疏水絮凝浮选工艺的研究.docx

疏水絮凝浮选工艺的研究feigeoer摘要疏水絮凝浮选（絮团浮选）是一种分选细粒有用矿物的有效方法。这个方法的基础是，首先分散细矿粒，然后通过添加特效吸附的捕收剂使矿粒表面疏水，再在强裂剪切搅拌矿浆时，使有用矿粒选择性絮凝，并添加少量非极性油来强化絮凝过程。本文首先简单叙述了絮团浮选法，再根据试验结果讨论了影响絮团浮选过程的参数，最后介绍了疏水絮凝法的理论研究及几个应用絮团浮选法分选细粒金银矿物、细粒硫化矿和细粒煤的实例。关键词絮团浮选疏水絮凝浮选微细粒近年来，全世界矿物工业面临着需要处理细粒嵌布的矿石和从矿泥中回收有用矿物两个难题的挑战。在这两种情况下，需要设计能经济回收细粒矿物的工艺。在第一种情况下，有用矿物几乎全部以细粒产出，而在第二种情况下，矿泥会干扰粗矿粒的富集，虽然可以直接将矿泥脱去，但是，有用矿物会随矿泥一起损失掉。由于细粒有用矿物会损失和需要处理细矿粒，所以，人们以很大的兴趣寻找新的方法，来改进现有的回收细矿粒的工艺。浮选是目前最常用的选矿方法之一，但是，浮选回收粒度小于10m的矿粒效果并不好。因为细矿粒的浮选速率常数小，从而影响它的浮选动力学。浮选速率常数与颗粒粒度之间的关系为：kooflfltt式中:k-浮选速率常数；dp-矿粒粒度；n-常数，1.5<n<2°由此可知，使细矿粒选择性的团聚可以增大浮选速率常数。自1930年以来，就报导了浮选回收率与细颗粒絮凝有直接关系。富尔斯特瑙等人就报导了以表面活性和润湿性为基础的分选细矿粒的一些方法，如选择性絮凝-沉降法、油团聚-筛分法和载体浮选法。Green等人应用矿物选择性团聚概念，从高岭土中除去锐钛矿，以提高高岭土的质量。将细粒钢钛矿选择性团聚在粗粒方解石上，然后浮选方解石这个方法首先在位于美国乔治亚麦克因特利的飞利普矿物和化学公司选矿厂中工业应用，用于提纯高岭土。文献中还报导了细粒硫化矿物、赤铁矿和锡石的载体浮选。Warren报导了矿浆与油酸钠高强度剪切搅拌，然后浮选粒度小于5m的白鸨矿。Koh等人的研究结果表明，细粒白鸽矿絮凝成粒度为2030m的絮团。这个方法是通过在调浆时的高剪切速度使细矿粒形成絮团，这个方法现在称作剪切絮凝法。文献不仅报导了白鸨矿的剪切絮凝，还报导了用这个方法处理菱镒矿、硫化矿物和孔雀石。这种絮凝与矿粒的疏水性有关。Warren证明，剪切絮凝主要受调浆时的剪切速度和矿粒的疏水化程度的影响。Liu等人发现，细矿粒的絮凝程度决定于矿粒的疏水性。他们指出，接触角越大，絮凝程度越高。Chia等人对锐钛矿载体浮选进行了详细研究，他用方解石作为载体，用油酸钠作为捕收剂。他们指出，表面活性剂吸附层及细矿粒和粗矿粒之间的界面上的电荷决定着细矿粒向粗矿粒上的罩盖。近十年来，在国际刊物上发表的相关论文逐渐增多，其中包括絮团浮选的理论及在处理超细矿粒选矿中的应用。木文首先简单叙述了絮团浮选法的概念，再根据试验结果讨论了影响絮团浮选过程的参数，最后介绍了疏水絮凝法的理论研究及几个应用絮团浮选法分选细粒金银、细粒硫化矿和细粒煤的实例。1疏水絮凝法工艺絮团浮选法是由超细矿粒和煤的分选法演化来的。在絮团浮选过程中，对具有天然疏水性矿粒或吸附有特种表面活性剂而具有疏水性的矿粒进行强疏水絮凝的主要参数烈搅拌可发生选择性絮凝，可通过添加少量非性油强化絮凝过程。添加分散剂，使脉石矿粒稳定呈分散状态。图1表示了絮团浮选的以下几个阶段:分散、选择性疏水化、疏水絮凝和絮团浮选。分散选择性疏水化欢水絮凝,紫团浮选QH图1处理细矿粒的疏水絮凝浮选法（HFF）示意图分散。第一段需要使细矿粒稳定分散，以防止异相凝结发生，否则会降低分选的效果。分散剂应该特效吸附在脉石矿物上，使其具有亲水性。建议在产生细矿粒的磨矿机中添加分散剂。常用的分散剂有水玻璃、六偏磷酸钠、硅氟酸钠、三聚磷酸钠、丹宁和木质磺酸盐。疏水化。疏水化在分散之后进行。添加特效吸附的表面活性剂到矿浆中，使特定矿粒具有疏水性，除非对具有天然疏水性的矿粒不需添加表面活性剂。再添加非极性油，让其在疏水矿粒表面上铺展开，进一步提高矿粒的疏水性。油用量一般为干给矿量的0.2%1.5%。根据表面活性剂的极性基团的特性以及目的矿物表面的化学性质和电性来选择表面活性剂。例如，对于硫化矿物，需要应用在其结构中具有筑基的表面活性剂，如硫醇、黄药、黑药和氨基甲酸盐。疏水絮凝。这一段包括在高剪切速度（高的搅拌速度和长期搅拌）下对细矿粒调浆。在这一段中，由于疏水作用和机械能的输入，细粒疏水颗粒发生团聚。一般在混合槽中进行疏水絮凝操作。这个新的工艺在这一段中需要降低这个方法的能耗。絮团浮选。在最后一段中用空气泡将疏水絮团富集到泡沫层中，然后从体系中除去泡沫，以得到与常规浮选相类似的泡沫精矿。所以，该法可以将超细的目的矿物与细粒脉石矿物分离开。2疏水絮凝法的主要参数絮团浮选法的成功与否主要决定于目的细矿粒的选择性絮凝。在疏水絮凝体系中，影响疏水絮凝的主要参数有颗粒的疏水性、高强度切混合和非极性油的添加（如图2所示）。/粒疏木性一水作用提高疏水性的油桥动能输入图2影响疏水凝凝的主要参数疏水絮凝最根本的因素是要团聚的矿粒具有一定的疏水程度，它是水溶液中矿粒表面之间的疏水作用的根源。直接测量和理论计算结果表明，接触角大于70。的表面之间的疏水引力为双电层和范德华氏力的一到两个数量级。在体系中非极性油的作用是，通过油在疏水表面上铺展开，并将矿粒桥联起来，以强化细矿粒的疏水絮凝。油在疏水表面上的铺展提高了表面的疏水性，油对矿粒的桥联增强了絮团对破裂力的抵抗作用。对悬浮液进行高剪切混合，可使疏水颗粒具有动能，以克服在颗粒之间存在的由双电层排斥力和颗粒表面上的水膜引起的势能垒。另外，高剪切混合可挤压絮团，缩小其占有的空间，使絮团更加结实。2.1 颗粒的疏水性在疏水絮凝过程中，颗粒的疏水性最重要。这从细粒闪锌矿在水悬浮液中疏水絮凝试验结果（图3）可以明显看出。图中表示了在强烈机械搅拌条件下，闪锌矿的接触角对由黄药诱导的闪锌矿疏水絮团粒度分布的影响。从该图可以看出，闪锌矿絮团的粒度随其接触角增大而增大。60。接触角的闪锌矿形成的絮团粒度为40。接触角闪锌矿形成的絮团粒度的2倍。从该图还可以看出，疏水性对接触角大的闪锌矿的影响比对接触角小的闪锌矿的影响更明显。例如，接触角从40。增大到480时，絮团体积平均直径增大4m,而接触角从55°增大60°时，絮团体积平均直径增大6m.这些结果表明，颗粒的疏水性是影响细颗粒在水悬浮液中疏水絮凝的主要因素。I(K)履粒直径加m图3在强烈机械搅拌条件下闪锌矿的接触角对由戊基黄药引起的闪锌矿疏水絮团粒度分布的影响（闪锌矿粒度2Um,搅拌速度700rmin,搅拌时间IOmin）闪锌矿的接触角：O-4<-4«°-5H;A-60不仅可以对由特定的表面活性剂引起疏水作用的细矿粒进行疏水絮凝，而且，可以对天然疏水性的细矿粒进行疏水絮凝。试验观察到，具有高表面负电荷的天然疏水性细粒煤在水悬浮液中发生强烈团聚。颗粒的疏水性使疏水絮凝具有很高的选择性，因为，亲水的颗粒不进入到疏水的絮团中。所以，使目的矿物具有疏水性，而使其它矿物具有亲水性，就很容易使日的矿物选择性团聚。例如，让白鸨矿吸附油酸和让硅酸盐矿物吸附硅酸钠，就可使白铛矿优先于硅酸盐矿物疏水絮凝。另一个实例就是用絮团浮选分离细粒金红石（d50=2m）和细粒闪石（dso=3.2m）.用硅酸钠作为分散剂，用苇基肿酸和煤油作捕收剂，在机械搅拌下，金红石强烈团聚，形成粒度为ck=49m的疏水絮团。在同样条件下，细粒闪石仍然呈分散状态。显然在这种药剂制度下，细粒金红石优先于闪石发生选择性疏水絮凝。2.2 动能输入一般由机械搅拌实现的动能输入是影响水悬浮液中细颗粒疏水絮凝的重要因素，特别是对于无机物细颗粒。研究结果表明，从颗粒之间相互作用的势能来看，胶体和细颗粒悬浮液的团聚稳定性是由阻止颗粒靠近的能垒的存在所决定。对于大多数无机颗粒悬浮液，只在颗粒之间很短的距离范围内才有疏水吸引力存在，因为无论是颗粒天然具有的还是由表面活性剂吸附引起的疏水性都是不强的。这个引力不足以消除能垒，但是可以减小能垒的高度，虽然它们有助于形成很深的能谷。因此，需要强的外加的动能供给疏水的颗粒，以克服能垒，使水悬浮液中的细颗粒发生疏水絮凝。在调浆系统中，只要叶轮大小、反应器的规格、矿浆的体积和固体浓度保持固定，那么搅拌强度主要决定于搅拌速度。在强烈搅拌条件下，搅拌速度对由戊基黄药引起的细粒闪锌矿的疏水絮凝的影响如图4所示。从该图可以看出，临界搅拌速度为8001000rmin,此时获得的絮团粒度最大。超过这个值时，由于涡流的强剪切力会破碎絮团，只剩下小的絮团，甚至呈分散状态。试验结果表明，为了在疏水絮凝中得到最大的团聚程度,需要足够的动能输入。图4调浆时搅拌速度对由戊基黄药引起的细粒闪锌矿的疏水絮凝的影响(闪锌矿粒度为2Pm,搅拌时间10min.黄药浓度IO-moVL,pH6)在疏水絮凝体系中，动能输入与颗粒疏水性之间的关系可从由戊基黄药引起的细粒闪锌矿(-2m)的疏水絮凝试验结果(图5)看出。此时絮团的平均体积直径(dQ约为15m0改变戊基黄药的浓度可以调节闪锌矿的接触角大小。在这个图的曲线右侧区域中，形成了直径较大的絮团(do>15m),而在左侧区域中，形成较小的絮团(d50<lm)。在d5o<15m区域中，距曲线越远处，疏水絮凝作用越弱，相反的是，在d50>15m区域中，距曲线越远处，疏水絮凝作用越强。这表明，闪锌矿的接触角越大，疏水絮凝所需要的搅拌强度越小。605555451o>l5)K月4<N)搅拌速度/rmn图5由戊基黄药处理后的闪锌矿的接触角与疏水絮凝中矿浆搅拌速度之间的关系由于动能输入的影响，疏水絮凝一般都需要较高的功率消耗，需要多台搅拌槽搅拌，因此该法的基本投资和生产费用比较高。因而限制了疏水絮凝在细粒矿物选矿中的应用。例如，剪切絮凝和油团聚都属于疏水絮凝方法，虽然早就发现用这两种方法可以从矿石中分离有用细粒矿物和分选细泥，由于经济效益问题，影响了它们在工业上的应用。所以人们很关注在疏水絮凝过程中降低搅拌强度，缩短搅拌时间。应用以下三个方法可以达到上述目的：D增强要絮凝的细矿粒的疏水性。从图5结果可以看出，在疏水絮凝体系中，随着颗粒疏水性的增强，所需要的搅拌强度减弱。合理使用捕收剂可以使要絮凝的细粒矿物具有很强的疏水性，这样做不仅可以增强矿粒的团聚程度（增大絮团尺寸和强度），而且可以减小动能输入数量。2）在磨矿机中同时进行磨矿和疏水絮凝。实践证明，只有磨矿机的一部分能耗用在颗粒磨细和生成新表面上。外加能量可以形成疏水絮团。因此，疏水絮凝可以在具有强紊流的产生细颗粒的磨矿机中进行。用Szegk磨矿机对细粒煤进行了疏水絮凝试验，然后用絮团浮选除去细粒矿物和黄铁矿。该法获得了很好的试验结果（硫和灰分高的脱除率和煤的高回收率）。其分选指标与在强烈长时间高速搅拌槽中疏水絮凝后絮团浮选结果相近。在这个方法中，不需要搅拌槽，因此节省了设备投资和安装费及动力消耗。3）在高固体浓度下搅拌矿浆。试验结果表明，如果在疏水絮凝体系的调浆过程中采用高固体浓度，那么只需要较少的动能就可获得相同的团聚程度。在高固体浓度下，颗粒之间的空间比较小，细粒之间的碰撞几率增大。此时同体积设备处理矿石的能力加大，所以在高固体浓度下调浆可以降低能耗。此时只需要较小的调浆槽，大大降低了设备的投资和安装费用。2.3 非极性油的添加添加非极性油可以大大强化疏水絮凝过程。这种强化过程可以从试验结果观察到。由戊基钾黄药引起的细粒方铅矿疏水絮团的平均直径与煤油浓度之间的函数关系如图6所示。从该图可以看出，随着煤油浓度的增大