磁化對油酸鈉溶液物化性質(zhì)和礦物浮選的影響

周文波 李 賽 陶黎明 李青青 余 凡 張 力

（1.省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室，湖北武漢430081；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北武漢430081）

油酸常作為浮選藥劑，在選礦中廣泛應用。但油酸不易溶解和分散，選擇性差，不耐硬水和低溫，用量卻較大。因此大量科研人員對如何提高油酸的捕收性能進行了探究。王宇斌等[1]發(fā)現(xiàn)電化學預處理能夠提高油酸根離子和白云母相互作用的概率，增加油酸鈉的捕收性能。

浮選是一種物理和化學過程，若所加入藥劑的物化性質(zhì)發(fā)生改變，會影響浮選結(jié)果。而非鐵磁流體在磁場作用下，可使流體的某些物化性質(zhì)發(fā)生變化，甚至能提高生產(chǎn)效率和使用效率[2-3]。因此，許多研究人員在浮選中采用了磁化處理技術(shù)來提高浮選指標。有研究報道[4-6]：水經(jīng)過磁化處理后，其pH、吸光度、電導率、Zeta電位、表面張力、顆粒在水中的分散性和黏結(jié)性等性質(zhì)都發(fā)生一定程度的變化。邊炳鑫[7]和邱廷省[8]等發(fā)現(xiàn)，磁化處理后明顯影響藥劑的捕收性能。磁化處理技術(shù)操作簡單快捷，投資成本低，因此具有很大的潛在價值。

本論文探索了油酸鈉經(jīng)過磁化處理后，油酸鈉溶液的pH值、吸光度、表面張力和電導率等物化性質(zhì)的變化，以及對方解石和螢石浮選效果的影響。

1 試樣、藥劑與設(shè)備

1.1 試樣、藥劑及儀器

方解石來自安徽（CaCO3的含量為99.52%），螢石來自江西（CaF2的含量為99.31%）。方解石經(jīng)行星球磨機磨細，篩分得到37～106 μm的礦樣。螢石礦物經(jīng)手選塊礦，對輥破碎，瓷磨機磨細，篩分得到37～106 μm的礦樣。

試驗用水均為去離子水；調(diào)整劑為氫氧化鈉，分析純；捕收劑為油酸鈉，化學純，配置成濃度為5 mmol/L的溶液使用。

1.2 磁化裝置

磁化裝置采用Nd-Fe-B磁鐵塊，其示意圖如圖1所示。Nd-Fe-B中心磁感應強度與磁鐵塊距離之間的關(guān)系如表1所示。

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1.3 試驗主要分析儀器

試驗所用到的主要分析和測量儀器：PHS-3C精密pH計、JA2003型精密電子天平、Zetasizer NanoZs90型Zeta電泳儀、UV-1100型紫外可見光光度計、JK99C型全自動張力儀、DDSJ-319L型電導率儀以及FGC掛槽浮選機。

2 試驗方法

（1）磁化裝置的使用方法。通過調(diào)節(jié)磁鐵塊之間的間距來改變中心磁感應強度的大小，將裝有油酸鈉溶液的燒杯放在磁鐵中間，使攪拌器轉(zhuǎn)子浸沒在燒杯的水溶液中，調(diào)節(jié)電動攪拌器的速率，進行均勻攪拌。

（2）pH值和電導率測定。用PHS-3C型精密pH計分別測定油酸鈉溶液在不同磁化條件下的pH值，用DDSJ-319L型電導率儀測量油酸鈉溶液磁化處理前后電導率的變化，每組試驗測量3次，取平均值。

（3）吸光度測定。在分析波長225 nm下對不同磁化條件下的油酸鈉溶液進行吸光度測試。每組試驗測量3次，取平均值。

（4）表面張力測定。取少量油酸鈉溶液到表面張力儀測量皿內(nèi)，利用JK99C型全自動張力儀，測量磁化前后油酸鈉溶液的表面張力，每個試驗樣品重復3次，取平均值。

（5）Zeta電位測定。取20 mg粒度為-5 μm的螢石或方解石純礦物于70 mL、pH=8的油酸鈉溶液中，溶液與礦物混合后攪拌10 min，靜置10 min，取其上清液注入Zetasizer NanoZs90型Zeta電泳儀樣品池中進行Zeta電位測定，每個試驗樣品重復3次，取平均值。

（6）浮選試驗。純礦物浮選試驗在FGC掛槽浮選機中進行，固定浮選機攪拌速度為1 680 r/min。每次稱取5.0 g粒度在37～106 μm的純礦物礦樣放入浮選槽，加入70 mL磁化后的油酸鈉溶液，與純礦物作用時間為2 min，刮泡5 min。泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別進行過濾、烘干、稱重，計算回收率。

（7）吸附量試驗。配置油酸鈉濃度為5×10-3mol/L的溶液，在波長為225 nm條件下測定不同濃度下油酸鈉溶液的吸光度，得到標準曲線。每次稱取1 g礦樣，加入一定體積的所需pH值水溶液，按浮選條件添加藥劑，根據(jù)試驗要求進行相應的磁化處理，攪拌10 min后過濾，通過測定濾液的吸光度計算油酸鈉在螢石表面的吸附量。

3 試驗結(jié)果與分析

通過磁化時間和磁感應強度單因素試驗，得到油酸鈉溶液在不同磁化條件下的pH值、吸光度、表面張力和電導率的試驗結(jié)果。試驗過程中，油酸鈉濃度為1.07×10-4mol/L；磁化時間為變量時，磁感應強度為320 mT；磁感應強度為變量時，磁化時間為10 min。

3.1 磁化對pH值的影響

油酸鈉溶液pH值隨磁化時間或磁感強度變化的影響結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：油酸鈉溶液經(jīng)磁化處理后，其pH值增大；隨著磁化時間的延長，pH值的變化先增加后降低，磁化時間為10 min時，pH值提高到最大值為8.53，說明短時間的磁化作用藥劑就能影響溶液中的電離水解平衡，進而影響溶液的pH值，隨著磁化時間的增加，溶液中的電離水解平衡又向相反的平衡轉(zhuǎn)換，pH值降低；在磁感應強度條件試驗中，隨著磁感應強度的增加，pH值逐漸增加，在一定范圍內(nèi)，磁感應強度越大，對溶液中的電離水解平衡影響越明顯。

3.2 磁化對吸光度的影響

油酸鈉溶液吸光度隨磁化時間或磁感強度變化的影響結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知：油酸鈉溶液經(jīng)磁化后，其吸光度值明顯增加；磁化時間為10 min時，油酸鈉溶液的吸光度由0.646增加到最大為0.759；在磁感應強度試驗中，磁感應強度為320 mT時，油酸鈉溶液吸光度增加了0.113。吸光度的增加表明磁化影響了溶劑的變化，磁化作用使得液態(tài)油酸含量增加，當液態(tài)的油酸增加到一定值，隨著磁化時間的增大，液態(tài)的油酸向著溶液態(tài)的油酸平衡進行，吸光度降低。

3.3 磁化對表面張力的影響

油酸鈉溶液表面張力隨磁化時間或磁感應強度變化的影響結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：油酸鈉溶液的表面張力隨著磁化時間的增加而先降低后增加，但總體明顯降低，在磁化時間條件試驗中，磁化時間為10 min時，其表面張力從未磁化的49.56 mN/m減小到35.12 mN/m；隨著磁感應強度的增加，油酸鈉溶液的表面張力逐漸減小；磁感應強度為320 mT時，油酸鈉溶液的表面張力由未磁化時的49.56 mN/m下降至35.12 mN/m。表面張力的降低，表明磁化降低了溶液中分子之間的相互作用力，磁場的作用，影響了分子的極性，磁化時間較短時，磁場作用使得正負粒子朝相反方向運動，變化明顯，隨著磁化時間的增加，磁場的作用力與正負粒子之間的作用力達到平衡，影響分子的極性程度發(fā)生變化。

3.4 磁化對電導率的影響

油酸鈉溶液電導率隨磁化時間或磁感強度變化的影響結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知：油酸鈉溶液的電導率隨著磁化時間的增加先提高后降低；在磁化時間條件試驗中，磁化時間10 min時，油酸鈉溶液的電導率從未磁化時的27.7 μS/cm增加到最大值，為29.4 μS/cm；在磁感應強度條件試驗中，隨著磁感應強度的增加，油酸鈉溶液的電導率逐漸增加，在磁感應強度為320 mT時，電導率最高，為29.4 μS/cm。電導率的增加，表明磁化使溶液中離子濃度增加，磁化使pH值增大，H+濃度減少，電離平衡向右移，油酸陰離子濃度也隨之增加。但當增加到一定值時，電離反應朝著相反方向進行，離子濃度降低，電導率降低。

3.5 Zeta電位測量試驗結(jié)果

在磁化時間為10min條件下，磁感應強度的改變對方解石和螢石礦物Zeta電位的影響如圖6所示。

由圖6可知：方解石和螢石的Zeta電位絕對值隨著磁感應強度的增加而降低；在磁感應強度為320 mT時，方解石和螢石的Zeta電位絕對值從未磁化的40.92 mV和48.89 mV分別降至38.02 mV和41.48 mV；在此磁化過程中方解石的Zeta電位（負電性）降低了2.90 mV，螢石的Zeta電位（絕對值）降低了7.41 mV。

3.6 浮選試驗結(jié)果

磁化時間、磁感應強度的變化對方解石和螢石礦物浮選回收率的影響如圖7所示。

由圖7可知：隨著磁化時間的增加，方解石和螢石的浮選回收率先升高后降低，但是回收率較未磁化時明顯增加，在磁化時間為10 min時，方解石和螢石的浮選回收率分別從74.34%和80.92%增加到最大，為94.11%和93.73%；隨著磁感應強度的增加，方解石和螢石的浮選回收率逐漸增加，在磁感應強度為320 mT時，方解石和螢石回收率較未磁化時分別提高了19.77和12.81個百分點。

3.7 機理分析

3.7.1 溶液化學分析

油酸的溶解度S為10-7.6mol/L，在通常浮選用量下，礦漿中油酸鈉的濃度均大于其溶解度，此時，水溶液中溶解的油酸 HOl（aq）與不溶液態(tài)油酸 HOl（l）間形成飽和溶液，根據(jù)溶液化學原理[9]，油酸鈉水溶液中存在的化學平衡反應如下所示。

計算可得不同pH值下的各組分濃度，如圖所8示。磁化后，油酸鈉溶液的pH值增加，促進了油酸鈉的電離，使得陰離子的濃度增加，溶液中的油酸根離子數(shù)目的增多，使得溶液的電導率增大。

磁化前后，溫度、油酸鈉的濃度無變化，因此，磁化后，油酸鈉吸光度的改變是由于磁場影響了溶劑的性質(zhì)，使不溶液態(tài)的HOl（l）增多，油酸鈉溶液的吸光度增加[10]。磁化后，溶劑分子內(nèi)部的極性發(fā)生變化，使其將溶液表面的空間大量占據(jù)，提高了油酸鈉溶液的疏水性，使得油酸鈉溶液的表面張力降低。

在方解石和螢石礦漿中，礦物表面均有Ca2+解離出來，磁化處理能促進油酸鈉的電離，使得油酸根離子數(shù)目增加，因此油酸鈉對于方解石和螢石的捕收能力增強，化學吸附反應加劇，導致礦物表面在溶液中電離出的離子大量減少，2種純礦物的Zeta電位（絕對值）降低。

3.7.2 磁化對礦物表面吸附量的影響

磁化時間、磁感應強度的變化對油酸鈉在方解石和螢石礦物表面吸附量的影響如圖9所示。

由圖9可知：隨著磁化時間的增加，油酸鈉在礦物表面的吸附量先增加后趨于平緩，在磁化時間為10 min時，油酸鈉在方解石、螢石表面的吸附量達到最大，分別為1.1 mg/g、1.129 mg/g；隨著磁感應強度的增加，油酸鈉在方解石和螢石表面的吸附量逐漸增加，在磁感應強度為320 mT時，油酸鈉在方解石和螢石表面的吸附量增加量最大，分別為0.236、0.189 mg/g。這與前面浮選結(jié)果相一致，表明磁化使礦物表面的藥劑吸附量增加，提高礦物的浮選指標。

4 結(jié) 論

（1）在磁感應強度320 mT、磁化時間10 min條件下，磁化處理油酸鈉溶液后，油酸鈉溶液的pH值、吸光度和電導率較未磁化時分別增加了0.53、0.113和1.7 μS/cm，表面張力下降了14.44 mN/mT。

（2）磁化處理會提高油酸鈉的捕收性能，增強其與礦物的化學吸附能力。在磁感應強度320 mT、磁化時間10 min條件下磁化處理使方解石的Zeta電位絕對值降低了2.90 mV，使螢石的Zeta電位絕對值降低了7.41 mV。

（3）不同磁化條件會對油酸鈉的捕收效果產(chǎn)生不同影響。在磁感應強度320 mT、磁化時間10 min條件下磁化處理，方解石和螢石的浮選回收率分別從未磁化的74.34%和80.92%增加到94.11%和93.73%；方解石浮選回收率較未磁化時增加了19.77個百分點，螢石浮選回收率較未磁化時增加了12.81個百分點。

（4）磁化后，pH值的變化反映了磁化影響了油酸鈉在水溶液中的化學平衡反應，pH值的增大使水溶液中油酸根陰離子濃度增加，有利于與方解石、螢石表面Ca2+結(jié)合，吸附量試驗結(jié)果也證實了磁化使得礦物表面吸附的油酸根陰離子量增多。