三聚磷酸鈉對高石英含量磷礦浮選的抑制效果研究

羅王艷，周駿宏，郭澤華

（黔南民族師范學院 磷化工重點實驗室，貴州 都勻 558000）

我國磷礦資源雖然豐富，但磷礦品位并不高，平均w（P2O5）為17%左右［1-2］，且多為中低品位微細粒嵌布［3］的膠磷礦，即為呈膠態(tài)形式存在的磷灰石［4］，脈石礦物一般主要是白云石、石英［5］，其次為黏土礦物、絹云母、方解石、斜長石［6］等。目前浮選仍然是分離目標礦物和脈石礦物的主流手段，但也存在選別難度大、富集成本高［7］等問題，特別是石英含量較高的硅鈣質(zhì)磷礦浮選的難度大于鈣鎂質(zhì)磷礦［8］。浮選方式包括正浮選、反浮選及組合浮選，區(qū)別在于目標礦物膠磷礦是隨泡沫浮出還是保留在槽內(nèi)。浮選方式的選擇主要取決于浮選藥劑的組成，磷礦浮選藥劑一般包括捕收劑、起泡劑、調(diào)整劑（包括抑制劑、活化劑、介質(zhì)調(diào)整劑）、絮凝劑［9］等，其中對磷礦浮選影響最大的是捕收劑和抑制劑。磷礦浮選最常用的捕收劑是脂肪酸類陰離子捕收劑，但這種捕收劑存在溶解度低、選擇性差、耐硬水性差等不足［10］。因此，加強對新捕收劑、抑制劑的研究［11］具有重要意義。

三聚磷酸鈉是一種具有較強表面活性、分散能力、螯合能力、pH 緩沖能力的無機化合物，主要用于合成洗滌劑，可以促進洗滌劑中表面活性劑功效發(fā)揮并有助洗作用［12-14］。雖然鮮見三聚磷酸鈉應用于浮選的報道，但考慮到其特性，有望對浮選效果起到一定改善作用。為此，實驗采用油酸鈉和三聚磷酸鈉組成二元體系，用單因素法研究三聚磷酸鈉作為抑制劑對磷礦浮選的影響及抑制效果。

1 實驗方法

1.1 礦樣性質(zhì)

磷礦取自貴州甕安及四川會東，此兩種磷礦的化學組成見表1。

表1 磷礦主要成分分析 %

由表1 可知，兩種磷礦具有較高的石英成分。其中四川會東磷礦的w（SiO2）高達44.4%，貴州甕安磷礦的w（SiO2）高達24.1%。貴州甕安磷礦物相分析結(jié)果見圖1。

圖1 貴州甕安磷礦XRD譜圖

從圖1 可知，貴州甕安磷礦XRD 圖譜上最強峰位于2θ=31.99°處，d=2.795 nm，I=474 s-1，對應的是磷灰石（Ca5（PO4）3F），次強峰位于2θ=26.65°處，d=3.34 nm，I=431 s-1，對應的是石英，該磷礦屬于高石英含量的磷礦。

1.2 浮選藥劑及儀器

藥劑：油酸鈉（C17H33CO2Na），三聚磷酸鈉（Na5P3O10），氫氧化鈉，均為分析純。

儀器：單槽浮選機，型號XFDIV0.5，轉(zhuǎn)速為1 992 r/min。

1.3 實驗方法

在干凈的燒杯中加入去離子水200 mL，然后加入抑制劑溶解，再加入油酸鈉0.14 g，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，最后加入實驗礦物10 g，攪拌后倒入單槽浮選機中進行浮選，泡沫產(chǎn)品及槽內(nèi)產(chǎn)品分別抽濾、干燥、檢測。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 無抑制劑時的浮選

浮選效果除了與藥劑種類、藥劑濃度、固液比有關(guān)外，還與pH 有密切關(guān)系。由于油酸鈉本身呈現(xiàn)一定的堿性，質(zhì)量分數(shù)為1%的三聚磷酸鈉水溶液的pH 約為10，為了消除pH 變化對浮選的干擾，并掌握單獨油酸鈉存在時礦物浮選與pH 的關(guān)系，先進行了不加入三聚磷酸鈉的浮選實驗。

取一定量的油酸鈉于去離子水中溶解配制成一定濃度油酸鈉溶液，分別對石英、精礦、尾礦、白云石進行浮選，并用氫氧化鈉調(diào)整pH，探究單一礦物在不同pH條件下的上浮效果，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 石英、精礦、尾礦、白云石在不同pH下的上浮率

實驗結(jié)果表明，代表磷礦中各種礦物組成的單一礦物在油酸鈉的作用下表現(xiàn)差異很大，并且受pH 的影響也各不相同。在pH 等于7 時，白云石上浮率最高，達62%，此后隨著pH 升高，白云石的上浮率逐漸下降，到pH為10時甚至下降到零。石英的上浮率類似于白云石，不過變化平緩，在pH等于7 時，上浮率為38.9%，到pH 為9 時降為27.7%。而精礦的上浮率剛好相反，在pH為7時上浮率為3.8%，隨著pH的上升其上浮率反而慢慢升高，到pH 為10 時上浮率為23.3%。據(jù)此，可以選擇適合的pH條件選擇性分離礦物。

2.2 有抑制劑時的浮選

2.2.1 對單一礦物的浮選

為了研究三聚磷酸鈉作為新無機抑制劑對磷礦中各種礦石組分的抑制效果，在油酸鈉用量不變條件下，在25 ℃下進行單次浮選實驗，浮選時間10 min，分別考察三聚磷酸鈉加入量為0、0.45、0.90、1.35 g時對各種礦的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，單一礦物上浮率受三聚磷酸鈉的影響各不相同。石英、白云石的上浮率通常較高，而且隨著抑制劑三聚磷酸鈉的加入量增加其上浮率呈增加趨勢（略有波動）。方解石在單獨油酸鈉存在時上浮率為零，而加入抑制劑三聚磷酸鈉后，上浮率增幅最大。磷精礦（w（P2O5）為31.5%）的上浮率剛好相反，不加抑制劑前上浮率為14.5%，抑制劑加入量為0.45 g時上浮率下降到0，增加抑制劑用量到0.90 g后上浮率回升到5.6%，抑制劑用量增加到1.35 g時上浮率升到8.1%。總體來說，三聚磷酸鈉對磷精礦具有明顯的抑制上浮作用，而對石英及白云石不具抑制作用反而是增效作用。

圖3 單一組成礦物在三聚磷酸鈉作用下的上浮率

2.2.2 對實際磷礦的浮選實驗

以上實驗采用簡化及理想化的方式，用單一礦物進行實驗，但是實際的情況可能更加復雜，為了驗證上述實驗結(jié)果，需要繼續(xù)采用實際的磷礦石進行相同的實驗。據(jù)此，采用來自貴州甕安及四川會東的2種磷礦進行相同條件的浮選實驗，結(jié)果見表2。

表2 三聚磷酸鈉對實際磷礦浮選的影響

由表2 可知，在沒有加入抑制劑三聚磷酸鈉，僅有油酸鈉的情況下，浮選得到的泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品的五氧化二磷含量差異非常小，也就是說，光靠油酸鈉，對該種磷礦基本沒有分離效果。加入三聚磷酸鈉抑制劑1.35 g后，分離效果非常明顯，泡沫產(chǎn)品中w（P2O5）下降到12.20%（貴州甕安）、15.23%（四川會東），而槽內(nèi)產(chǎn)品w（P2O5）上升到19.04%（貴州甕安）、24.65%（四川會東），說明三聚磷酸鈉對實際礦物的抑制效果穩(wěn)定，可實現(xiàn)礦物的選擇性分離。

3 結(jié)論

（1）三聚磷酸鈉具有優(yōu)良的表面活性及分散能力，并具有將溶液pH 維持在8 ～10 的良好緩沖能力，加上獨具的螯合能力和協(xié)同作用，使其具有改變固體顆粒表面性質(zhì)的效能，適合堿性條件浮選體系的組分抑制。

（2）單一礦物石英、白云石、磷精礦在單組分的油酸鈉浮選體系中，隨著溶液pH 的變化，其上浮率變化趨勢差異較大，白云石及石英在pH 升高時上浮率下降，磷精礦在pH 升高時上浮率上升，反映了不同礦物在油酸鈉形成的微泡沫體系中具有不同的顆粒表面特性。

（3）三聚磷酸鈉作為浮選抑制劑能選擇性地抑制磷精礦顆粒在微泡沫體系中的上浮而不影響石英及白云石的正常上浮，從而實現(xiàn)浮選分離。在實驗條件下（常溫、10 min、單次），原礦w（P2O5）19.6%，一次性反浮選后得到精礦w（P2O5）24.65%、泡沫產(chǎn)品w（P2O5）15.23%，浮選分離效果明顯，遠遠優(yōu)于無抑制劑三聚磷酸鈉的對照結(jié)果，說明三聚磷酸鈉作為高硅磷礦浮選的無機抑制劑具有較好的應用前景和研究價值。