榴石高效浮選分離的藥劑制度，為榴輝巖型金紅石資源開發利用提供參考。

1　試驗原料、藥劑及方法

1.1　試驗原料及藥劑

1.1.1試驗原料

海南某海濱沙礦的搖床重選金紅石精礦經過瓷球磨、濕篩得到0.074～0.038 mm的金紅石純礦物。將取自江蘇東海某礦的石榴石磁選精礦過100目篩子，篩上產品經干式磁選、振動磨、濕篩得到0.074～0.038 mm的試驗用石榴石純礦物。金紅石和石榴石純礦物的X射線熒光光譜分析結果見表1，X射線衍射分析結果見圖1、圖2。

由表1、圖1和圖2可知，試驗用金紅石純礦物純度大于98%，石榴石純礦物純度大于92%，滿足純礦物浮選試驗要求。

1.1.2試驗藥劑

捕收劑苯乙烯膦酸（SPA）、活化劑硝酸鉛、抑制劑氟硅酸鈉、pH調整劑鹽酸和氫氧化鈉均為分析純試劑，起泡劑2#油為工業品。試驗用水用Milli-Q Direct 16制備，電阻率為18.25 MΩ·cm。

1.2　浮選試驗

1.2.1純礦物浮選試驗

金紅石及石榴石純礦物的浮選試驗在100 mL的RK/FGC35型掛槽浮選機上進行，轉速為2 000 r/min，每次試驗的金紅石或石榴石純礦物給礦量為3 g。試驗時，先將礦漿攪拌2 min，用鹽酸或氫氧化鈉調節pH，然后根據需要按順序添加硝酸鉛、SPA、氟硅酸鈉、2#油，每添加1種藥劑后攪拌3 min，然后按每6 s刮泡1次，30 s加水1次，共刮泡3 min，槽內產品和泡沫產品分別烘干、稱重，計算上浮率。

1.2.2混合礦浮選試驗

將金紅石和石榴石純礦物按1∶3的質量比混勻，取3 g混合礦進行浮選，試驗設備及試驗步驟同1.2.1節，槽內產品和泡沫產品分別烘干、稱重、化驗，計算浮選精礦的金紅石回收率。

2　試驗結果及討論

2.1　純礦物浮選試驗

2.1.1SPA用量（濃度）試驗

在不添加硝酸鉛和氟硅酸鈉情況下，探究SPA對金紅石及石榴石可浮性的影響，結果如圖3所示。

從圖3可以看出，金紅石和石榴石的上浮率均隨著SPA濃度的提高而提高，SPA濃度從1×10-6mol/L提高到1×10-4mol/L，金紅石的上浮率從27.09%提高到88.05%，石榴石的上浮率從22.76%提高到85.11%；在SPA的用量區間，相同的SPA濃度情況下，石榴石的上浮率始終低于金紅石的上浮率，當SPA的濃度為5×10-5mol/L時，石榴石的上浮率較金紅石低29個百分點，顯示出SPA對金紅石和石榴石的捕收有一定的選擇性。

2.1.2硝酸鉛的活化作用試驗

硝酸鉛對金紅石浮選的活化作用，表現在促進SPA與金紅石的結合，從而提高金紅石的上浮率[7]。圖4為硝酸鉛用量為1×10-4mol/L情況下，SPA濃度與金紅石、石榴石上浮率關系試驗結果。

比較圖3和圖4可以看出，硝酸鉛對金紅石和石榴石均具有活化作用：SPA濃度為1×10-6mol/L時，金紅石和石榴石的上浮率分別提高到45.36%和40.07%；SPA濃度提高到1×10-4mol/L時，金紅石和石榴石的上浮率分別提高到93.12%和91.14%。硝酸鉛的添加使浮選的選擇性變差，SPA的濃度為5×10-5mol/L時，石榴石的上浮率較金紅石僅低21.75個百分點。

2.1.3氟硅酸鈉對石榴石的抑制作用試驗

由于金紅石與石榴石在SPA和硝酸鉛作用下可浮性差異不大，因此在SPA濃度為1×10-4mol/L，硝酸鉛用量為1×10-4mol/L情況下，考察了氟硅酸鈉對石榴石抑制效果的影響，結果如圖5所示。

從圖5可看出，當氟硅酸鈉用量從5×10-5mol/L增大至25×10-5mol/L，金紅石與石榴石的可浮性差異顯著增大，對石榴石的抑制作用非常強烈，氟硅酸鈉的用量從1×10-5mol/L提高到25×10-5mol/L，石榴石的上浮率從93.81%大幅度下降到5.45%，而金紅石的上浮率僅從94.09%下降到91.26%。表明在氟硅酸鈉用量為25×10-5mol/L時，金紅石和石榴石浮選分離的選擇性最好。

2.1.4礦漿pH值的影響

在SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛為1×10-4mol/L，氟硅酸鈉為2.5×10-4mol/L情況下，考察了礦漿pH值對金紅石、石榴石可浮性的影響，結果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著pH值的增大，金紅石的上浮率先上升后下降，石榴石的上浮率很低，且變化很小，當pH=6～8時，金紅石的上浮率大于90%，石榴石的上浮率在5%左右，二者相差約85個百分點。因此，石榴石和金紅石的浮選分離宜在近中性礦漿中進行。

2.2　人工混合礦浮選分離試驗

2.2.1SPA濃度試驗

SPA濃度試驗固定礦漿中硝酸鉛的濃度為1×10-4mol/L，不添加氟硅酸鈉，試驗結果如圖7所示。

由圖7可知，隨著SPA濃度的增大，浮選精礦金紅石回收率先升后降，金紅石含量維持在30%左右，而給礦的金紅石含量為25%，可見浮選分離效果不好。

2.2.2氟硅酸鈉的選擇性抑制試驗

在SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L情況下考察氟硅酸鈉的選擇性抑制作用效果，結果如圖8所示。

從圖8可知，氟硅酸鈉濃度增大，浮選精礦金紅石含量升高，金紅石回收率先升后降。精礦金紅石含量升高，表明在浮選過程中石榴石受到了抑制；氟硅酸鈉用量過大，金紅石回收率下降，表明金紅石也受到了抑制。

2.2.3礦漿pH值試驗

礦漿pH值試驗固定SPA濃度為1×10-5mol/L，硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L，氟硅酸鈉濃度為2.5×10-4mol/L，試驗結果如圖9所示。

由圖9可知，隨著pH的增大，浮選精礦金紅石含量和金紅石回收率均先顯著上升后顯著下降，拐點在pH=6時，對應的精礦金紅石含量達73.83%、回收率達86.62%，較好地實現了金紅石與石榴石的分離。

3　結論

（1）純礦物浮選試驗表明：捕收劑苯乙烯膦酸（SPA）對金紅石和石榴石均具有捕收能力，濃度在5×10-5mol/L時顯示出一定的浮選選擇性；活化劑硝酸鉛對金紅石和石榴石均具有活化作用，添加硝酸鉛可以降低SPA的用量；抑制劑氟硅酸鈉對石榴石有極強的抑制能力，用量較大時對金紅石也有一定的抑制作用；浮選礦漿pH=6～8時，金紅石上浮率最大，金紅石與石榴石的分離效果最好。

（2）人工混合礦浮選試驗表明：在礦漿pH=6，捕收劑SPA濃度為1×10-5mol/L，活化劑硝酸鉛濃度為1×10-4mol/L，抑制劑氟硅酸鈉濃度為2.5×10-4mol/L情況下，可高效浮選分離金紅石和石榴石的人工混合礦，得到金紅石含量達73.83%、回收率達86.62%的金紅石精礦。