酸性水玻璃對硅鈣鎂質(zhì)膠磷礦的選擇性抑制

酸性水玻璃對硅鈣鎂質(zhì)膠磷礦的選擇性抑制

長期以來，浮動(dòng)選擇一直是磷礦富集的主要領(lǐng)域。由于硅鈣(鎂)質(zhì)膠磷礦石中,磷礦物嵌布粒度非常微細(xì),且伴生的硅鈣(鎂)脈石礦物又與磷礦物可浮性相近,用脂肪酸作捕收劑選擇性不好,彼此難以分開,所以應(yīng)用高效抑制劑選擇性抑制脈石,是膠磷礦浮選的重要措施之一。磷礦浮選過程中水玻璃主要用作硅質(zhì)脈石礦物(主要是石英)的抑制劑。生產(chǎn)上用的水玻璃實(shí)際上是硅酸鹽的混合物,其中包括硅酸鈉(Na2SiO3)、原硅酸鈉(Na2SiO4)和二硅酸鈉(Na2Si2O5)等多種成分。一般其化學(xué)分子式寫成Na2O·mSiO2,m=2.2~3即硅鈉比,常稱為水玻璃的模數(shù)。水玻璃對石英的抑制,主要是HSiO3-選擇性地吸附于石英表面使其親水性增強(qiáng)而引起的。然而,當(dāng)石英表面被Ca2+、Mg2+等金屬陽離子污染活化后,普通水玻璃對石英失去選擇性抑制作用,試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),此時(shí)采用酸性水玻璃作為石英的抑制劑具有顯著的效果。本文以某硅鈣(鎂)質(zhì)膠磷礦的選礦試驗(yàn)結(jié)果為例說明這一點(diǎn),并對酸性水玻璃的抑制作用機(jī)理進(jìn)行了研究探討。1原礦多元素地球化學(xué)試驗(yàn)所用磷礦為硅鈣(鎂)質(zhì)磷塊巖,屬海相沉積層狀磷塊巖礦床。礦石中磷礦物以膠磷礦、細(xì)晶磷灰石為主,脈石礦物主要有石英、白云石、次為方解石、玉髓、褐鐵礦、軟錳礦、長石、白云母、水白云母、海綠石、高嶺石、金紅石、鋯石等。原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果(%):P2O520.18,CaO40.13,MgO3.93,SiO215.15,Al2O30.51,Fe2O31.16,CO29.02,F2.60,A.I14.64,燒失11.36,K2O0.36,Na2O0.19,磷物相分析結(jié)果列于表1。上述分析結(jié)果表明:選礦需除去的雜質(zhì)主要是石英和含鈣(鎂)的碳酸鹽脈石礦物。膠磷礦是選礦回收P2O5的主要礦物,其P2O5占磷總量的絕大部分,其他脈石礦物中的P2O5占磷總量的極小部分。對硅鈣(鎂)質(zhì)膠磷礦一般采用正浮選脫硅,反浮選除鈣鎂的正—反浮選工藝,本文討論正浮選脫硅的研究結(jié)果。2氮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對po2和po5回收率的影響試驗(yàn)采用一次粗選回收P2O5的流程,用油酸作磷礦物的捕收劑,普通水玻璃(模數(shù)2.3)或酸性水玻璃為石英的抑制劑。酸性水玻璃的配制方法為:先分別配取5%濃度的普通水玻璃及硫酸水溶液,然后按一定的比例混合而得?；旌媳壤苯記Q定著酸性水玻璃的使用效果,是制備酸性水玻璃的關(guān)鍵。圖1和圖2是兩種水玻璃抑制劑在不同用量下的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)表明,酸性水玻璃用量在4~5kg/t時(shí),磷精礦中雜質(zhì)SiO2含量可降至10.20%以下,而P2O5回收率以4kg/t時(shí)最好,超過5kg/t的用量時(shí)則回收率明顯下降。普通水玻璃隨用量增大,雜質(zhì)SiO2含量雖略有降低但變化不大,精礦SiO2的含量很難降到13%以下,而精礦P2O5回收率即使在最佳水玻璃用量(5~6kg/t)條件下也未超過90%,說明酸性水玻璃對石英的選擇性抑制作用比普通水玻璃要好。試驗(yàn)曾使用其他有機(jī)類抑制劑,但抑制效果不如上述兩種藥劑。3關(guān)于酸性水玻璃的作用機(jī)制的討論酸性水玻璃在磷礦浮選中對石英的選擇性抑制作用,可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究探討。3.1金屬離子和hsio3赫爾曼根據(jù)對水玻璃的研究,提出水玻璃在水中的解離過程按下面的反應(yīng)進(jìn)行:由以上反應(yīng)式可知,在堿性介質(zhì)中(浮選pH值=10~11)水玻璃主要以HSiO3-存在,它除了對硅酸鹽礦物有抑制作用外,由于磷灰石吸附Ca2+、Mg2+等金屬陽離子后表面電性為正(見圖3),HSiO3-同時(shí)也會因電性作用吸附于磷灰石表面產(chǎn)生抑制作用。而酸性水玻璃的水解產(chǎn)物主要為分散狀態(tài)的硅膠體[nSiO2],它是水玻璃最具活性的形式,其抑制作用最強(qiáng)。因?yàn)楣杷猁}礦物表面有硅氧四面體群,容易成為硅膠體聚合物的聚合中心,因此能夠較多地吸附活化硅膠體顯示出較強(qiáng)的抑制作用。而硅膠體對磷灰石則沒有電性吸附作用,因而酸性水玻璃具有選擇性抑制作用。3.2ca2+、me2+離子液體磺酸鹽預(yù)處理對硅鈣(鎂)質(zhì)膠磷礦,其Ca2+、Mg2+會使石英表面污染活化。Fuerstenon等對各種金屬離子在石英表面吸附狀態(tài)的研究表明,金屬離子在石英表面會發(fā)生吸附,且吸附發(fā)生在金屬離子生成第一堿式絡(luò)離子(如CaOH+和MgOH-等)的pH范圍內(nèi),并且提出了第一堿式絡(luò)離子在石英表面進(jìn)行特性吸附的兩種機(jī)理(圖4)。由于金屬陽離子的吸附,致使石英表面性質(zhì)發(fā)生變化,原來帶負(fù)電的表面變?yōu)榫植繋д?金屬陽離子成為活性點(diǎn),因此用脂肪酸類陰離子捕收劑浮選時(shí),石英也會被浮。而Ca2+、Mg2+離子生成第一堿式絡(luò)離子的pH值范圍是在弱堿性及堿性范圍內(nèi),當(dāng)加入酸性水玻璃時(shí),Ca2+、Mg2+離子會因酸洗作用而脫離石英表面進(jìn)入液相,從而使石英失去活性。Fuerstenon等對石英純礦物加金屬鹽類活化試驗(yàn)的研究結(jié)果證實(shí)了這點(diǎn),當(dāng)加Ca2+、Mg2+金屬離子時(shí),在弱堿性及堿性介質(zhì)中石英受到活化而上浮,但在酸性介質(zhì)中石英不上浮。說明在酸性介質(zhì)中石英失去活化,酸能使石英表面吸附的Ca2+、Mg2+離子脫附。3.3酸性水玻璃消泡作用眾所周知,用脂肪酸類捕收劑浮選磷礦時(shí),浮選泡沫發(fā)粘不容易消泡。泡沫發(fā)粘使泡沫層變厚加大了浮選負(fù)荷,使脈石礦物易夾帶上浮影響選別指標(biāo),使精、尾礦不容易澄清處理,甚至嚴(yán)重時(shí)使浮選過程無法進(jìn)行。試驗(yàn)表明,酸性水玻璃具有極強(qiáng)的消泡作用,酸性水玻璃的這一消泡作用大大有助于改善浮選泡沫特性,對于精選除雜極為有利。酸性水玻璃的消泡作用能使浮選泡沫層產(chǎn)生較強(qiáng)的二次富集作用,即泡沫層中上層的氣泡迅速地破裂或兼并,可浮性好的磷灰石會被下層的泡沫繼續(xù)帶上上浮,而夾帶在泡沫中的雜質(zhì)及少量可浮性差的連生體則有機(jī)會從泡沫中除去,能提高浮選的選擇性。4酸性水玻璃主要抑菌效果(1)用脂肪酸類捕收劑浮選硅鈣(鎂)質(zhì)膠磷礦時(shí),酸性水玻璃對被Ca2+、Mg2+離子活化的硅酸鹽礦物具有顯著的抑制作用,其選擇性抑制效果比常規(guī)水玻璃等抑制劑效果明顯。(2)酸性水玻璃的水解產(chǎn)物主要為呈分散狀態(tài)的硅膠體[nSiO2],它是水玻璃最