捕收劑霧化對細粒礦物浮選性能的影響

陳忠玉，徐寒冰

（1.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦，廣東 韶關 512300；2.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

浮選過程離不開浮選藥劑的參與，各類型浮選藥劑中，捕收劑起著舉足輕重的作用［1］。捕收劑可以使礦物顆粒表面疏水性增加以及礦物與氣泡黏附得更緊密，通過改變礦物表面的性質，使礦物顆粒能更加有效率地與氣泡進行粘附，從而上浮實現目的礦物和脈石礦物分離［2，3］。有些捕收劑為油類捕收劑，其難溶于水，直接加入礦漿中，不能均勻地分散，導致與礦物吸附作用差，不能達到理想的浮選效果［4，5］。同時微細粒級礦物由于其具有粒度小、質量和動量小的特征，導致對藥劑選擇性吸附差，浮選回收率低。因而，在難溶性捕收劑條件下，用浮選法回收微細粒級礦物一直是選礦領域中亟待解決的難題之一［6，7］。

針對浮選領域某些藥劑難溶、難乳化分散以及微細粒難浮問題，開展了捕收劑霧化對細粒礦物浮選性能影響的試驗研究。選用石英為研究對象，對比了FX－6、ZL這兩種膏狀難溶捕收劑霧化和滴加兩種不同加藥方式對細粒石英浮選回收率的影響，并進行了霧化速率試驗、單礦物浮選試驗、吸附量測定試驗以及Zeta電位測試試驗。

1 礦樣制備

試驗所用單礦物為石英，經磨礦篩分后得到74～38μm、38～20μm、－20μm三個粒級的石英試樣，其單礦物的XRD衍射分析如圖1所示。由圖1可見，石英礦樣的XRD衍射圖基本沒有雜峰，石英的化學分析純度高。

圖1 石英礦樣XRD圖譜

2 試驗藥劑

試驗所用pH調整劑為氫氧化鈉和鹽酸，藥劑純度為分析純。

試驗所用捕收劑為FX－6和ZL。FX－6捕收劑是根據不同藥劑同時使用產生增效作用的原理，由多種脂肪酸按一定比例混合皂化改性而成，其浮選性能均高于組成中的任何單一組分。ZL捕收劑是一種長碳羥基皂化物的混合物，是根據藥劑的協同作用原理復配而成的多組分有機物，能與多種礦物形成絡合物，大幅提高礦物表面的疏水性。

3 捕收劑霧化速率測定

試驗所采用的霧化器為壓縮空氣式霧化器。取8 mL的FX－6、ZL捕收劑分別加入至霧化器的藥槽內，分別霧化10 min、15 min、20 min、25 min、30 min以及35 min后測量剩余藥劑量，作出捕收劑霧化量與霧化時間的關系圖，如圖2所示。

圖2 捕收劑霧化量與霧化時間的關系

由圖2可以得到兩種捕收劑霧化量的速率公式。

FX－6捕收劑的霧化速率：

ZL捕收劑的霧化速率：

式中：V為捕收劑的霧化速率／mL·min－1；t為霧化時間／min。

由此可知，這種壓力式霧化器對于兩種捕收劑的霧化速率大約在0.2 mL／min。

4 浮選試驗

4.1 不同粒級石英試樣浮選試驗

取74～38μm、38～20μm、－20μm三個粒級的石英試驗，在pH為7、浮選機轉速為1 680 r／min、捕收劑FX－6和捕收劑ZL用量分別為70 mg／L的條件下，進行浮選試驗，探究給礦粒度對浮選回收率的影響。其浮選結果如圖3和圖4所示。

圖3 捕收劑FX－6條件下給礦粒度對浮選回收率的影響

圖4 捕收劑ZL條件下給礦粒度對浮選回收率的影響

從圖3和圖4可以看出，給礦粒度對精礦回收率有比較大的影響。隨著給礦粒度的變化，兩種捕收劑分別經霧化后加入礦漿中和直接滴加入礦漿中進行浮選試驗的浮選回收率的變化是一致的。在給礦粒度小于20μm時，石英的浮選回收率明顯減小，由此可知，細粒石英礦物的可浮性較差。對于同一粒級的石英礦物，捕收劑進行霧化與捕收劑直接滴加相比，前者的浮選回收率要高一些，尤其是在細粒級時，捕收劑進行霧化后浮選回收率明顯得到了提高。

4.2 不同添加方式下捕收劑用量試驗

在pH為7、石英粒級為－20μm、浮選機轉速為1 680 r／min的條件下進行浮選試驗，探究捕收劑FX－6和ZL的用量在兩種不同加藥方式下對精礦回收率的影響。其結果如圖5所示。

從圖5可知，兩種捕收劑無論通過霧化還是直接滴加進礦漿，其用量對浮選回收率的影響趨勢是一樣的。FX－6用量在低于87.5 mg／L時，精礦浮選回收率隨著FX－6加入量增加而明顯提高，當FX－6用量增加到87.5 mg／L以后，精礦浮選回收率提高緩慢。使用ZL捕收劑浮選時，情況相似。對比于霧化和直接滴加兩種加藥方式，同等劑量時，霧化加入時的精礦回收率明顯高于直接滴加條件下的精礦回收率。當兩種捕收劑藥量增大到122.5 mg／L以后，兩種不同加藥方式下的精礦浮選回收率趨于相近。

圖5 不同捕收劑的用量時滴加和霧化對浮選回收率的影響

4.3 pH條件試驗

在石英試樣粒級為－20μm，浮選機轉速為1 680 r／min，分別加入87.5 mg／L的捕收劑FX－6和ZL的條件下，探究pH在不同加藥方式時，對浮選回收率的影響。其結果如圖6所示。

圖6 pH在不同加藥方式下對浮選回收率的影響

從圖6可以看出，對于FX－6捕收劑來說，pH的改變對石英單礦物的浮選回收率的影響較大。對于霧化和滴加兩種添加方式，石英單礦物浮選回收率隨pH的變化的趨勢是一致的。在pH為10之前，隨著pH的增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率都逐漸增加；在pH為10之后，隨著pH增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率都迅速下降。對于ZL捕收劑來說，在pH為7～11時，單礦物石英的浮選回收率與pH呈現負相關。在pH為9之前，隨著pH的增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率減少的速度比較緩慢；在pH為9之后，隨著pH增加，兩種藥劑添加方式的精礦回收率下降的速度明顯加快。兩種捕收劑浮選中，在同一pH條件下，捕收劑霧化后加入礦漿中的浮選效果都比捕收劑直接滴加的好。

5 不同添加方式下捕收劑在礦物表面吸附量

通過在礦物表面吸附，捕收劑可以使礦物表面的疏水性發生變化，從而影響浮選效果。FX－6、ZL在石英表面的吸附量采用剩余濃度法來測定。測定捕收劑與礦物作用后的殘余液中捕收劑的濃度，再計算作用前后的濃度差。由此，對藥劑在礦物表面的吸附量進行計算。

5.1 不同添加方式下FX－6在礦物表面吸附量測定

測定吸光度前，須確定FX－6的吸收特征峰。經試驗測定，FX－6捕收劑在波長為233 nm處有一較大吸收特征峰，即FX－6的吸光度最大波長為233 nm。在波長為233 nm時，繪制吸光度標準曲線如圖7所示。由圖7可知，在波長為233 nm時，FX－6用量和吸光度關系幾乎為直線，FX－6的R2＝0.997 8，擬合程度好，符合真實吸附情況。FX－6捕收劑用量與礦物表面吸附量的關系如圖8所示。

圖7 FX－6捕收劑用量與吸光度的標準曲線

由圖8可以看出，隨著FX－6用量的增加，霧化和滴加的吸附量近似于線性，且隨著FX－6用量的增加，礦物吸附量也增加，這和之前FX－6用量浮選試驗結果吻合。FX－6通過在礦物表面吸附，可以改變礦物表面的疏水性，從而影響浮選效果。吸附量越大，說明礦物表面吸附的藥劑越多，礦物疏水性越強，從而浮選回收率越高。吸附量試驗從表面吸附的角度很好地解釋了捕收劑用量的浮選試驗結果。同時，在FX－6用量一樣的條件下，霧化的吸附量都高于滴加。

圖8 FX－6用量與礦物表面吸附量的關系

5.2 不同添加方式下ZL在礦物表面吸附量測定

測定的ZL捕收劑同樣在波長為233 nm處有一較大吸收特征峰。在波長為233 nm時，繪制吸光度標準曲線圖9。ZL捕收劑用量與礦物表面吸附量的關系如圖10所示。

由圖9可見，在波長為233 nm時，ZL捕收劑用量和吸光度關系幾乎為直線，ZL的R2＝0.999 2，擬合程度好，符合真實吸附情況。

圖9 ZL捕收劑用量與吸光度的標準曲線

由圖10可見，ZL用量與礦物表面吸附量的關系和FX－6的趨勢大致是一樣的。ZL捕收劑也是隨著用量增加，霧化和滴加的吸附量近似于線性。并且，隨著ZL捕收劑用量的增加，礦物表面吸附量也增加，這驗證了之前ZL捕收劑用量的浮選試驗的結果。同樣，在ZL用量一樣的條件下，霧化的吸附量都高于滴加。

圖10 ZL用量與礦物表面吸附量與的關系

6 不同捕收劑加藥方式下pH對礦物Zeta電位的影響

在FX－6和ZL用量分別為87.5 mg／L的條件下，用電泳儀測量了礦物表面電位，研究在不同pH條件下，礦物表面電位的變化。其結果如圖11所示。

由圖11可知，對于FX－6捕收劑的溶液體系，單礦物石英的Zeta電位隨著pH增加，礦物表面電位的絕對值越大。pH從7至10，礦物表面電位的絕對值增長速度比較緩慢，從pH為10以后，礦物表面電位的絕對值增長速度變大。產生這種情況的原因是FX－6捕收劑是陰離子捕收劑，吸附在細粒石英單礦物表面，使礦物表面電位變低。這也說明了吸附在礦物表面的藥劑量越多，礦物表面疏水性越強，浮選回收率越高。對于ZL捕收劑的溶液體系，隨著pH值的增加，礦物表面電位的絕對值反而越來越小。礦物表面電位的絕對值越小，體系越不穩定，即溶解或分散可以抵抗聚集。ZL捕收劑霧化后加入礦漿進行浮選試驗的礦物表面電位的絕對值都比直接滴加的大。這也從礦物顆粒層面，解釋了pH對浮選回收率的影響。

圖11 不同捕收劑加藥方式下pH對單礦物石英Zeta電位的影響

7 結 論

以單礦物石英為礦樣，從給礦粒度、FX－6和ZL捕收劑用量、pH值這三個方面研究捕收劑霧化和滴加兩種方式對浮選效果的影響，并采用吸附量測量和Zeta電位測定探究了藥劑的作用機理，得出以下結論：

對于FX－6和ZL兩種捕收劑，使用同樣的用量或在同一pH值條件下，捕收劑霧化的浮選效果明顯比直接滴加要好；細粒級石英單礦物的可浮性比粗粒級的差，與粗粒級石英礦物相比，捕收劑霧化對浮選細粒級石英礦物的效果更好；礦物表面吸附量會隨著捕收劑用量的增加而增加，且在捕收劑用量一樣的條件下，藥劑霧化后在礦物表面的吸附量比滴加的吸附量高。

由此可見，對于捕收劑難溶于水、細粒級難浮的問題，將捕收劑進行霧化處理后使用，使捕收劑的液滴粒徑變小，促進捕收劑更均勻地分散在礦漿中與細粒礦物作用，從而使細粒礦物顆粒與氣泡充分碰撞，增加了細粒礦物顆粒在氣泡表面上的粘附，從而提高細粒礦物的浮選回收率。