・轻金属原料矿山・铝土矿反浮选脱硅研究综述黄传兵(中南大学,湖南长沙410083)摘要:介绍了铝土矿反浮选脱硅的基本原理,技术关键以及国内外铝土矿反浮选脱硅的研究现状,并分析了发展趋势。

关键词:铝土矿;反浮选;脱硅中图分类号:TD456　文献标识码:A　文章编号:10021752(2005)05000704Current status and development trends of desilicationof bauxite by reverse flotationHUAN G Chuan-bing(Cent ral South U niversity,Changsha,Chi na)Abstract:The basic principle and key techniques on reverse flotation for desilication of bauxite were discussed in details,then the current situation of de2 velopment and research have been introduced.Finally the development trends of the desilication were discussed.K ey w ords:Bauxite;Reverse flotation;Desilication 浮选脱硅是依据矿物表面性质的不同,实现矿物分离的有效和经济的方法之一,其可分为正浮选和反浮选两类。

铝土矿中一般硅矿物的含量远低于铝矿物的含量,依据浮少抑多的原则,反浮选是具有发展前途的方法。

与正浮选脱硅相比,铝土矿反浮选脱硅具有以下一些主要特点〔1～2〕:含硅矿物的捕收剂为脂肪胺类;上浮产品产率小,药剂用量低,精矿表面附着的药剂少,易于过滤,水分含量低;对于一水硬铝石型铝土矿,由于一水硬铝石与铝硅酸盐矿物可磨性差别大,易于实现粗磨矿,即在磨矿过程中当硬度较小的硅酸盐矿物满足浮选的粒度要求时,硬度较大的一水硬铝石仍保持较粗粒度,有利于降低磨矿能耗和精矿含水量。

1　反浮选基本原理铝土矿反浮选根据捕收剂的不同可分为阴离子捕收剂反浮选和阳离子捕收剂反浮选两种。

阴离子捕收剂可通过静电力、氢键力、化学吸附和表面化学作用同矿物表面发生作用。

铝土矿中的铝硅酸盐矿物表面等电点值较低,在广泛的p H范围内表面带负电,这样就与阴离子捕收剂之间存在静电斥力作用,氢键作用也较弱。

只有通过化学吸附或化学反应,捕收剂才能在矿物表面形成较强的吸附。

但铝硅酸盐矿物破碎解理时,表面断裂键分别以氢键(高岭石)、分子键(叶蜡石)和离子键(伊利石)为主,使阴离子捕收剂不易与矿物作用,并且几种矿物的可浮性差异较大,不利于反浮选。

为了增加铝硅酸盐矿物表面的阳离子活性中心,需要加入活化剂一金属离子。

由于这三种铝硅酸盐矿物表面均能吸附阳离子,活化浮选可使它们容易与阴离子捕收剂作用,并且减小了这些铝硅酸盐矿物可浮性的差异。

这方面的工作还未见报道,但已有人对几种多价金属阳离子的活化作用进行了探索,结果表明,阳离子活化剂确实可以活化高岭石的浮选,在同样条件下,一水硬铝石的回收率降低了。

阳离子捕收剂反浮选利用的是铝矿物和铝硅酸盐矿物表面动电位的差异。

当矿物表面带负电时,阳离捕子收剂可以通过静电作用吸附于矿物表面。

显然,用阳离子捕收剂浮选需要两方面的协调:一方面,矿物表面带负电,要求浮选矿浆的p H大于矿物表面的零电位点;另一方面,捕收剂的阳离子组份占收稿日期:2005-01-21优势,根据阳离子捕收剂在溶液中的溶解平衡,要求矿浆p H数值小于药剂的离解常数p Ka。

因此阳离子捕收剂以静电力吸附在矿物表面的条件是:矿物1:PZC1<p H<p Ka(PZC1为矿物1的零点位p H值)矿物2:PZC2<p H<p Ka(PZC2为矿物2的零点位p H值)两种矿物分离的条件,某种矿物表面不吸附或吸附较弱的条件是:PZC2<p H<PZC1。

在该条件下,一种矿物表面带正电,而另一种矿物表面带负电,阳离子捕收剂吸附于与之电性相反的矿物表面,使之疏水上浮,实现与另一种矿物的分离。

铝土矿中,一水硬铝石的零电终点在p H6左右,而铝硅酸盐矿物的零电位点在4左右,这样,在p H4～6之间,一水硬铝石和铝硅酸盐矿物表面带有电性相反的电荷,其中铝硅酸盐矿物带负电,易于同阳离子捕收剂作用而上浮。

这正是铝土矿阳离子捕收剂反浮选的理论基础。

2　反浮选技术关键铝土矿反浮选的关键技术问题有以下几方面〔3〕:(1)硅酸盐矿物的强化捕收。

大量事实表明,用阳离子表面活性剂作捕收剂,铝土矿中的三种主要矿物高岭石、叶蜡石和伊利石在很宽的p H范围内可浮性不如一水硬铝石,并且三者之间还存在差异。

反浮选的目的是将这三种矿物浮出,强捕收性、高选择性的捕收剂是关键;(2)一水硬铝石的选择性抑制。

要将具有良好可浮性的一水硬铝石成功抑制,成为槽底产品,工作难度很大,需要性能良好的抑制剂。

已有的试验结果表明,开发新型高效抑制剂强化一水硬铝石的抑制很有必要,且可与一水硬铝石表面形成较强氢键、化学键合的多极性有机高分子可望成为一水硬铝石的选择性抑制剂。

(3)高岭石的强化捕收及与一水硬铝石的选择性分离。

由于高岭石是铝土矿中主要的铝硅酸盐矿物,并且高岭石表面断裂的Si-O键较少,Al-O键较多,与一水硬铝石的可浮性差异小,因此,与一水硬铝石的选择性分离是难点。

(4)与结晶程度高、晶形规则、可浮性好的软质高岭石不同,铝土矿中的高岭石是一种发育很差、呈片状颗粒的硬质高岭石,晶形不规则,结晶程度较低,可浮性较差。

需强化硬质高岭石捕收。

(5)矿泥的选择性分散。

由于磨矿过程中,部分一水硬铝石和铝硅酸盐矿物过分粉碎而形成矿泥,它们之间的互凝及粗粒一水硬铝石的罩盖对阳离子反浮选具有严重的负面影响。

当然,矿物的选择性磨矿、矿物的溶解及溶解组份与矿物的相互作用、混合用药等问题也都是反浮选工艺技术中的重要问题。

3　反浮选研究现状Ishchenko V.V〔4〕等使用十二胺对A/S为2.7～2.4的原矿进行反浮选获得A/S>7的结果。

并通过光谱研究揭示了中性和弱碱性溶液中胺在高岭石表面静电吸附为分子和离子态混和吸附。

An2 ishchenko N.M.〔5〕等使用氯化月桂胺成功地实现了鲕绿泥石与三水铝石的分离。

捕收剂在鲕绿泥石表面的吸附为离子、分子和胶束的化学和物理吸附。

在国内,作为“国家重大基础研究发展规划(973)”项目“提高铝材质量的基础理论研究”专题内容之一的“铝土矿反浮选脱硅基础理论研究”,通过在基础理论、分选工艺等多个方面的研究,铝土矿反浮选脱硅已取得了阶段性的成果。

表1为我国某铝土矿反浮选脱硅的试验结果〔6〕。

产　品产率%品 位Al2O3,%SiO2,%A/SAl2O3回收率%精矿74.1068.98 6.989.8879.23尾矿25.9051.7322.74 2.2720.77原矿100.0064.5111.07 5.83100.003.1　铝土矿主要矿物的晶体结构和表面化学研究 通过晶体结构和表面化学研究找出影响矿物可浮性的内在因素,指导矿物分离工作。

这方面的工作主要由中南大学、北京矿冶研究总院和东北大学三个单位进行。

中南大学的胡岳华、刘晓文等〔7〕系统计算了铝土矿中的各铝硅酸盐矿物晶体单位晶面上的断裂键数,分析了矿物晶体结构、表面润湿性与可浮性的关系,同时考虑了晶格杂质对矿物表面的影响以及矿物晶体结构、可磨性与其浮选行为的联系,发现高岭石、叶蜡石和伊利石三种矿物晶体边面上晶面的单位面积断裂键数皆为Nsi-O{110}< Nsi-O{010}<Nsi-O{100},NAl-O{110}<N Al -O{010}<N Al-O{100}。

在理论上解释了三种矿物晶体边面润湿性的差异,认为矿物结构的差异是影响其表面断裂键数、润湿性、可磨性以及最终表现出的可浮性的内在因素。

这方面的工作是前所未有的,具有重要的参考价值。

随后,东北大学的印万忠和韩跃新等〔8〕从一水硬铝石和高岭石两种矿物的晶体结构入手,对晶体结构中化学键的离子百分数、极性、平均键价和阴、阳离子间的静电力、相对键合强度进行了计算,从多方面说明一水硬铝石解理时大量Al-O键断裂,导致金属阳离子Al3+在矿物表面大量暴露,使矿物表面正电性强,而高岭石解理时是层间氢键断裂,Al-O、Si-O键难以发生断裂,加之类质同象替换使其底面带恒定负电荷,高岭石表面负电荷较强。

正是由于两种矿物表面性质的差异,导致它们在阴、阳离子型捕收剂浮选体系中表现出不同的可浮性。

论文结果为开发和研制具有高选择性的捕收剂和抑制剂提供了理论依据。

崔吉让等〔9〕在归纳总结一水硬铝石和高岭石矿物晶体结构、溶解特性和表面荷电性质的基础上,对高岭石颗粒的分散与聚团行为进行了试验研究和理论计算,认为高岭石的溶液特性及端面与底面荷电性质的差异对颗粒的分散及聚团具有重要的影响。

这部分工作是“九五”攻关中的部分内容,作为基础资料对铝土矿反浮选脱硅同样具有重要意义。

实际上,关于铝硅酸盐矿物晶体及浮选性能的研究己有大量工作,但针对铝土矿中高岭石、叶蜡石和伊利石铝硅酸盐矿物的研究并不多见。

由于铝硅酸盐矿物晶体结构的多样性、不确定性,使得其它有关层状硅酸盐的研究成果不能直接应用于铝土矿中的铝硅酸盐矿物,所以这方面的工作从质和量上都具有很大的难度。

3.2　新型药剂及药剂作用机理研究浮选药剂的研究集中在铝硅酸盐矿物强捕收剂和一水硬铝石抑制剂的合成及作用机理的研究上。

曹学锋、胡岳华等〔10〕以十二胺和丙烯腈为原料,常压合成了阳离子捕收剂N-十二烷基-l,3-丙二胺(DN12),并比较了该药剂与十二胺对铝土矿中高岭石、叶蜡石和伊利石三种铝硅酸盐矿物回收率影响的差异。

浮选试验表明,新药剂对三种矿物的浮选性能高于十二胺,并且最佳浮选p H值范围增大,为实现反浮选创造了有利的条件。

由动电位与红外光谱结果发现,该药剂是通过氢键和静电作用在矿物表面发生吸附的。

但文中没有报道DN12对一水硬铝石可浮性的影响情况,不知其选择性如何。

蒋昊、胡岳华等〔11〕则系统地考察了不同碳链长度的伯胺对铝土矿四种矿物可浮性的影响,发现用不同碳链的烷基胺作捕收剂时,一水硬铝石的浮选p H上限不一样,并且三种铝硅酸盐矿物的可浮性顺序有所不同。

针对浮选中出现的情况,作者根据溶液化学计算、动电位和红外光谱测定作出了解释。

对于一水硬铝石的抑制问题,李海普,胡岳华等〔12～14〕以淀粉为原料,合成了带有不同极性基的变性淀粉,单矿物试验表明,变性淀粉较原淀粉性能优良,其中HL S在酸性条件下可以很好地抑制一水硬铝石的浮选。