超聲預處理對十二烷基嗎啉浮選NaCl、KCl和光鹵石行為的影響*

葉秀深 ，權朝明 ，張慧芳 ，吳志堅 ，劉海寧 ，胡耀強

（1.中國科學院青海鹽湖研究所，中國科學院鹽湖資源綜合高效利用重點實驗室，青海西寧810008；2.廣東海洋大學海洋與氣象學院；3.青海省鹽湖資源化學重點實驗室）

為提高浮選過程中礦物的收率，一些輔助手段會應用于實際浮選過程。早在20世紀30年代已經有人將超聲波技術應用于浮選實驗中，C.Aldrich等通過對復雜硫礦進行超聲預處理，發現超聲預處理對浮選速率、金屬硫化物的選擇性以及整體的回收率都有著顯著的改善［1］。中國學者對超聲預處理在煤泥的浮選過程的作用做了研究，研究發現超聲波對煤粒有破碎作用，可以使煤中的礦物有一定程度的分離。礦物粒度降低有助于提升浮選效率［2］。經過超聲波處理之后，煤粒增加了比表面積，進而增加了與捕收劑接觸的機會，提升了浮選效率［3-5。基于超聲預處理對煤泥浮選過程中產生的效應，也有一些學者將超聲波技術應用于可溶鹽的相關領域。研究發現，對可溶鹽固體顆粒進行超聲預處理之后，可溶鹽的重結晶晶粒細化以及表面粗糙度等都受到一定程度的影響［6-8］。

筆者考察了十二烷基嗎啉 （DMP）濃度對NaCl、KCl和光鹵石的浮選分離行為的影響，并研究了超聲預處理對NaCl、KCl晶體表面形貌的影響，以及對DMP浮選效果的影響。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

試劑：DMP（工業級），青海省化工設計研究院提供；四苯硼鈉、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、季胺鹽、硝酸汞、達旦黃、鉻黑 T、Cl-指示劑（C15H15N3O）、鹽酸、無水乙醇、氯化鈉及氯化鉀，均為普通市售分析純試劑。

儀器：XFDⅡ-0.5L型單槽浮選機、DHG-9145A型電熱恒溫鼓風干燥箱、JSM-5610LV/INCA型低真空掃描電子顯微鏡、SMART APEXⅡ型X-射線單晶衍射儀、KH-300DE型數控超聲波清洗器、CU-600型電熱恒溫水箱。

1.2 DMP儲備液配置

稱取一定質量離心除雜后的工業級DMP加入容量瓶中，按照DMP和HCl的物質的量之比約為1∶2加入鹽酸助溶，用去離子水定容后搖勻，作為DMP儲備液使用。

1.3 飽和鹽溶液的配置

將去離子水在70℃的恒溫水箱中恒溫，加入足量的固體鹽，攪拌溶解直至溶液中的晶體不再減少時，將溶液在室溫下靜置冷卻得到NaCl、KCl、MgCl2的飽和溶液（在整個實驗過程中需始終保留過量的固體鹽存在）。

1.4 對KCl、NaCl固體顆粒的超聲預處理

篩分選取粒徑為 250～375 μm 的 KCl、NaCl顆粒進行浮選實驗。稱取6份200 g的KCl、NaCl固體顆粒，分別加入6組燒杯中，再分別對應加入飽和KCl溶液、飽和NaCl溶液，將燒杯置于超聲清洗器中做超聲處理（20℃、50 Hz），每隔20 min取出一份KCl和NaCl樣品，過濾后用無水乙醇沖洗2次，置于烘箱中100℃干燥。采用SEM觀察其形貌變化，干燥后樣品作為浮選物料備用。

1.5 分析方法

K+含量由四苯硼鈉-季胺鹽容量法測定，Mg2+采用EDTA滴定，Cl-使用汞量法測定，Na+采用電荷守恒差減法計算得出。

1.6 DMP 對 NaCl、KCl的浮選

分別選用超聲處理前后的NaCl、KCl做對比實驗。每份浮選料漿中原礦185 g，飽和鹽溶液600 mL（約 740 g），按固液質量比為 1∶4做浮選實驗，浮選介質分別為相應的飽和鹽溶液，DMP質量濃度分別為 0.025、0.10、0.17、0.25、0.32、0.40、0.47、0.55 g/L，鼓泡時間為5 min、浮選機葉輪轉速為2 100 r/min，刮泡時間10 min、浮選機葉輪轉速為3 000 r/min，浮選全程均在室溫下進行。

浮選完成后，將刮出的泡沫收集后過濾，無水乙醇沖洗2次，置于烘箱中100℃下干燥、稱重，計算收率。

2 結果與討論

2.1 超聲預處理對KCl、NaCl顆粒表面形貌的影響

圖1、2分別為NaCl、KCl顆粒超聲處理后經無水乙醇洗滌干燥后在掃描電鏡下的照片。由圖1、2可見，超聲處理后NaCl和KCl顆粒表面粗糙度增大，出現大量的凹凸結構和臺階，顆粒邊緣棱角消失。這表明超聲波處理會使NaCl和KCl顆粒表面出現沖擊痕、凹坑，使得NaCl和KCl的溶解結晶平衡破壞，故出現了粗糙的表面［6］。同樣在煤泥超聲處理過程中會發生類似的現象，煤泥超聲預處理時發現超聲波清洗掉了煤粒表面的細小粒子，對煤粒表面產生了沖擊痕，產生剝蝕凹痕［5］。根據晶體生長溶解動力學理論，溶解是由晶體表面上所形成的蝕坑而開始的，并且這些蝕坑提供了溶解所需的位錯和臺階。

圖1 超聲預處理后NaCl晶體的SEM照片

圖2 超聲預處理后KCl晶體的SEM照片

2.2 DMP濃度對KCl、NaCl及光鹵石的捕收行為

圖3為DMP濃度對 KCl、NaCl、光鹵石的浮選結果。從圖3可以看出，NaCl的回收率隨DMP濃度的增大而增大，當DMP質量濃度為0.025 g/L時，NaCl的回收率約為60%，DMP質量濃度從0.025 g/L提高至0.17 g/L的過程中NaCl的回收率顯著升高。當DMP質量濃度大于0.32 g/L時，NaCl的回收率保持在97%以上。在低濃度范圍內，KCl的回收率隨著DMP濃度的增大而增大，當DMP濃度繼續增大時，KCl的回收率基本保持在13%左右。DMP對光鹵石基本不具有捕收作用，濃度的增加也不影響其效果。

圖3 DMP濃度對NaCl、KCl和光鹵石浮選回收率的影響

2.3 DMP濃度對光鹵石-NaCl體系中NaCl的捕收行為影響

圖4為DMP濃度對光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系的影響。由圖4可見，與NaCl-NaCl飽和鹽溶液浮選體系相比，光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系中，DMP對NaCl的捕收能力有一定程度的降低。但是當DMP質量濃度大于0.25 g/L時，NaCl的回收率依然能保持在94%左右。與此類似，光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液浮選體系中，DMP對KCl的捕收能力同樣有所降低，KCl的回收率均低于2.5%。

圖 4 DMP濃度對NaCl-光鹵石、KCl-光鹵石浮選體系中NaCl、KCl回收率的影響

2.4 超聲預處理對DMP浮選捕收行為的影響

將超聲處理后的KCl和NaCl顆粒分別與其飽和溶液組成浮選物料體系進行浮選實驗，浮選劑DMP的質量濃度為0.17 g/L，得到超聲預處理時間對DMP浮選KCl和NaCl晶體回收率的影響趨勢，結果見圖5。由圖5可見，未對NaCl和KCl晶體進行超聲預處理時，0.17 g/L的DMP對NaCl的回收率為92.8%，KCl的回收率為11.4%。超聲預處理后，NaCl和KCl晶體的回收率均有所增加，NaCl和KCl回收率分別增加4.4%和2.8%。隨著超聲預處理時間的延長，NaCl和KCl晶體的回收率基本保持在一個穩定的水平。結合超聲預處理對NaCl和KCl晶體表面形貌的影響，推測超聲波作用使得NaCl和KCl晶體的表面變得更加粗糙，在一定程度上增加了無機鹽顆粒的表面積。這使得浮選過程中DMP和晶體顆粒的作用位點增多，從而使NaCl和KCl的浮選收率在經過超聲預處理后有所增大。

圖5 超聲預處理時間對NaCl、KCl的浮選回收率的影響

3 結論

本文研究了DMP濃度對NaCl、KCl和光鹵石在各自飽和鹽溶液中捕收行為的影響，以及在模擬浮選體系光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液、光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液的影響，初步考察了超聲預處理對NaCl和KCl捕收行為的影響。得出結論：1）在本實驗所選濃度范圍內，DMP對NaCl的捕收能力很強，對KCl有一定的捕收能力，對光鹵石幾乎不捕收；2）在光鹵石-NaCl-MgCl2飽和鹽溶液和光鹵石-KCl-MgCl2飽和鹽溶液模擬體系中，DMP對NaCl和KCl的捕收能力均有所下降；3）對NaCl和KCl晶體進行超聲預處理后，在DMP相同的條件下，低濃度DMP對NaCl和KCl的捕收能力有所增強，這可能因為超聲預處理之后NaCl、KCl晶體顆粒的表面粗糙化，增多了DMP與晶體的作用位點，使NaCl和KCl回收率增大。