捕收剂雾化对细粒矿物浮选性能的影响

陈忠玉，徐寒冰

（1.深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿，广东 韶关 512300；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

浮选过程离不开浮选药剂的参与，各类型浮选药剂中，捕收剂起着举足轻重的作用［1］。捕收剂可以使矿物颗粒表面疏水性增加以及矿物与气泡黏附得更紧密，通过改变矿物表面的性质，使矿物颗粒能更加有效率地与气泡进行粘附，从而上浮实现目的矿物和脉石矿物分离［2，3］。有些捕收剂为油类捕收剂，其难溶于水，直接加入矿浆中，不能均匀地分散，导致与矿物吸附作用差，不能达到理想的浮选效果［4，5］。同时微细粒级矿物由于其具有粒度小、质量和动量小的特征，导致对药剂选择性吸附差，浮选回收率低。因而，在难溶性捕收剂条件下，用浮选法回收微细粒级矿物一直是选矿领域中亟待解决的难题之一［6，7］。

针对浮选领域某些药剂难溶、难乳化分散以及微细粒难浮问题，开展了捕收剂雾化对细粒矿物浮选性能影响的试验研究。选用石英为研究对象，对比了FX－6、ZL这两种膏状难溶捕收剂雾化和滴加两种不同加药方式对细粒石英浮选回收率的影响，并进行了雾化速率试验、单矿物浮选试验、吸附量测定试验以及Zeta电位测试试验。

1 矿样制备

试验所用单矿物为石英，经磨矿筛分后得到74～38μm、38～20μm、－20μm三个粒级的石英试样，其单矿物的XRD衍射分析如图1所示。由图1可见，石英矿样的XRD衍射图基本没有杂峰，石英的化学分析纯度高。

图1 石英矿样XRD图谱

2 试验药剂

试验所用pH调整剂为氢氧化钠和盐酸，药剂纯度为分析纯。

试验所用捕收剂为FX－6和ZL。FX－6捕收剂是根据不同药剂同时使用产生增效作用的原理，由多种脂肪酸按一定比例混合皂化改性而成，其浮选性能均高于组成中的任何单一组分。ZL捕收剂是一种长碳羟基皂化物的混合物，是根据药剂的协同作用原理复配而成的多组分有机物，能与多种矿物形成络合物，大幅提高矿物表面的疏水性。

3 捕收剂雾化速率测定

试验所采用的雾化器为压缩空气式雾化器。取8 mL的FX－6、ZL捕收剂分别加入至雾化器的药槽内，分别雾化10 min、15 min、20 min、25 min、30 min以及35 min后测量剩余药剂量，作出捕收剂雾化量与雾化时间的关系图，如图2所示。

图2 捕收剂雾化量与雾化时间的关系

由图2可以得到两种捕收剂雾化量的速率公式。

FX－6捕收剂的雾化速率：

ZL捕收剂的雾化速率：

式中：V为捕收剂的雾化速率／mL·min－1；t为雾化时间／min。

由此可知，这种压力式雾化器对于两种捕收剂的雾化速率大约在0.2 mL／min。

4 浮选试验

4.1 不同粒级石英试样浮选试验

取74～38μm、38～20μm、－20μm三个粒级的石英试验，在pH为7、浮选机转速为1 680 r／min、捕收剂FX－6和捕收剂ZL用量分别为70 mg／L的条件下，进行浮选试验，探究给矿粒度对浮选回收率的影响。其浮选结果如图3和图4所示。

图3 捕收剂FX－6条件下给矿粒度对浮选回收率的影响

图4 捕收剂ZL条件下给矿粒度对浮选回收率的影响

从图3和图4可以看出，给矿粒度对精矿回收率有比较大的影响。随着给矿粒度的变化，两种捕收剂分别经雾化后加入矿浆中和直接滴加入矿浆中进行浮选试验的浮选回收率的变化是一致的。在给矿粒度小于20μm时，石英的浮选回收率明显减小，由此可知，细粒石英矿物的可浮性较差。对于同一粒级的石英矿物，捕收剂进行雾化与捕收剂直接滴加相比，前者的浮选回收率要高一些，尤其是在细粒级时，捕收剂进行雾化后浮选回收率明显得到了提高。

4.2 不同添加方式下捕收剂用量试验

在pH为7、石英粒级为－20μm、浮选机转速为1 680 r／min的条件下进行浮选试验，探究捕收剂FX－6和ZL的用量在两种不同加药方式下对精矿回收率的影响。其结果如图5所示。

从图5可知，两种捕收剂无论通过雾化还是直接滴加进矿浆，其用量对浮选回收率的影响趋势是一样的。FX－6用量在低于87.5 mg／L时，精矿浮选回收率随着FX－6加入量增加而明显提高，当FX－6用量增加到87.5 mg／L以后，精矿浮选回收率提高缓慢。使用ZL捕收剂浮选时，情况相似。对比于雾化和直接滴加两种加药方式，同等剂量时，雾化加入时的精矿回收率明显高于直接滴加条件下的精矿回收率。当两种捕收剂药量增大到122.5 mg／L以后，两种不同加药方式下的精矿浮选回收率趋于相近。

图5 不同捕收剂的用量时滴加和雾化对浮选回收率的影响

4.3 pH条件试验

在石英试样粒级为－20μm，浮选机转速为1 680 r／min，分别加入87.5 mg／L的捕收剂FX－6和ZL的条件下，探究pH在不同加药方式时，对浮选回收率的影响。其结果如图6所示。

图6 pH在不同加药方式下对浮选回收率的影响

从图6可以看出，对于FX－6捕收剂来说，pH的改变对石英单矿物的浮选回收率的影响较大。对于雾化和滴加两种添加方式，石英单矿物浮选回收率随pH的变化的趋势是一致的。在pH为10之前，随着pH的增加，两种药剂添加方式的精矿回收率都逐渐增加；在pH为10之后，随着pH增加，两种药剂添加方式的精矿回收率都迅速下降。对于ZL捕收剂来说，在pH为7～11时，单矿物石英的浮选回收率与pH呈现负相关。在pH为9之前，随着pH的增加，两种药剂添加方式的精矿回收率减少的速度比较缓慢；在pH为9之后，随着pH增加，两种药剂添加方式的精矿回收率下降的速度明显加快。两种捕收剂浮选中，在同一pH条件下，捕收剂雾化后加入矿浆中的浮选效果都比捕收剂直接滴加的好。

5 不同添加方式下捕收剂在矿物表面吸附量

通过在矿物表面吸附，捕收剂可以使矿物表面的疏水性发生变化，从而影响浮选效果。FX－6、ZL在石英表面的吸附量采用剩余浓度法来测定。测定捕收剂与矿物作用后的残余液中捕收剂的浓度，再计算作用前后的浓度差。由此，对药剂在矿物表面的吸附量进行计算。

5.1 不同添加方式下FX－6在矿物表面吸附量测定

测定吸光度前，须确定FX－6的吸收特征峰。经试验测定，FX－6捕收剂在波长为233 nm处有一较大吸收特征峰，即FX－6的吸光度最大波长为233 nm。在波长为233 nm时，绘制吸光度标准曲线如图7所示。由图7可知，在波长为233 nm时，FX－6用量和吸光度关系几乎为直线，FX－6的R2＝0.997 8，拟合程度好，符合真实吸附情况。FX－6捕收剂用量与矿物表面吸附量的关系如图8所示。

图7 FX－6捕收剂用量与吸光度的标准曲线

由图8可以看出，随着FX－6用量的增加，雾化和滴加的吸附量近似于线性，且随着FX－6用量的增加，矿物吸附量也增加，这和之前FX－6用量浮选试验结果吻合。FX－6通过在矿物表面吸附，可以改变矿物表面的疏水性，从而影响浮选效果。吸附量越大，说明矿物表面吸附的药剂越多，矿物疏水性越强，从而浮选回收率越高。吸附量试验从表面吸附的角度很好地解释了捕收剂用量的浮选试验结果。同时，在FX－6用量一样的条件下，雾化的吸附量都高于滴加。

图8 FX－6用量与矿物表面吸附量的关系

5.2 不同添加方式下ZL在矿物表面吸附量测定

测定的ZL捕收剂同样在波长为233 nm处有一较大吸收特征峰。在波长为233 nm时，绘制吸光度标准曲线图9。ZL捕收剂用量与矿物表面吸附量的关系如图10所示。

由图9可见，在波长为233 nm时，ZL捕收剂用量和吸光度关系几乎为直线，ZL的R2＝0.999 2，拟合程度好，符合真实吸附情况。

图9 ZL捕收剂用量与吸光度的标准曲线

由图10可见，ZL用量与矿物表面吸附量的关系和FX－6的趋势大致是一样的。ZL捕收剂也是随着用量增加，雾化和滴加的吸附量近似于线性。并且，随着ZL捕收剂用量的增加，矿物表面吸附量也增加，这验证了之前ZL捕收剂用量的浮选试验的结果。同样，在ZL用量一样的条件下，雾化的吸附量都高于滴加。

图10 ZL用量与矿物表面吸附量与的关系

6 不同捕收剂加药方式下pH对矿物Zeta电位的影响

在FX－6和ZL用量分别为87.5 mg／L的条件下，用电泳仪测量了矿物表面电位，研究在不同pH条件下，矿物表面电位的变化。其结果如图11所示。

由图11可知，对于FX－6捕收剂的溶液体系，单矿物石英的Zeta电位随着pH增加，矿物表面电位的绝对值越大。pH从7至10，矿物表面电位的绝对值增长速度比较缓慢，从pH为10以后，矿物表面电位的绝对值增长速度变大。产生这种情况的原因是FX－6捕收剂是阴离子捕收剂，吸附在细粒石英单矿物表面，使矿物表面电位变低。这也说明了吸附在矿物表面的药剂量越多，矿物表面疏水性越强，浮选回收率越高。对于ZL捕收剂的溶液体系，随着pH值的增加，矿物表面电位的绝对值反而越来越小。矿物表面电位的绝对值越小，体系越不稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。ZL捕收剂雾化后加入矿浆进行浮选试验的矿物表面电位的绝对值都比直接滴加的大。这也从矿物颗粒层面，解释了pH对浮选回收率的影响。

图11 不同捕收剂加药方式下pH对单矿物石英Zeta电位的影响

7 结 论

以单矿物石英为矿样，从给矿粒度、FX－6和ZL捕收剂用量、pH值这三个方面研究捕收剂雾化和滴加两种方式对浮选效果的影响，并采用吸附量测量和Zeta电位测定探究了药剂的作用机理，得出以下结论：

对于FX－6和ZL两种捕收剂，使用同样的用量或在同一pH值条件下，捕收剂雾化的浮选效果明显比直接滴加要好；细粒级石英单矿物的可浮性比粗粒级的差，与粗粒级石英矿物相比，捕收剂雾化对浮选细粒级石英矿物的效果更好；矿物表面吸附量会随着捕收剂用量的增加而增加，且在捕收剂用量一样的条件下，药剂雾化后在矿物表面的吸附量比滴加的吸附量高。

由此可见，对于捕收剂难溶于水、细粒级难浮的问题，将捕收剂进行雾化处理后使用，使捕收剂的液滴粒径变小，促进捕收剂更均匀地分散在矿浆中与细粒矿物作用，从而使细粒矿物颗粒与气泡充分碰撞，增加了细粒矿物颗粒在气泡表面上的粘附，从而提高细粒矿物的浮选回收率。