六偏磷酸钠在菱镁矿-白云石体系中的抑制效果及机理研究

刘国晨

(紫金矿冶设计研究院)



六偏磷酸钠在菱镁矿-白云石体系中的抑制效果及机理研究

刘国晨

(紫金矿冶设计研究院)

为查明六偏磷酸钠在菱镁矿-白云石体系中的抑制效果及作用机理，通过浮选试验研究表明：在菱镁矿-白云石体系中，适量的六偏磷酸钠可有效地抑制白云石的上浮；机理分析检测表明：六偏磷酸钠因大量吸附在白云石表面，使得油酸钠失去与白云石的作用活性点，导致在浮选过程白云石矿浆中的Ca2+、Mg2+溶解量几乎不变，从而达到矿物分选的目的；同时，试验研究还表明：菱镁矿-白云石体系在NaOH调浆下取得的分选效果要好于Na2CO3调浆下取得的效果。

菱镁矿 白云石 六偏磷酸钠 浮选 抑制机理

菱镁矿化学组成为MgCO3，晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。菱镁矿是提炼金属镁的原料，因其中的氧化镁具有高耐火性和黏结性，更是镁质耐火材料和镁质建筑材料的主要原料[1]。菱镁矿一直是我国优势矿产，截止到2012年底，我国已探明菱镁矿资源储量5亿t，退居世界第二位，约占世界菱镁矿总储量的20.8%[2]。

随着开采利用的深入，高质量的菱镁矿矿石越来越少，有效去除其中杂质矿物，提高菱镁矿品级越来越迫切。白云石是菱镁矿矿石中的主要含钙杂质矿物，它的存在会使得在后续煅烧过程中形成CaSiO3，冷却时因易松离而使耐火材料崩溃[3]。然而菱镁矿与白云石同属碳酸盐矿物，具有完全相同的阴离子和部分相同的阳离子，由于晶体结构和表面性质均很相近，二者很难进行浮选分离。许多选矿工作者对此进行了大量研究工作，但效果甚微。

为此，以油酸钠为捕收剂，针对菱镁矿、白云石两种单矿物进行试验，在NaOH、Na2CO3调浆作用下，重点研究六偏磷酸钠在菱镁矿-白云石体系中对白云石的抑制效果及机理。

1 试验矿样及条件

试验用单矿物菱镁矿取自辽宁丹东市某菱镁矿山，主要元素含量为：MgO 46.35%，SiO20.33%，CaO 0.73%。试验用单矿物白云石来源于一矿物标本公司，主要元素含量为MgO 17.21%，SiO229.17%。两种单矿物制备过程均经人工拣选后，采用干式瓷球磨磨矿，取-35+74 μm用于浮选试验。其中，所制菱镁矿、白云石单矿物比表面积分别为1.718、1.104 m2/g。试验所用油酸钠为化学纯，六偏磷酸钠为分析纯，以氢氧化钠、碳酸钠作为pH值调整剂。

试验所用浮选机为XFG型挂槽式，转速为1 750 r/min，浮选槽容量为50 mL，浮选矿浆温度为25 ℃，每次试验用矿量为2.000 g，浮选时间为4 min，加入浮选药剂后的调浆时间均为3 min。

2 试验研究

2.1 不同pH值调整剂对比试验

试验前先以调整矿浆pH=10.5～11为标准，以此确定调整剂NaOH、Na2CO3的用量。通过前期探索，发现对于菱镁矿及白云石的浮选，将其矿浆pH值调至上述值所需的NaOH用量基本一致；Na2CO3用量亦如此，这为后续试验操作提供了方便。

确定调整剂用量后，针对两类单矿物，分别在以NaOH、Na2CO3作为调整剂的条件下，采用不同用量的抑制剂六偏磷酸钠，进行两组对比试验。矿入浮选槽搅拌2 min后，依次加入pH值调整剂、抑制剂及捕收剂，调浆时间均为3 min，浮选刮泡4 min。不同pH值调整剂对比试验结果见图1、图2。

图1 NaOH调浆下六偏磷酸钠用量对矿物可浮性的影响

图2 Na2CO3调浆下六偏磷酸钠用量对矿物可浮性的影响

由图1、图2可见，对于菱镁矿及白云石，六偏磷酸钠均表现出一定的抑制作用，其中对白云石的抑制效果更为明显；同时，相对于Na2CO3调浆，NaOH调浆下的菱镁矿及白云石在六偏磷酸钠的作用下，分选性差别较大；可以推断，实际菱镁矿脱钙过程，以六偏磷酸钠为抑制剂，NaOH调浆要比在Na2CO3调浆取得的分选指标好。

2.2 验证试验

依据上述试验可知，菱镁矿-白云石体系中，六偏磷酸钠作为抑制剂，在NaOH调浆下要比在Na2CO3调浆下取得更好的分选效果。因菱镁矿含镁，白云石含钙镁，在已取得的试验结果的基础上，为研究分析NaOH调浆所达到的分选效果更好的原因，进一步针对浮选过程矿浆中钙镁离子浓度变化进行了相关分析检测。

验证试验流程同上述试验一致，加入六偏磷酸钠后调浆3 min，不进行后续操作，取出矿浆。将各试验点所得矿浆固液分离，静置后取上清液进行分析检测。其中，菱镁矿送检镁离子，白云石送检钙、镁离子。分析检测所得试验结果见图3～图5。

由图3～图5可见，试验矿样浮选过程，无论采用何种pH值调整剂，矿浆中镁离子浓度随抑制剂六偏磷酸钠用量增加而产生的变化趋势基本一致；对于菱镁矿，矿浆中镁离子浓度均随六偏磷酸钠用量的增加而升高；对于白云石，矿浆中镁离子浓度则随六偏磷酸钠用量的增加而趋于不变。对于白云石浮选过程矿浆中钙离子浓度的变化，针对不同pH值调整剂则出现了不同趋势的曲线：NaOH调浆下，钙离子浓度随六偏磷酸钠用量的增加而趋于不变；Na2CO3调浆下，钙离子浓度则随着六偏磷酸钠用量的增加而呈现先极速升高后趋缓的趋势。

图3 NaOH调浆下矿物表面镁离子浓度变化

图4 Na2CO3调浆下矿物表面镁离子浓度变化

图5 白云石表面钙离子浓度变化

综上分析验证试验所得结果，在NaOH调浆下，以六偏磷酸钠为抑制剂，体系中菱镁矿浮选溶出的镁离子量一直在增加，而白云石中的镁离子及钙离子量几乎无变化；而在Na2CO3调浆下，以六偏磷酸钠为抑制剂，虽然体系中菱镁矿浮选也溶出镁离子，但作为脉石矿物的白云石中钙离子量却一直在增加。两相比较，进一步证实了上节关于在菱镁矿-白云石体系中以六偏磷酸钠为抑制剂，NaOH调浆下的分选效果要好于Na2CO3调浆的推断。

3 药剂作用机理分析

3.1 机理分析

金属阳离子的溶解对矿物分选性差异影响明显已有很多报道。Al3+、Fe3+对蓝晶石-油酸钠体系的浮选具有活化作用；而Ca2+、Mg2+对蓝晶石-油酸钠体系的浮选具有抑制作用[4]。陈玉千等[5]研究表明，Ca2+比Mg2+对铁矿正浮选影响更大，Fe3+对硅线石浮选有一定的抑制作用，在pH值为6.4～10时，Al3+能够活化硅线石的浮选，这两种三价金属离子都能活化石英浮选[6]。

可以看出，菱镁矿-白云石体系在不同pH值调整剂作用下产生的分选性差异与矿浆中Ca2+、Mg2+溶解量的不同变化息息相关。矿浆中Ca2+、Mg2+溶解量之所以呈现不同变化，可能在于脉石矿物白云石表面吸附着大量的六偏磷酸钠，从而影响其本身Ca2+、Mg2+的溶解。即菱镁矿-白云石体系药剂作用机理：六偏磷酸钠在白云石表面的吸附量大于在菱镁矿表面的吸附量，从而影响着白云石矿物浮选过程中Ca2+、Mg2+的溶解，使得在一定捕收剂用量下，可优先浮选菱镁矿。而对于不同pH值调整剂，添加NaOH要比添加Na2CO3所达到的分选效果更好，原因也就在于体系浮选过程添加NaOH，六偏磷酸钠在白云石表面吸附量与在菱镁矿表面吸附量的差异可能比添加Na2CO3还要大。

3.2 六偏磷酸钠在矿物表面的吸附量测定

为验证上述机理分析，再次进行相关吸附量测定试验。验证试验流程同验证试验完全一致，将各试验点所得矿浆固液分离，静置后取上清液进行分析检测。利用ICP光谱仪对其进行元素分析，得到残余液P的含量，差减即可得到吸附在矿物表面六偏磷酸钠的含量。分析检测所得试验结果见图6、图7。

图6 NaOH调浆下矿物表面六偏磷酸钠的吸附量

由图6、图7可见，六偏磷酸钠在矿物表面吸附量的测定结果印证了上述机理分析想猜，在菱镁矿-白云石体系中，无论以何种pH值调整剂调浆，抑制剂六偏磷酸钠在白云石矿物表面的吸附量都要比在菱镁矿矿物表面的吸附量大很多，这也就是六偏磷酸钠能够在该体系中作为白云石抑制剂的原因；另外，检测结果也显示，六偏磷酸钠在白云石表面吸附量与在菱镁矿表面吸附量的差异对比，在NaOH调浆条件下要比Na2CO3调浆差异更为明显，这也就是NaOH调浆取得的分选指标要好于Na2CO3调浆取得的分选指标的原因。

图7 Na2CO3调浆下矿物表面六偏磷酸钠的吸附量

4 结 语

(1)通过浮选试验结果表明，六偏磷酸钠对菱镁矿及白云石矿物均具有抑制作用，但控制在适合的用量时，其对白云石的抑制作用要强于菱镁矿，使得二者有一定的分选效果。

(2)菱镁矿-白云石体系矿浆中，Ca2+、Mg2+溶解量的不同直接影响着矿物间的分选性。

(3)六偏磷酸钠在矿物表面的吸附量测定结果表明，菱镁矿-白云石浮选体系中，六偏磷酸钠为调整剂，其选择性抑制作用对矿物表面Ca2+、Mg2+溶解能力及吸附作用具有一定的关联。对菱镁矿抑制能力较弱，表面Mg2+溶出能力较强，吸附量较小；而对白云石则相反。这从根本上导致在菱镁矿-白云石体系中添加六偏磷酸钠，在一定量的油酸钠条件下，二者可实现浮选分离。

(4)菱镁矿-白云石体系中，添加NaOH调浆要比添加Na2CO3所达到的分选效果好。

[1] 王金良，杨秀花.菱镁矿除钙可选性研究[J].中国非金属矿工业导刊，2010(4)：26-29.

[2] 鲍荣华，郭 娟，许 容，等.中国菱镁矿开发居世界重要地位[J].地质与矿产，2012(12)：25-30.

[3] 印万忠，丁亚卓，张丽荣，等.国内外镁盐晶须制备及应用现状发展概况[J].中国非金属矿工业导刊，2007(增)：8-9.

[4] 董宏军，陈 荩，毛钜凡.金属离子对蓝晶石可浮性的影响及机理研究[J].非金属矿，1996(1)：27-30.

[5] 陈玉千，松全元.尾矿回水中的几种离子对铁正浮选影响[J].中国矿业，1996，5(2)：32-36.

[6] 李 晔，雷东升，许 时.矿浆中金属离子对硅线石与石英浮选分离的影响[J].硅酸盐学报，2002，30(3)：362-365.

2016-08-01)

刘国晨(1989—)，男，工程师，364200 福建省上杭县二环路。