类聚絮凝提高微细粒矿物浮选分离效率的基础研究

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微细粒矿物在浮选过程中容易造成有价矿物回收率低和亲水脉石矿物机械夹带的问题,这是利用浮选法有效分离微细粒矿物的挑战性所在。目前大多数研究着重提高微细粒目的矿物的回收率,但是仍然高度分散在浮选矿浆中的微细粒亲水矿物(通常是脉石),由于其粒度和质量非常小,无法克服流体拖曳力而易以机械夹带的形式被运移至浮选精矿中,从而造成精矿品位和浮选分离效率的降低。根据“物以类聚”的思想,论文提出通过类聚絮凝提高微细粒矿物浮选分离效率的新方法。通过分别絮凝疏水矿物和亲水矿物,形成表观粒径适宜的疏水絮团和亲水絮团,然后再进行浮选分离。该方法在浮选过程中可同时减少微细粒脉石矿物的机械夹带和强化微细粒目的矿物的浮选回收。论文以类聚絮凝-浮选为核心研究思路,以减少微细粒脉石矿物机械夹带、强化微细粒目的矿物浮选回收、类聚絮凝-浮选提高微细粒矿物的浮选分离效率为研究主线,针对D50、D90分别为2.4 μm、6.2μm的微细粒方铅矿和D50、D90分别为3.7 μm、11.1 μm的微细粒石英及二者的人工混合矿样为研究对象,对聚合氯化铝(PAC)和聚氧化乙烯(PEO)作用下的类聚絮凝、浮选分离及其作用机理展开了深入研究。微细粒石英浮选夹带行为的类聚调控研究表明,PAC能够有效减少微细粒石英的机械夹带,提高浮选分离效率。PAC可将石英夹带回收率从9.2%减少至5%、浮选分离效率从73.9%提高到80%。研究表明,PAC减少石英机械夹带的机理是PAC絮凝微细粒石英形成了石英絮团,但对微细粒方铅矿没有表现出絮凝作用。PAC在石英表面的吸附速率大于方铅矿,在方铅矿-石英矿浆体系中PAC会优先吸附于石英表面,因此较低浓度的PAC不会降低方铅矿的浮选回收率,但其浓度大于150mg/L后,PAC和乙基黄药(KEX)的加药顺序对方铅矿的浮选回收率有很大影响,“KEX+PAC”加药顺序(先加KEX)的浮选指标优于“PAC+KEX”(先加PAC)加药顺序的浮选指标。微细粒方铅矿浮选过程的类聚强化研究表明,将分子量为100万的PEO和KEX联合使用能够有效强化混合矿样中微细粒方铅矿的浮选回收,提高浮选分离效率。研究发现分子量为800万的PEO能够絮凝微细粒方铅矿和石英,没有选择性,分子量为100万的PEO则不能直接絮凝微细粒方铅矿或石英,但是经过KEX作用后,分子量为100万的PEO能够显著絮凝方铅矿,而对微细粒石英仍没有表现出絮凝作用,与“PEO+KEX”加药顺序相比,“KEX+PEO”加药顺序更有利于絮凝方铅矿,也更有利于强化方铅矿浮选回收。尽管泡沫稳定性研究表明PEO因增强泡沫稳定性而会略微增大微细粒石英的机械夹带,但是联合使用KEX和PEO可将方铅矿回收率从83.1%提高至94%、浮选分离效率从73.9%提高至82%。基于微细粒石英浮选夹带行为的类聚调控和微细粒方铅矿浮选过程的类聚强化的研究基础,深入展开了微细粒方铅矿和石英体系类聚絮凝-浮选的研究,其中PAC、PEO和KEX这三种药剂在矿物表面的吸附顺序及吸附量起决定性作用。联合使用这三种药剂且加药顺序为“KEX+PEO+PAC”,石英夹带回收率从9.2%减少至6.6%、方铅矿回收率从83.1%提高至90.2%,浮选分离效率从73.9%提高至83.6%,既减少了微细粒石英的机械夹带,又强化了微细粒方铅矿的浮选回收。这是由于黄原酸盐在方铅矿颗粒表面发生化学吸附,增大了方铅矿的疏水性,PEO的单个分子链可通过其中的-CH2-CH2-以疏水作用力的机制吸附到多个方铅矿颗粒上,而PAC水解产物中的亲水铝羟基吸附于方铅矿上降低其疏水性,弱化了“KEX+PEO”加药顺序对微细粒方铅矿的絮凝效果;先加入的KEX减少了 PAC在方铅矿颗粒表面的吸附量,黄原酸盐在方铅矿颗粒表面的化学吸附能够在一定程度上抑制PAC在方铅矿表面的吸附;QCM-D分析表明,先添加的PEO几乎不影响PAC在石英表面的吸附。因此,“KEX+PEO+PAC”加药顺序最有利于分别絮凝微细粒方铅矿和微细粒石英,通过类聚絮凝实现提高微细粒矿物浮选分离效率的目的。为絮凝表面荷负电的微细粒亲水脉石矿物,可选择水解组分主要为阳离子的高分子聚合物或阳离子絮凝剂,综合考虑PAC的絮凝能力和因亲水性对疏水矿物疏水性的影响,PAC不会对疏水矿物表现出絮凝作用;捕收剂作用于矿物表面对PEO的吸附和絮凝作用具有协同效应,PEO是一种絮凝微细粒疏水矿物的有效絮凝剂,通过利用捕收剂作用于目的矿物表面增大表面疏水性和选择适宜分子量的PEO,将PEO和捕收剂联合使用能够选择性絮凝微细粒疏水矿物。论文研究成果不只限于PAC、PEO、方铅矿和石英组成的药剂-矿物浮选体系,捕收剂作用于矿物表面对聚合物吸附的协同效应及由此产生的选择性可能同样存在于其他的药剂-矿物浮选体系中,通过调整药剂制度进行界面调控,形成有利于分别絮凝微细粒疏水矿物和亲水矿物的先决条件,实现通过类聚絮凝提高微细粒矿物浮选分离效率的目的。
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