羧甲基纤维素对微细粒蛇纹石的絮凝及抑制作用

冯　博，朱贤文，彭金秀

(江西理工大学江西省矿业工程重点实验室，赣州　341000)



羧甲基纤维素对微细粒蛇纹石的絮凝及抑制作用

冯博，朱贤文，彭金秀

(江西理工大学江西省矿业工程重点实验室，赣州341000)

通过浮选实验、沉降实验、吸附量测试及红外光谱测试研究不同种类抑制剂在蛇纹石浮选中的作用，并考察其作用机理。结果表明，蛇纹石表面亲水，可浮性较差，微细粒级蛇纹石能够通过泡沫夹带上浮进入精矿。高分子抑制剂羧甲基纤维素(CMC)能完全抑制细粒级蛇纹石的浮选，而抑制剂水玻璃不能抑制细粒级蛇纹石的浮选。机理研究表明，CMC和水玻璃均能在蛇纹石表面吸附，而高分子抑制剂CMC能对细粒级蛇纹石产生絮凝作用，增大蛇纹石颗粒表观粒度，降低泡沫夹带，从而实现细粒级蛇纹石的完全抑制。

抑制剂； 蛇纹石； 絮凝； 抑制

1　引　言

蛇纹石是一种天然生成的层状构造的含镁硅酸盐矿物。主要由橄榄石、辉石蚀变而成，其理论化学组成为：MgO 43.6%, SiO243.3%, H2O 13.1%[1]，有时发生Fe和Ni对Mg的取代而混入少量的FeO、Fe2O3、NiO等成分。摩氏硬度在2.5到4之间，相对密度在2.2到3.6之间[2]。蛇纹石属于1∶1型层状硅酸盐矿物，其结构单元层由硅氧四面体层与镁氧八面体层按1∶1的比例连接而成[3,4]。

蛇纹石是硫化铜镍矿石中主要的含镁硅酸盐脉石矿物，也是影响硫化铜镍矿浮选指标的重要原因[5-7]。许多研究者研究了含蛇纹石进入浮选精矿的原因。卢毅屏[8]研究发现蛇纹石属于亲水性矿物，天然可浮性差，但蛇纹石可以通过泡沫夹带上浮进入精矿，夹带程度与颗粒大小、矿浆浓度和泡沫水回收率等因素有关。Fornasiero[9]研究发现，在7～10的pH区间，铜离子和镍离子可以活化蛇纹石的黄药浮选。贾木欣[10]推测蛇纹石脉石的表面发生了矿相变化，由单纯的蛇纹石矿物相转变为蛇纹石与滑石的混合相，这是蛇纹石难以抑制的主要原因。

为解决硫化铜镍矿浮选时蛇纹石难以抑制的问题，国内外技术人员进行了大量的研究工作，取得了一定的成果[11,12]。但蛇纹石难以抑制的问题仍没有得到较好解决。本文通过浮选试验、吸附量试验、沉降试验和红外光谱测试，考察不同种类抑制剂对蛇纹石浮选的影响，并对其作用机理进行分析，为后续研究工作提供基础。

2　实　验

2.1矿物样品与试剂

试验所用蛇纹石为江苏东海龙腾化工有限公司提供的纯度较高的块矿。将块矿锤碎后用瓷球磨磨细，然后筛分成不同粒级的样品备用。试验所用起泡剂甲基异丁基甲醇(MIBC)、CMC(羧甲基纤维素)均为分析纯，水玻璃为工业品，实验用水为蒸馏水。

2.2浮选试验

使用高精度天平称取2 g蛇纹石放于浮选槽中，加入40 mL蒸馏水，开启浮选机搅拌调浆，待矿浆混匀后按试验要求加入浮选药剂并搅拌3 min，测定矿浆pH值后插入挡板开始充气，待稳定泡沫层形成后开始手工刮泡，刮泡过程保持匀速，刮泡时间3 min。将泡沫产品与槽内产品分别过滤、烘干、称量，计算所得产率即为回收率。

2.3沉降实验

本文采用矿浆的浊度表征矿粒的分散性，浊度越大，表明矿浆分散越好。沉降实验在100 mL沉降量筒中进行，以蛇纹石含量0.1 g/L的浓度按相应浮选实验条件调浆后，沉降3 min，从上部抽取25 mL悬浮液，用散射光浊度仪WGZ-3测定浊度。

2.4红外光谱测试

将蛇纹石样品用玛瑙研钵磨细，放入烧杯中按实验要求加入浮选药剂后搅拌调浆，所得矿浆使用离心机离心分离，所得固体经真空干燥后进行红外光谱分析。

2.5吸附量实验

将CMC采用苯酚-硫酸法分解显色后用紫外分光光度计测定其吸光度值[14]，绘制不同浓度CMC溶液与吸光度值的关系曲线。称取1 g蛇纹石样品放入烧杯，按实验要求加入药剂并调浆，将调浆后的矿浆使用离心机高速离心沉降，取上清液测定吸光度值，根据不同浓度CMC溶液与吸光度值的关系曲线得出CMC的吸附量。水玻璃含量通过ICP方法测定溶液中Si含量后换算得出。

3　结果与讨论

3.1泡沫夹带对微细粒蛇纹石浮选的影响

图1所示为矿浆pH值的变化对不同粒度蛇纹石浮选行为的影响。由图可知，蛇纹石的浮选回收率受pH影响较小，在试验所研究的整个pH范围内，蛇纹石浮选回收率较低。不同粒度的蛇纹石浮选行为差别较大，-10 μm粒级的微细粒蛇纹石的回收率高于-74+37 μm粒级的蛇纹石。

不同粒级蛇纹石表面疏水性相同，微细粒级蛇纹石回收率较高可能是泡沫夹带的结果。考察了微细粒级蛇纹石浮选回收率随水回收率的变化，结果如图2所示。使用石英做为参比矿物，石英是强亲水矿物，不能疏水上浮，只能通过泡沫夹带进入精矿，其回收率与水回收率呈直线关系[14,15]。微细粒级蛇纹石的浮选回收率略高于石英的回收率，其回收率与水回收率也近似呈直线关系，说明微细粒级蛇纹石的上浮主要是泡沫夹带的结果。

3.2CMC及水玻璃对微细粒级蛇纹石浮选的影响

考察了两种抑制剂，水玻璃和CMC对微细粒级蛇纹石浮选的影响，结果如图3所示。图中结果表明，CMC对微细粒蛇纹石具有较好的抑制作用，随CMC用量增加，蛇纹石浮选回收率降低，当CMC用量达到100 mg/L时，蛇纹石浮选回收率降低到6%，再增加CMC用量，蛇纹石回收率变化不大。水玻璃对微细粒蛇纹石抑制效果较弱，随水玻璃用量增加，蛇纹石浮选回收率变化不大。

图1　pH值对不同粒级蛇纹石浮选的影响Fig.1　Effect of pH on the flotation of different size serpentine c(MIBC)=1×10-4 mol/L

图2　蛇纹石浮选回收率与水回收率的关系Fig.2　The relationship between water recovery and serpentine recovery c(MIBC)=1×10-4 mol/L,pH=9

图3　抑制剂用量对蛇纹石浮选的影响Fig.3　The effect of depressant dosage on serpentine flotation c(MIBC)=1×10-4 mol/L; pH=9

图4　抑制剂在蛇纹石表面的吸附行为Fig.4　The adsorption of depressant on serpentine surface

3.3蛇纹石表面CMC与水玻璃的吸附行为

抑制剂产生抑制作用的前提是能够吸附在矿物表面。考察了水玻璃和CMC在微细粒级蛇纹石表面的吸附行为，结果如图4所示。图中结果表明，CMC和水玻璃均能在蛇纹石表面吸附，随药剂用量增加，水玻璃和CMC的吸附量均增加。

图5　CMC作用前后蛇纹石的红外光谱图Fig.5　Infrared spectra of serpentine before and after interact with CMC

图6　水玻璃作用前后蛇纹石的红外光谱图Fig.6　Infrared spectra of serpentine before and after interact with water glass

图7　抑制剂用量对蛇纹石矿浆浊度值的影响Fig.7　The effect of depressant dosage on turbidity value of serpentine pulp

CMC与蛇纹石作用后，蛇纹石红外谱图在1588.7 cm-1和1664.9 cm-1处出现了新的吸收峰，这是CMC的-COO-在蛇纹石表面吸附的结果。在CMC的红外光谱中，-COO-反对称伸缩振动是一个单峰，而吸附在蛇纹石表面后，峰的位置出现在1664.9 cm-1处，并在1588.7 cm-1处出现一个肩峰，这是由于CMC的羧基在蛇纹石表面有两种存在形式，1588.7 cm-1处是和表面发生反应的羧基的吸收峰，1664.9 cm-1处是未和蛇纹石表面发生反应的羧基的吸收峰。蛇纹石与CMC作用后，蛇纹石580.0 cm-1处MgO-H的面内弯曲振动吸收峰和443.6 cm-1处Mg-O的面内振动吸收峰均发生了位移，因此，除了静电吸引作用外，羧甲基纤维素还可以通过羧基和蛇纹石表面的镁发生化学反应而吸附在蛇纹石表面。水玻璃与蛇纹石表面作用后，蛇纹石红外图谱在1057.8 cm-1和1660.7 cm-1处出现了新的吸收峰，这是水玻璃在蛇纹石表面吸附的结果。与水玻璃作用后，蛇纹石红外图谱中的Mg-OH振动峰强度没有发生变化，说明水玻璃没有与蛇纹石表面的镁发生作用；而蛇纹石红外谱图中Si-O特征峰出现偏移，984.6 cm-1处伸缩振动峰移至989.5 cm-1处，可知水玻璃通过与蛇纹石表面的Si质点作用，进而吸附在蛇纹石表面。

3.4CMC与水玻璃对微细粒蛇纹石絮凝行为的影响

微细粒级蛇纹石主要通过泡沫夹带进入精矿，因此降低微细粒级蛇纹石回收率的主要手段是增大蛇纹石的粒度，以降低其泡沫夹带。考察了水玻璃和CMC对蛇纹石聚集分散行为的影响，如图7所示。由图7可知，CMC对细粒蛇纹石产生了絮凝作用，随CMC用量增加，蛇纹石矿浆浊度降低。随水玻璃用量增加，矿浆浊度先降低后升高，说明水玻璃对蛇纹石产生了分散作用。

4　结　论

(1)蛇纹石表面亲水，可浮性较差，细粒级蛇纹石能够通过泡沫夹带进入精矿，回收率高于粗粒级蛇纹石；

(2) CMC是一种高分子抑制剂，能对细粒级蛇纹石产生絮凝作用，增大蛇纹石颗粒表观粒度，降低微细粒级蛇纹石的泡沫夹带；

(3)水玻璃是一种分散剂，使蛇纹石颗粒处于分散状态，不能够降低泡沫夹带，不能阻止微细粒级蛇纹石进入精矿。

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Flocculation and Depression Effects of Carboxymethyl Cellulose on Serpentine

FENGBo,ZHUXian-wen,PENGJin-xiu

(Jiangxi Key Laboratory of Mining Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)

The depression effects of different depressant on serpentine flotation was studied by flotation experiments, settlement experiments, adsorption tests and infrared spectra tests, and the mechanism was also discussed. The result shows that the serpentine surface is hydrophilic and the natural flotability is poor. The fine grained serpentine comes into the concentrate mainly by entrainment. The polymeric depressant CMC can depress the flotation of fine grained serpentine while depressant sodium silicate can't depress fine grained serpentine flotation. Mechanism studies show that the polymeric depressant can flocculate fine grained serpentine and increase the serpentine apparent particle granularity, thus reduce the entrainment and realize the depression of fine grained serpentine.

depressant;serpentine;flocculate;depress

国家自然科学基金资助项目(51404109)；中国博士后科学基金(2015M582759XB)

冯博(1986-)，男，副教授，博士.主要从事矿物加工理论与工艺等方面的研究.

TD952

A

1001-1625(2016)05-1367-05