氯化鈉改善微晶石墨浮選指標的選礦實驗

駱任 ，陳代熊 ，趙玉卿

（1. 湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410015；2. 青海省地質礦產測試應用中心，青海 西寧 810008）

石墨是一種具有晶質結構的非金屬礦物原料，根據結晶形態的不同，通常分為隱晶質（微晶）石墨和晶質石墨兩種。我國是石墨儲量大國，微晶石墨儲量約占全國總儲量的32%[1]。目前我國微晶石墨的利用現狀為儲存量大但深度開發利用率低，很多企業直接售賣高品位原礦石或者將原礦進行初級加工后售賣初級產品，使得資源回報率較低[2]。微晶石墨若要提高價值就必須進行深度提純，主要有效方法為化學提純法。由于原礦直接化學提純成本較高，因此對原礦進行預提純是降低其成本的主要途徑，而浮選是目前采用最廣泛的預提純方法[3-5]。

微晶石墨單體礦物嵌布粒度極細且通常與脈石礦物緊密連生，必須采用細磨才能實現單體解離。在細磨過程中脈石礦物泥化而覆蓋在泡沫上與石墨形成物理聚合體，導致微晶石墨浮選提純效果不理想[6]，特別是因為固定碳含量越高就需要越多的起泡劑，使得浮選泡沫粘度就越高，泡沫產品中物理夾帶越嚴重，因此研究如何有效降低起泡劑用量、改善浮選泡沫質量對提高微晶石墨浮選指標具有重要意義[7]。

1 研究機理

根據雙電層理論，隨著溶液中電解質濃度的增大，帶相反電荷的離子進入緊密層的幾率增加，溶液中顆粒的外界面與溶液本體之間的電勢差減小，雙電層變薄[8]。此外，電解質離子能夠影響礦物顆粒界面水結構、礦物顆粒與氣泡的性質以及兩者間的相互作用，阻止氣泡的聚結行為，減小氣泡的尺寸[9]。在泡沫浮選體系中，無機鹽離子會對泡沫的穩定性產生影響，提高無機鹽的濃度會使泡沫變得均勻且光滑，無機鹽離子與表面活性劑作用形成復合膜，阻礙液膜排液和氣泡間氣體的擴散，增強泡沫的穩定性[10]，而氯化鈉是一種來源廣、價格低、性質穩定、無毒的化工原料，為此，本文將主要研究氯化鈉對微晶石墨浮選指標的改善作用，以氯化鈉對氣-液兩相和氣-液-固三相體系中泡沫半衰期的變化為研究切入點，采用來自湖南郴州的微晶石墨礦石進行了實際礦石浮選實驗，證明了在微晶石墨浮選體系中添加氯化鈉可以有效強化浮選泡沫的穩定性，緩解因為單一起泡劑用量過大而導致的夾帶現象。

2 實驗研究

2.1 泡沫穩定性

泡沫穩定性主要是指泡沫從產生到消亡的維持時間，目前研究泡沫穩定性的方法包括：傾瀉法、振蕩法、氣流法、攪拌聯合氣流法、電導率法、光學法和聲速法等[11]。氣流法因為具有簡潔易操作等優點，被廣泛用于泡沫穩定性測試中，泡沫半衰期則是該法評價泡沫穩定性的主要表征。

氣流法的研究方法為：漿料制備主要在1.5 L 敞口攪拌器內進行，制漿攪拌時間為5 min；然后每次采用虹吸管取料100 mL 至泡沫穩定性測試管，固定在0.1 MPa 壓力下充氣20 s 后記錄泡沫體積A，記錄當泡沫體積衰減到1/2 A 的時間T即為泡沫半衰期。

2.1.1 2#油體系下兩相泡沫穩定性

2#油又名復合高級醇，被廣泛用作礦物浮選的起泡劑。本次研究首先采用氣流法測定了不同濃度下2#油體系兩相泡沫的半衰期，測定結果見圖1。由圖1 可知，隨著2#油濃度的增大，泡沫的半衰期逐漸延長，當其濃度超過200 mg/L 之后，泡沫半衰期趨穩，達到21 s，以此條件下的泡沫半衰期作為對比數據進行后續研究。

圖1 2#油體系下兩相泡沫半衰期Fig.1 The half-life of two-phase foam in 2# oil system

2.1.2 2#油體系下氯化鈉對兩相泡沫穩定性的影響

在確定了純2#油體系下，當2#油濃度為200 mg/L 時即可獲得穩定的泡沫半衰期后，考查了在此濃度下不同氯化鈉用量對泡沫半衰期的影響，實驗結果見圖2。

由圖2 可知，氯化鈉的添加使泡沫的半衰期明顯延長。當氯化鈉用量超過25 g/L 后，半衰期有減小的趨勢，之后又趨穩。說明了氯化鈉的添加可以增加氣、液兩相體系中氣泡間的排斥力，使更多的表面活性劑分子積聚在氣-液界面，增加氣泡的表面活性和強度[23]。

圖2 氯化鈉對2#油體系下兩相泡沫半衰期的影響結果Fig.2 Effect of sodium chloride on the half-life of two-phase foam in 2# oil system

2.1.3 2#體系下氯化鈉對三相泡沫半衰期的影響

采用取自湖南郴州的微晶石墨樣品（固定碳含量61.35%）制備了濃度為15%的礦漿，固定起泡劑2#油用量為200 mg/L，氯化鈉用量為變量，研究氯化鈉對氣-液-固三相體系中泡沫半衰期的影響。實驗結果見圖3。

圖3 氯化鈉對2#油體系下三相泡沫半衰期的影響結果Fig.3 Effect of sodium chloride on the half-life of three-phase foam in 2# oil system

從圖3 可知，在微晶石墨、2#油、氯化鈉浮選氣-液-固三相體系中浮選泡沫的半衰期比2#油、氯化鈉氣-液兩相體系中要長。隨著氯化鈉用量的增加，泡沫的半衰期先上升后趨穩，說明氯化鈉的添加對延長微晶石墨浮選泡沫的半衰期有明顯的強化作用。

2.2 實際礦石驗證實驗

上述兩相及三相泡沫半衰期研究表明氯化鈉的添加有助于延長2#油體系下浮選泡沫的半衰期，但氯化鈉的添加能否降低實際礦石浮選作業中起泡劑的用量并改善浮選指標是本次研究的目的。為此，采用取自湖南郴州的微晶石墨樣品（固定碳含量61.35%）進行實際礦石浮選驗證實驗。

2.2.1 氯化鈉用量對浮選指標的影響

固定2#油用量，考察氯化鈉用量對浮選指標的影響。實驗流程及藥劑制度見圖4，實驗結果見圖5。

圖4 氯化鈉用量條件實驗工藝流程及藥劑制度Fig.4 Test process and reagent system of sodium chloride dosage conditions

圖5 氯化鈉用量條件實驗結果Fig.5 Test results of sodium chloride dosage conditions

從圖5 可知，隨著氯化鈉用量的增加，精礦中固定碳含量先上升后下降，固定碳回收率呈上升趨勢。在2#油用量200 g/t、氯化鈉用量110 g/t 時精礦中固定碳的含量達到83%、回收率達到64%；而在不添加氯化鈉時（氯化鈉用量為0 g/t），精礦中的固定碳含量和回收率均不理想，這說明氯化鈉的添加對改善浮選指標有明顯的作用。

2.2.2 2#油用量對浮選指標的影響

固定氯化鈉用量110 g/t，實驗工藝流程見圖4，實驗結果見圖6。

圖6 2#油用量條件實驗結果Fig.6 Test results of 2# oil dosage conditions

從圖6 可知，隨著2#油用量的增加，精礦中固定碳的含量呈下降趨勢，回收率先上升后趨穩。在2#油用量150 g/t 時精礦中固定碳的含量達到84%、回收率為65%，在此浮選指標下對比1.2.1 小節實驗結果可知，氯化鈉的添加可以延緩精礦中固定碳含量下降的速度，同時快速提升精礦中固定碳的回收率，并且有利于降低起泡劑2#油的用量（2#油用量降低了50 g/t）。

3 結 論

（1）在以2#油為起泡劑的氣-液兩相體系和加入微晶石墨的氣-液-固三相體系中，氯化鈉的添加可以延長泡沫的半衰期，半衰期隨著氯化鈉用量的增加而增加。

（2）在微晶石墨實際礦石浮選體系中，在2#油用量200 g/t、氯化鈉用量0 g/t 時，精礦中固定碳的含量僅為79%、回收率為56%；而在2#油用量150 g/t、氯化鈉用量110 g/t 時，精礦中固定碳的含量可達到84%、回收率達到65%。說明氯化鈉的添加可以明顯改善浮選指標，并降低起泡劑2#油的用量，這對于微晶石墨浮選工藝改進具有重要意義。