乙基黄药体系下分散剂对叶蛇纹石浮选特性影响研究

赵礼兵， 袁致涛， 韩跃新

(1.东北大学,辽宁 沈阳 110004； 2.河北联合大学，河北 唐山 063009)

在硫化矿铜镍矿浮选中，一直存在着如何提高精矿品位及回收率、降低精矿中氧化镁含量的问题。因为氧化镁属高熔点物质，如果含量过高，不但会造成冶炼成本增加，而且会造成炉渣相黏度过大而导致炉子结瘤、渣相分离困难，降低冶炼回收率。蛇纹石是主要的含镁脉石矿物，降低混合精矿中蛇纹石的含量，是解决精矿含氧化镁偏高问题的关键。金川三矿区贫矿含有大量的叶蛇纹石。本文主要考察了叶蛇纹石晶体结构和在乙基黄药体系下叶蛇纹石的可浮性，以及添加分散剂对叶蛇纹石可浮性的影响。

1 叶蛇纹石特性

蛇纹石(Serpentine)Mg6[Si4O10](OH)8，理论组成：MgO 43.0%，SiO244.1%，H2O 12.9%。常含有Fe、Mn、Al、Ni、F等混入元素。层状结构，由“氢氧镁石”八面体片与[SiO4]四面体片的六方网片按1∶1结合构成结构单元层[1]。根据1956年Whittaker等创立的蛇纹石结构分类，把蛇纹石矿物分成三个类型：①具有圆柱结构的纤蛇纹石；②具有平整结构或板状结构的利蛇纹石；③具有交替波状结构的叶蛇纹石。蛇纹石是超基性岩经中低温交代作用或中低区域作用，使岩石中的橄榄石和辉石发生蛇纹岩化作用而形成的，其硬度2～3.5，相对密度2.5～2.62。矿物学中把蛇纹石作为蛇纹石族矿物的总称。叶蛇纹石呈交替波状弯曲结构。这种结构更易在理想的弯曲半径上卷曲，从而更好地抵消四面体片和八面体片的不协调性。这可能也是叶蛇纹石热稳定性高于利蛇纹石和纤蛇纹石的原因。这种反向的结构单元层相互连接在一起，导致了化学成分中SiO2相对增高，而MgO和H2O相对减少[1]。

2 试样、药剂、设备与研究方法

叶蛇纹石取自鞍山岫岩，用瓷衬球磨机干磨后，用标准检验筛筛选-0.148mm+0.05mm粒级，将选出的矿样装入磨口瓶作为试验用纯矿物。乙基黄药取自北京矿冶研究总院铁岭选矿药剂厂，其他药剂均为分析纯。浮选采用长春探矿机械厂XFG挂槽浮选机。纯矿物浮选每次取3.0g矿样，加70mL一次蒸馏水，调浆2min后，用HCl或NaOH调节pH值，搅拌2min，然后依次加入分散剂、捕收剂，浮选3min。泡沫产品和槽内产品分别烘干、称重，计算回收率。浮选机转速为1850r/min。试验流程见图1、图2。

3 黄药用量对叶蛇纹石纯矿物的可浮性影响

黄药用量对叶蛇纹石纯矿物的可浮性影响，试验流程见图1，结果见图3。黄药在溶液中的存在形式受pH的影响很大，分子、分子-离子、离子间缔合都与此有关。固定黄药用量，考察了pH变化对纯矿物浮选行为的影响，试验结果见图4。

由图3可看出，随着黄药用量的增加，在浓度从5mg/L到120mg/L变化时，叶蛇纹石可浮性较差，回收率只有1%～2%。由图4可以看出，pH为5～12范围内，pH对叶蛇纹石可浮性也几乎没有影响，叶蛇纹石回收率在1%左右。

4 分散剂对纯矿物可浮性的影响

蛇纹石矿细，易泥化，容易在硫化矿表面罩盖。为了消除蛇纹石对硫化矿可浮性的影响，通常在实际浮选中添加分散剂。以下研究无机电解质类分散剂、表面活性剂分散剂、超分散剂[2]等对叶蛇纹石纯矿物可浮性的影响，试验流程见图2。

4.1 无机电解质类分散剂对叶蛇纹石可浮性的影响

4.1.1 六偏磷酸钠对叶蛇纹石可浮性的影响

六偏磷酸钠((NaPO3)6)又名格来汉氏盐，它不是一个简单的化合物，而是一种多磷酸盐。在水溶液中各基本结构单元相互聚合连成螺旋状的链状聚体，可表示为(NaPO3)n, n=20～100，故六偏磷酸钠只是一种习惯通称，并不反映其实际的分子结构。

图1 浮选试验流程

图2 浮选试验流程

图3 叶蛇纹石回收率与黄药用量关系

图4 叶蛇纹石回收率与pH值的关系(黄药20mg/L)

图5 六偏磷酸钠对叶蛇纹石回收率的影响

图6 六偏磷酸钠用量与叶蛇纹石回收率的关系

在黄药用量为20mg/L，六偏磷酸钠用量为30mg/L，考察了六偏磷酸钠不同pH条件下对叶蛇纹石可浮性的影响。试验流程如图2所示，结果见图5。并且在pH为10条件下，考察了六偏磷酸钠用量对叶蛇纹石纯矿物可浮性的影响，其结果如图6所示。

由图5可以看出，pH为7～12范围内，六偏磷酸钠对叶蛇纹石的可浮性有一定影响，六偏磷酸钠的加入，使叶蛇纹石的浮选回收率降低到1%以下。由图6可以看出：在pH为10条件下，在六偏磷酸钠用量小于90mg/L时，随着六偏磷酸钠用量的增加，叶蛇纹石的浮选回收率几乎不变。

3.1.2 碳酸钠对矿物可浮性的影响

碳酸钠，又称苏打，是一种强碱弱酸盐。在矿浆中可以水解，有一定的缓冲作用，使溶液的pH值保持稳定。在黄药用量为20mg/L，碳酸钠用量为30mg/L，试验流程如图2所示，考察了碳酸钠不同pH条件下，对叶蛇纹石可浮性的影响，结果见图7。并且在pH为10条件下，考察了碳酸钠用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果如图8所示。

由图7可以看出：在pH为6～12时，碳酸钠的加入对叶蛇纹石有一定的活化作用，回收率提高到3%以上，比不添加碳酸钠提高2%左右。由图8可以看出，在适宜的pH条件下，叶蛇纹石的浮选回收率随着碳酸钠用量变化不大，回收率都在3%左右。

3.2 表面活性剂类分散剂羧甲基纤维素(CMC)对矿物可浮性的影响

CMC是目前浮选中应用较广的一种水溶性纤维素类药剂，也是蛇纹石类脉石矿物的有效抑制剂。在黄药用量为20mg/L，CMC用量为35mg/L，试验流程见图2，考察了CMC不同pH条件下对叶蛇纹石可浮性的影响，结果见图9。并且在pH=10条件下考察了CMC用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果如图10所示。

由图9可以看出：pH为6～12时，CMC的存在对叶蛇纹石有较强的抑制作用，添加后叶蛇纹石基本不浮；由图10可以看出，在pH=10条件下，叶蛇纹石的浮选回收率随着CMC用量的增加呈下降趋势，在CMC用量大于50mg/L后，回收率达到最低为0.1%左右。

3.3 超分散剂矿物可浮性的影响

3.3.1 6024对矿物可浮性的影响

6024属于含有多个亲颜料基团的高分子型超分散剂，不但具有良好的润湿性，还具有极好的防沉能力。在黄药用量为20mg/L，6024用量为30mg/L，试验流程见图2，考察了不同pH条件下6024对蛇纹石可浮性的影响，结果见图11。并且在pH=9条件下，考察了6024用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果如图12所示。

由图11可以看出，在pH为3～12范围内，6024使叶蛇纹石的回收率有所增加，叶蛇纹石的回收率提高到大于2%。由图12可知：在pH=9条件下，叶蛇纹石随着6024用量的增加，其回收率有所增加，在6024用量大于60mg/L后，其回收率提高幅度较大。

图7 碳酸钠对叶蛇纹石回收率的影响

图8 碳酸钠用量与叶蛇纹石回收率的关系

图9 CMC对叶蛇纹石回收率的影响

图10 CMC用量与矿物回收率的关系

图11 6024对叶蛇纹石回收率的影响

图12 6024用量与矿物回收率的关系

3.3.2 DW-60对矿物可浮性的影响

DW-60是一种水性脂肪醚类超分散剂，具有极强的润湿性能。在黄药用量为20mg/L，DW-60用量为30mg/L，试验流程如图2所示，考察了DW-60不同pH条件下对叶蛇纹石的可浮性的影响，其结果见图13。在pH为10条件下，考察了DW-60用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果如图14所示。

由图13可以看出：在pH为8～12时，DW-60的存在对叶蛇纹石有一定的活化作用，使叶蛇纹石的浮选回收率提高了3%左右；由图14可知，在pH为10条件下，叶蛇纹石随着DW-60用量的增加，其回收率有所增加，由2%提高到6%。

3.3.3 YB-504 对矿物可浮性的影响

超分散剂YB-504是由多种钛酸酯偶联剂复合而成，由于是多组分、多结构形态的产品，具有优异的偶联性能和分散性能，能溶解于水，适用于亲水性的分散。在黄药用量为20mg/L、YB-504用量为30mg/L，试验流程如图2所示，考察了YB-504不同pH条件下对叶蛇纹石的可浮性的影响。其结果见图15。并且在pH为9条件下，考察了YB-504用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果如图16所示。

由图15可以看出：pH在6～12时，YB-504的存在使叶蛇纹石的回收率提高了7%～15%。由图16可知，在pH=9条件下，叶蛇纹石随着YB-504用量的增加，其回收率变化不大，在8%左右。

3.3.4 bok-f-503对矿物可浮性的影响

Bok-f-503是一种带颜料亲和基团的高分子量嵌段聚合物，它能较大程度地降低色浆体系的黏度，长时间存放也不会絮凝、反粗，它有着非常高的性价比。本试验在黄药用量为20mg/L，bok-f-503用量为30mg/L，试验流程见图2，考察了bok-f-503不同pH条件下对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果见图17。在pH为8条件下，考察了YB-504用量对叶蛇纹石可浮性的影响，其结果见图18。

由图17可知：在pH为5～13范围内，bok-f-503的存在使叶蛇纹石的回收率提高3%。由图18可知，在pH为8条件下，叶蛇纹石随着bok-f-503用量的增加，其回收率略有提高。

图13 DW-60对叶蛇纹石回收率的影响

图14 DW-60用量与矿物回收率的关系

图15 YB-504对叶蛇纹石回收率的影响

图16 YB-504用量与矿物回收率的关系

图17 bok-f-503对叶蛇纹石回收率的影响

图18 bok-f-503用量与矿物回收率的关系

4 机理研究

4.1 叶蛇纹石与黄药作用

图19为叶蛇纹石与黄药作用后的红外光谱图。在叶蛇纹石与黄药作用后的红外光谱可以看出，峰位、峰形基本没有变化，所以认为黄药在叶蛇纹石表面没有发生吸附。

4.2 六偏磷酸钠抑制机理

图20表明：六偏磷酸钠在水溶液中可电离成阴离子，它有很强的作用活性。其中比较突出的是能与溶液中Mg2+离子或矿物表面晶格Mg2+离子反应生成亲水而又稳定的络合物(MgNa4P6O18)，从而使含镁矿物表面亲水引起抑制作用。研究表明[4-5]，六偏磷酸钠在水中部分电离成阴离子，这些阴离子首先与叶蛇纹石矿泥的金属离子形成难溶盐，继而转化为稳定的可溶性配合物，从而对叶蛇纹石有一定的抑制作用。但六偏磷酸钠作为大分子化合物，其空间斥力也不可忽略，提高位阻排斥作用能也是叶蛇纹石颗粒的分散形式。

4.3 CMC抑制机理

研究认为：氢键的键合是CMC吸附于易浮硅酸盐矿物表面的结果，并认为氢键的键合是发生在未被取代的羟基和脉石表面氧原子之间。这样，层状硅酸盐断裂面的边缘结构可能提供这种位置。被吸附的羧甲基纤维素，由于存在着羧基，将使矿物表面更加亲水。当聚合物的链增长时，氢键的吸附能量可能升高，这也就是CMC抑制叶蛇纹石矿的原因[6-7]。

4.4 超分散剂bok-f-503

图21为超分散剂[8-9]bok-f-503的红外光谱图，3497.69cm-1是分子内氢键的伸缩振动吸收峰；2962.68cm-1是-CH3的不对称伸缩振动吸收峰；1724.02cm-1、1641.15cm-1是-C=O的伸缩振动吸收峰；1458.14cm-1是-CH3不对称变形振动吸收峰；1374.74cm-1是-CH3的对称变形振动吸收峰；1260.93cm-1是羟基水的弯曲振动吸收峰；550.11cm-1是O-H的面外弯曲振动吸收峰。因为bok-f-503锚固基团是羟酸，所以3497.69cm-1、1724.02cm-1、1641.15cm-1是bok-f-503的特征吸收峰。

图19 叶蛇纹石与黄药作用后的红外光谱

图20 PO33-在水中各组分与pH的关系

图21 bok-f-503的红外光谱

图22为叶蛇纹石与bok-f-503作用后的红外光谱，3676.50cm-1、3618.43cm-1是羟基的吸收峰；1034.56cm-1、1005.53cm-1是Si-O伸缩振动吸收峰；655.40cm-1是羟基的面内弯曲振动吸收峰。与bok-f-503作用后，3680.95cm-1、3622.58cm-1是羟基的吸收峰；1034.56cm-1、1005.53cm-1是Si-O伸缩振动吸收峰；655.40cm-1是O-H的面内弯曲振动吸收峰；在3676.50cm-1、3618cm-1处的峰形变宽，说明是药剂在矿物表面发生了吸附。

图22 叶蛇纹石与bok-f-503作用后的红外光谱

5 结语

不添加分散剂，黄药体系下随着pH值增加，叶蛇纹石可浮性基本不变。通过对黄药体系下分散剂对叶蛇纹石可浮性的试验研究发现：CMC对其有很强的抑制作用，加入后使其可浮性迅速下降。试验所用的七种分散剂对叶蛇纹石的浮选可浮性都有一定的影响，按其上浮回收率大小顺序为：YB-504>bok-f-503>DW-60>碳酸钠>6024>六偏磷酸钠>CMC。此试验结果，为选择叶蛇纹石有效抑制剂提供了试验和理论支撑。

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