礦物表面清洗技術應用研究

紀國平 王亞洲

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

前言

目前，中國已開采利用的長石主要產于偉晶巖（或偉晶花崗巖）中，如山東新泰長石礦、湖南衡山縣鈉長石礦、臨湘縣團灣長石礦等，另有一部分長石產于風化花崗巖（如云南個舊長石礦、安徽宿松縣涼亭河礦等）、細晶巖（如安徽鳳陽圍山礦）、熱液蝕變礦床（如安徽宿縣乾山礦）及長石質砂巖（如安徽祁門縣伊坑礦等）。此外，其他礦石選礦過程中綜合回收長石也是長石生產的來源之一[1]。

長石中一般賦存的主要雜質是石英，也有其他雜質礦物，包括含鐵礦物、云母、石榴石、電氣石等，因此一般需要對長石礦進行選礦[2]。長石與含鐵礦物、云母、石榴石、電氣石分離均有較為成熟的環境友好型工藝，而長石與石英的分離卻相對較為復雜[3]。

長石與石英浮選分離方法經歷了三個發展階段：有氟有酸法（即氫氟酸法）、無氟有酸法（即在酸性礦漿環境中浮選的方法）、無氟無酸法（即在堿性或中性礦漿環境中浮選的方法）[4]。目前國內長石與石英浮選分離方法主要為無氟有酸法，而無氟無酸法仍處于研究過程中。

長石和石英礦物表面電位均較低，采用鐵介質磨礦，表面會吸附大量鐵微末，但是，其吸附牢度卻有較大區別。利用吸附牢度差異，對其表面進行差異性清洗，擴大它們表面性質差別，將有助于浮選分離[5]。

本文以國內某花崗偉晶巖型鋰輝石礦浮選尾礦為研究對象，介紹了通過中性礦漿條件下礦物表面清洗技術實現長石與石英在堿性礦漿條件下無氟浮選分離的研究成果。

1 原料性質

國內某花崗偉晶巖型鋰輝石礦浮選尾礦，浮選脫除云母后的產品為本項目試驗原料。

1.1 化學組成

表1 原料氧化物全分析結果 %

由表1可以看出，原料氧化鉀和氧化鈉含量分別為3.68%和3.48%，氧化鉀和氧化鈉含量比值接近1。

1.2 主要礦物相對含量

原料各礦物組分相對含量詳見表2。

表2 原料各主要礦物相對含量 %

由表2 可以看出，原料主要成分是石英、鈉長石和鉀長石，三者含量之和達到96%以上，金屬礦物含量很低。

1.3 單體解離度分析

原料單體解離度見表3，細度為-0.074mm 占75%。

表3 原料主要礦物單體解離度分布 %

由表3可以看出，石英和長石單體解離度均達到98%以上。

2 選礦試驗

2.1 試驗原則流程

長石和石英礦物表面電位均較低，零電點一般為2 左右。而鐵介質磨礦過程中產生的鐵微末一般表面電位都相對較高，傾向于吸附在長石和石英礦物表面，使長石和石英表面性質同質化，導致浮選分離困難。而鐵介質微末吸附在長石和石英表面牢度有較大區別，因此，通過清洗擴大長石和石英表面性質差異是浮選分離的有效手段。

介于石英和長石表面鐵微末在磨礦和浮選過程很容易發生氧化，生成鐵氧化物，因此，開發出兩種性質不同的清洗劑，分別為XJ201 和XJ88，XJ201 適宜清洗礦物表面鐵微末和亞鐵礦物微末，XJ88 適合清洗鐵氧化物微末。

原料清洗之后采用環烷酸皂作為捕收劑，浮選工藝除去雜質，然后采用氫氧化鈉、碳酸鈉和硫化鈉調漿，氧化石蠟皂作為捕收劑，浮選石英，槽內產物為長石。

2.2 礦物表面清洗工藝研究

礦物表面清洗工藝參數主要包括清洗劑種類、清洗時間、清洗劑用量、清洗過程礦漿攪拌強度和被清洗礦漿性質幾方面。

2.2.1 清洗時間對浮選指標影響

清洗過程攪拌工序通過變速浮選機完成。添加調整劑碳酸鈉500g/t，攪拌均勻后添加兩種清洗劑XJ201 和XJ88，XJ201 清洗劑用量200g/t，XJ88 清洗劑用量100g/t，控制清洗過程浮選機轉速1800轉/分，變化清洗時間。清洗結束后，采用環烷酸皂作捕收劑，用量100g/t，浮出易浮雜質。石英和長石分離浮選采用碳酸鈉、氫氧化鈉和硫化鈉作調整劑，氧化石蠟皂作捕收劑，其中碳酸鈉用量1000g/t，氫氧化鈉用量500g/t，硫化鈉用量1000g/t，氧化石蠟皂用量1000g/t，試驗結果見圖1、圖2和圖3。

圖1 攪拌時間對易浮產品的影響

圖2 攪拌時間對石英產品的影響

圖3 攪拌時間對長石產品的影響

由圖可以看出，清洗時間對易浮雜質、石英和長石產品影響非常顯著。

（1）對易浮雜質而言，隨著攪拌時間增加，產率減少，鋁品位（長石含量，下同）下降，鋁損失率（長石損失率，下同）下降。

（2）對石英產品（粗精礦）而言，隨著攪拌時間增加，石英粗精礦產率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少。

（3）隨著攪拌時間增加，長石精礦產率增加，長石精礦品位先增加，后減少，長石精礦鋁回收率增加。

試驗結果分析：浮選易浮雜質的作業是在中性條件下進行的，主要活性物是含鐵物質，隨著清洗時間增加，長石和石英表面鐵質微末被清洗的更干凈，其被環烷酸皂捕收的能力大幅降低，因此，隨著攪拌時間增加，易浮雜數量大幅下降；又因為石英吸附鐵質微末比長石強，因此，長石浮游速度下降幅度更快。石英和長石分離作業隨著長石和石英表面鐵質微末被清洗的更干凈，表面活性物減少，石英產品產率下降，長石產品產率增加；又因為長石礦物表面被清洗速度快于石英礦物表面，因此石英產品隨著清洗時間增加，鋁品位下降，鋁損失率下降。

2.2.2 XJ201清洗劑用量對浮選指標影響

清洗劑用量也是影響清洗工藝的主要因素。變化XJ201清洗劑用量，清洗時間20分鐘，其它與清洗時間試驗相同。試驗結果見圖4、圖5和圖6。

圖4 XJ201用量對易浮產品的影響

圖5 XJ201用量對石英產品的影響

圖6 XJ201用量對長石產品的影響

由圖4、圖5 和圖6 可以看出，XJ201 清洗劑用量對分離浮選影響也較顯著。

（1）對易浮雜質而言，隨著XJ201用量增加，產率先減少，然后增加，鋁品位和鋁損失率先減少，然后增加；

（2）對石英產品（石英粗精礦）而言，隨著XJ201用量增加，產率減少，鋁品位下降，鋁損失率減少；

（3）對長石產品（長石粗精礦）而言，隨著XJ201用量增加，產率增加，鋁品位先增加，后減少，鋁回收率增加。

試驗結果分析：隨著XJ201 用量增加，易浮作業首先表現為清洗作用，但是用量過大，則清洗作用下降，表現出一定的捕收作用。顯然，適量的XJ201 清洗劑，清洗功能明確，但是，XJ201 清洗劑過量，則清洗功能弱化，捕收功能增加。對石英和長石分離作業，易浮作業添加的XJ201 都顯示為清洗作用，這與過量XJ201 清洗劑基本在易浮作業進入雜質泡沫產品有關。

2.2.3 XJ88清洗劑用量對浮選指標影響

變化XJ88 清洗劑用量，清洗時間20 分鐘，其它與清洗時間條件試驗相同。試驗結果見圖7、圖8和圖9。

圖7 XJ88用量對易浮產品的影響

圖8 XJ88用量對石英產品的影響

圖9 XJ88對長石產品的影響

由圖7、圖8和圖9可以看出，XJ88清洗劑用量對分離浮選影響也較顯著。

（1）對易浮雜質而言，隨著XJ88 用量增加，易浮雜質產率先減少，然后增加，鋁品位和鋁損失率先減少，然后增加；

（2）對石英產品而言，隨著XJ88 用量增加，石英粗精礦產率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對長石產品而言，隨著XJ88 用量增加，長石精礦產率增加，長石精礦品位先增加，后減少，長石精礦鋁回收率增加。

試驗結果分析：試驗結果表現的圖形與XJ201用量相似，其產生的原因也雷同。

2.2.4 清洗工序礦漿攪拌強度對浮選指標影響

變化清洗攪拌轉速，清洗時間20分鐘，其它與清洗時間條件試驗相同。試驗結果見圖10、圖11和圖12。

圖10 攪拌強度對易浮產品的影響

圖11 攪拌強度對石英產品的影響

圖12 攪拌強度對長石產品的影響

由圖10、圖11 和圖12 可以看出，清洗過程攪拌強度對試驗結果影響顯著。

（1）對易浮雜質產品而言，隨著攪拌強度增加，易浮雜質產率減少，鋁品位和鋁損失率減少；

（2）對石英產品而言，隨著攪拌強度增加，石英粗精礦產率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對長石產品而言，隨著攪拌強度增加，長石精礦產率增加，長石精礦品位先增加，后減少，長石精礦鋁回收率增加。

試驗結果分析：顯然，隨著清洗過程攪拌強度加大，清洗效率增加。但是，清洗效率過高，縮小了石英和長石礦物表面鐵質微末吸附量差異，導致石英和長石礦物表面性質趨于同質化，石英產品上浮量大幅減少，石英和長石分選速度降低。

2.2.5 清洗作業碳酸鈉用量對浮選指標影響

變化清洗工序碳酸鈉用量，清洗時間20分鐘，其它與清洗時間條件試驗相同。試驗結果見圖13、圖14和圖15。

由圖13、圖14 和圖15 可以看出，清洗作業碳酸鈉用量對試驗結果影響顯著。

（1）對易浮雜質產品而言，隨著碳酸鈉用量增加，易浮雜質產率減少，鋁品位和鋁損失率減少；

（2）對石英產品而言，隨著碳酸鈉用量增加，石英粗精礦產率減少，石英粗精礦中鋁品位下降，石英粗精礦中鋁損失率減少；

（3）對長石產品而言，隨著碳酸鈉用量增加，長石精礦產率增加，長石精礦品位先增加，后減少，長石精礦鋁回收率增加。

試驗結果分析：隨著清洗作業碳酸鈉用量增加，清洗效率大幅增加，但是，碳酸鈉過量會縮小石英和長石表面性質差異，長石和石英分選速度降低。

圖13 碳酸鈉用量對易浮產品的影響

圖14 碳酸鈉用量對石英產品的影響

圖15 碳酸鈉用量對石英產品的影響

2.3 閉路試驗結果

根據原料鉀長石與鈉長石含量比例估算，長石精礦純度達到93.5%，石英精礦純度達到89%左右。根據長石精礦化驗結果，其中氧化鉀含量與氧化鈉含量之和為13.1%。

圖16 閉路試驗流程圖

表4 閉路試驗結果

3 結語

（1）鐵介質磨礦會導致磨礦產品中長石和石英礦物表面吸附鐵質微末，通過XJ201 和XJ88 兩種礦物表面清洗劑對長石和石英礦物表面進行清洗，使長石和石英礦物表面存在吸附差異，然后在堿性條件下分離長石和石英，可以獲得較好指標。

（2）清洗時間、清洗劑用量、清洗強度和碳酸鈉用量是影響清洗過程的主要參數。增加清洗時間、清洗強度和碳酸鈉用量，有利于減少長石在易浮雜質和石英中的損失率，不利于石英浮游速度；清洗劑用量過量，可以減少長石在石英產品中的損失率，不利于降低長石在易浮雜質中的損失率和石英浮游速度。