分散-絮凝对某微细粒磁铁矿弱磁精选效果的影响

分散-絮凝对某微细粒磁铁矿弱磁精选效果的影响
苏涛;陈铁军;张一敏;胡佩伟;冯杨
【摘要】甘肃某微细粒嵌布的贫磁铁矿石因最终磨矿产品粒度极细,常规弱磁选指标较差。

为改善选别效果、提高分选指标,对弱磁精选前的分散—选择性絮凝条件进行了研究,并借助激光粒度分析仪对分散—絮凝效果进行了测定。

结果表明：矿石在磨矿1细度为-74μm占90．43%、磨矿2细度为-30μm占93．45%、弱磁精选1分散剂六偏磷酸钠用量为500 g/t,絮凝剂CMS用量为750 g/t,矿浆
pH=11情况下,采用磨矿1—弱磁粗选—磨矿2—2次弱磁精选流程处理,最终获得铁品位为62．82%、铁回收率为79．12%的铁精矿,该精矿比常规弱磁精矿铁品位和铁回收率分别提高了1．28和5．08个百分点。

分散—絮凝机理分析表明：在分散状态下,磁铁矿表面电荷负值较石英小,阴离子型絮凝剂CMS可通过氢键作用选择性吸附磁铁矿颗粒,显著增大磁铁矿微细颗粒的粒径,从而改善磁选效果、提高选矿指标。

%The beneficiation index of conventional low intensity magnetic separation is poor in treating a micro-fine dis-seminated and low grade magnetite ore from Gansu. To improve beneficiation effect and increase separation index,dispersion-selective flocculation conditions research before low intensity magnetic separation was studied,and the dispersion-flocculation effect were determined with laser particle size analyzer. The results showed that:iron concentrate with iron grade of 62. 82%, iron recovery of 79. 12% was ultimately obtained with first stage grinding fineness of -74 μm accounted for 90. 43%,second stage grinding fineness of -30 μm accounted for 93. 45%,low intensity magnetic separation one with sodium hexametaphos-phate as dispersion of 500
g/t,carboxymethyl starch(CMS) as flocculation of 750 g/t,pulp pH of 11,via grinding 1-low inten-sity magnetic rough separation-grinding 2-two times low intensity magnetic cleaning separation process,the grade and recovery of iron concentrate increased by 1. 28 and 5. 08 percentage points compared with the conventional low intensity magnetic con-centrate. Dispersion-flocculation mechanism analysis showed that:little absolute value of surface charge compared with quartz makes Polymer CMS adsorbed on the surface of magnetite by hydrogen bond in dispersion condition,which lead to increased particle size of fine magnetite
ore,improve the magnetic separation effect and the beneficiation indexes.【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】5页(P83-87)
【关键词】微细粒嵌布的磁铁矿;分散;选择性絮凝;弱磁选
【作者】苏涛;陈铁军;张一敏;胡佩伟;冯杨
【作者单位】武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081;武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081; 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室，湖北武汉430081;武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081; 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室，湖北武汉430081;武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081; 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室，湖北武汉430081;武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉430081
【正文语种】中文
【中图分类】TD923+.2;TD924.1+2
微细粒嵌布的磁铁矿石属典型的难选铁矿石，在高品位、易选铁矿石资源匮乏的我国，开展此类矿石的选矿试验研究很有必要[1-5]。

在解决微细粒目标矿物捕集困
难问题过程中，有选矿工作者发现，某些有机絮凝剂的高分子对微细粒目的矿物具有吸附和“桥联”作用，使目的矿物发生絮团，达到增大目的矿物粒径、优化选矿指标的效果[6-9]。

高分子选择性絮凝—浮选工艺可有效改善微细粒磁、赤铁矿石
选别效果的报道已累见不鲜[10-11]，而高分子选择性絮凝—弱磁选工艺在微细粒磁铁矿石选别中的应用却鲜见报道，因此，开展此方面的研究意义重大。

甘肃某微细粒嵌布的磁铁矿石资源处于待开发状态，苏涛等[12]的研究表明，采用磨矿1(-74 μm占90.43%)—弱磁粗选—磨矿2(-30 μm占93.45%)—2次弱磁精选流程处理矿石，最终可获得铁品位为61.54%、回收率为74.04%的铁精矿。

由
于该试验指标不够理想，笔者在选择性絮凝—弱磁选工艺基础上，结合分散剂可
阻碍不同矿物颗粒无序团聚理论，采用分散—选择性絮凝—弱磁选工艺对矿石进
行了选别试验。

试验矿石成分复杂，主要矿物有磁铁矿和石英，其次有长石、白云石、菱铁矿、赤铁矿、绢云母、铁白云石、方解石等。

磁铁矿是矿石中的主要含铁矿物，多呈自形、半自形细小晶粒浸染或稠密浸染于脉石矿物中，偶见其边缘被赤铁矿交代，粒度小于38 μm的占90%，大于74 μm的仅占1%，见图1。

石英是矿石中主要脉石矿物，多呈微细粒集合体团粒状或脉状零散分布，常与长石毗邻连生，嵌布粒度极不均匀，主要为150～0 μm，-38、-74 μm粒级分别占50%和87%，见图2。

矿
石主要化学成分分析结果见表1，矿物组成见表2，铁物相分析结果见表3。

由表1可知：矿石铁品位为28.36%，有害元素S、P含量较低，但SiO2含量较
高。

由表2可知：矿石中主要铁矿物为磁铁矿，其他铁矿物含量均不高；主要脉石矿物石英，其他脉石矿物长石、白云石、铁白云石、绢云母、方解石等含量都不低。

由表3可知：矿石中的铁主要为磁性铁，占总铁的88.75%，碳酸铁、赤铁矿中铁等含量均不高。

试验流程见图3。

3.1 分散效果试验
矿物颗粒在矿浆中良好的分散状态是实现选择性絮凝的前提。

分散效果试验是将磨矿2的产品置于搅拌分散机中，矿浆浓度调至15%后加入分散剂，用HCl和NaOH调整pH值，搅拌5 min(转速900 r/min)后沉降10 min，根据沉降物的质量算出悬浮物的质量，定义悬浮物的质量占总质量的分数为分散度。

3.1.1 分散剂种类和用量试验
试验所用分散剂有六偏磷酸钠、水玻璃和NaOH，分别考察分散剂种类和用量对矿浆分散度的影响，以六偏磷酸钠和水玻璃为分散剂时的矿浆pH=11，试验结果见图4。

由图4可知：无论采用何种分散剂，随着分散剂用量的增加，分散度均先显著上升后趋于稳定；3种分散剂比较，六偏磷酸钠用量为500 g/t时的分散效果最好。

因此，选用六偏磷酸钠为分散剂，用量为500 g/t。

3.1.2 pH值试验
在六偏磷酸钠用量为500 g/t情况下，考察了矿浆pH值对分散度的影响，试验结果见图5。

由图5可知：pH值从10.0提高至11.0，矿浆的分散度明显提高；继续提高矿浆的pH值，分散度小幅下降。

因此，确定矿浆的pH=11.0。

3.2 分散—絮凝—弱磁选试验
将磨矿2的产品置于搅拌分散机中，矿浆浓度调至15%后依次加入六偏磷酸钠(500 g/t)和絮凝剂，并用HCl和NaOH调整矿浆的pH值，搅拌10 min(250
r/min)再进行弱磁选。

3.2.1 絮凝剂种类和用量试验
借鉴前人关于铁矿石选择性絮凝试验的成果[7,13]，对常用絮凝剂羧甲基玉米淀粉(CMS)、腐植酸钠和普通玉米淀粉的絮凝效果进行了研究，试验的pH=11，结果
见图6、图7。

由图6、图7可知：无论采用何种絮凝剂，随着絮
凝剂用量的增加，弱磁选精矿铁品位和回收率均先升后降。

这是因为药剂用量不足会产生絮凝失效，若矿物颗粒吸附药剂过量则会使已絮团体重新分散，发生“胶体保护”[14]。

综合考虑，选择CMS为絮凝剂，用量为750 g/t。

3.2.2 pH值试验
pH值试验的CMS用量为750 g/t，试验结果见图8。

由图8可知：随着矿浆pH值的增大，弱磁选精矿铁品位和回收率均先上升后下降，高点均在pH=11时，因此，确定pH=11，对应的精矿铁品位为62.82%，回收
率为79.12%。

3.3 分散—絮凝效果试验
将微细粒磁铁矿单矿物、石英单矿物和磨矿2产品分别置于搅拌分散机中，矿浆
浓度调至15%，然后依次加入分散剂六偏磷酸钠500 g/t、絮凝剂CMS750 g/t，并用NaOH调整矿浆至pH=11，然后用激光粒度分析仪测定絮凝前后产品的粒度，结果见图9。

根据图9可知：分散—絮凝后磨矿2产品、磁铁矿和石英的平均粒径从24.30、12.45和7.97 μm提高至38.37、22.35和8.97 μm，提高幅度分别达57.90%、79.52%和7.53%。

由此可见，在pH=11、六偏磷酸钠分散的情况下，CMS对磁
铁矿有强絮凝作用，对石英的絮凝作用则十分微弱。

因此，分散—絮凝后磨矿2产品平均粒度的上升主要有赖于CMS对其中的磁铁矿的选择性絮凝作用，为微细粒磁铁矿的弱磁选回收和磁铁矿与脉石矿物的弱磁选分离创造了条件。

3.4 机理分析3.
4.1 分散机理分析
磁铁矿单矿物和石英单矿物在不同酸碱度下与六偏磷酸钠作用前后的Zeta电位见图10。

由图10可知：磁铁矿与六偏磷酸钠作用后的Zeta电位大幅度下降，而石英与六偏磷酸钠作用后的Zeta电位仅小幅下降；在碱性矿浆中，磁铁矿和石英与六偏磷酸钠作用后的Zeta电位均为负值，且pH值越高Zeta电位越低。

这是由于溶液中引入OH-以及六偏磷酸钠电离出的吸附于固体颗粒表面，增大了颗粒表面的电荷负值。

根据DLVO经典理论，微细粒矿物颗粒体系的稳定分散由范德华引力能和双电层斥力能的平衡来调控，其中双电层斥力能的大小与颗粒表面电荷的平方呈正比。

因此，溶液pH值的提高以及六偏磷酸钠的加入提高了颗粒表面的电荷负值，导致矿浆的分散度提高。

3.4.2 絮凝机理分析
将经六偏磷酸钠(500 g/t)和CMS(750 g/t)处理过的磨矿2产品和未经处理的磨矿2产品分别用去离子水冲洗后进行红外光谱分析，结果见图11。

由图11可知：磁铁矿+CMS的红外光谱471和 1 080 cm-1处为Fe—O的弯曲振动吸收峰，543 cm-1处为Fe—O的伸缩振动吸收峰，1 400、3 445 cm-1处为氢键缔合的—OH弯曲振动吸收峰，1 624 cm-1处为COO—的不对称伸缩振动吸收峰[15]。

其中1 400、
3 445、1 62
4 cm-1处是CMS中官能团的特征峰，由此可知，CMS在磁铁矿颗粒表面产生了吸附。

CMS与矿物颗粒产生的吸附主要可能由静电引力和氢键作用造成，而磁铁矿在该
分散条件下的表面电荷为负值，因此，与阴离子型的CMS所产生的吸附只能是氢键作用，而不可能是静电吸附。

综上所述，CMS在磁铁矿颗粒表面的吸附，主要是因CMS中的—OH和—COOH与颗粒表面的氧原子形成氢键作用；而石英颗粒在试验矿浆状态下，表面
电荷负值较大，氢键作用不能克服静电斥力，因而很难被阴离子型絮凝剂CMS吸附，在矿浆中呈现分散状态。

(1)甘肃某微细粒嵌布的磁铁矿石铁品位为28.36%，主要铁矿物为磁铁矿，脉石矿物种类繁多，主要为石英，其次为长石、白云石、菱铁矿、赤铁矿、绢云母、铁白云石、方解石等。

磁铁矿多呈自形、半自形细小晶粒浸染或稠密浸染于脉石矿物中，粒度小于38 μm的占90%；石英多呈微细粒集合体团粒状或脉状零散分布，常与长石毗邻连生，嵌布粒度极不均匀，主要为150～0 μm，-38 μm粒级占50%。

采用磨矿1(-74 μm占90.43%)—弱磁粗选—磨矿2(-30 μm占93.45%)—2次弱磁精选流程处理矿石，最终获得铁品位为61.54%、回收率为74.04%的铁精矿。

(2)矿石在磨矿1细度为-74 μm占90.43%、磨矿2细度为-30 μm占93.45%、
弱磁精选1分散剂六偏磷酸钠用量为500 g/t，絮凝剂CMS用量为750 g/t，矿
浆pH=11情况下，采用磨矿1—弱磁粗选—磨矿2—2次弱磁精选流程处理，最终获得铁品位为62.82%、铁回收率为79.12%的铁精矿。

(3)分散—絮凝后的弱磁精选精矿铁品位和铁回收率比直接弱磁精选精矿铁品位和
铁回收率分别提高1.28和5.08个百分点。

因此，该微细粒磁铁矿在弱磁精选前宜先分散—絮凝。

【相关文献】
[1] 陈雯.贫细杂难选铁矿石选矿技术进展[J].金属矿山,2010(5):55-59.
Chen Wen.Technological progress in processing low-grade fine-grained complicated refractory iron ores[J].Metal Mine,2010(5):55-59.
[2] 吴蓬，吕宪俊，邱俊.超贫微细粒难选磁铁矿的磁选试验研究[J].矿物岩石,2015(1):7-12. Wu Peng，Lu Xianjun，Qiu Jun.Study on the mineral processing of a super low grade and microgranular magnetite ore[J].Journal of Mineralogy and Petrology，2015(1):7-12. [3] 唐雪峰，余永富，陈雯.某微细粒嵌布贫铁矿合理选矿工艺研究[J].矿冶工程,2010(1):41-43. Tang Xuefeng,Yu Yongfu,Chen Wen.Study on rational beneficiation technology of lean iron ore with fine disseminated minerals[J].Mining and Metallurgical Engineering，
2010(1):41-43.
[4] Arol A I,Aydogan A.Recovery enhancement of magnetite fines in magnetic separation[J].Colloids and Surfaces A,2004(1):151-154.
[5] Wei Sungn Ng,Rowan Sonsie,Elizaveta Forbes，et al.Flocculation/flotation of hematite fines with anionic temperature responsive polymer acting as a selective fiocculant and collector[J].Minerals Engineering,2015,77:64-71.
[6] 刘有才，林清泉，符剑刚，等．永州某高泥细粒贫赤铁矿选矿工艺研究[J].矿冶工
程,2013(6):42-45.
Liu Youcai,Lin Qingquan,Fu Jiangang,et al.Beneficiation of low-grade highly-mudded fine hematite ore from Yongzhou[J].Mining and Metallurgical Engineering,2013(6):42-45. [7] 于洋，牛福生，吴根．选择性絮凝工艺分选微细粒弱磁性铁矿技术现状[J].中国矿
业,2008(8):91-93.
Yu Yang，Niu Fusheng，Wu Gen.Selectivity flocculation technology present situation of microfine weakly magnetic iron minerals[J].China Mining Magazine,2008(8):91-93.
[8] Huang Yangfang,Han Guihong,Liu Jiongtian,et al.A facile disposal of Bayer red mud based on selective flocculation desliming with organic humics[J].Journal of Hazardous Materials,2016,301:46-55．
[9] Mathur S,Singh P,Moudgil B M.Advance in selective flocculation technology for solid-solid separations[J].Mineral Processing,2000(3):201-222.
[10] 李凤久，牛福生，倪文．微细鲕状赤铁矿颗粒絮凝行为研究[J].金属矿山,2009(11):54-56. Li Fengjiu,Niu Fusheng,Ni Wen.Study on flocculation behavior of fine oolitic hematite ores[J].Metal Mine,2009(11):54-56.
[11] 黄传兵，陈兴华，兰叶，等．选择性絮凝技术及其在矿物分选中的应用[J].矿业工
程,2005(3):27-29.
Huang Chuanbing,Chen Xinghua,Lan Ye,et al.Selectivity flocculation technology and application in mineral selective separation[J].Mining Engineering,2005(3):27-29.
[12] 苏涛，陈铁军，张一敏，等．微细嵌布贫磁铁矿可选性研究[J]．矿业研究与开
发,2015(12):38-42.
Su Tao,Chen Tiejun,Zhang Yimin,et al.The separation study on micro-fine disseminated and low-grade magnetite[J].Mining Research and Development,2015(12):38-42.
[13] 孙达．提高微细赤铁矿颗粒选矿回收率的试验研究[D]．唐山：河北理工大学，2008. Sun Da.Experimental Research on Enhancing Recovery Rate of Fine Hematite
Particle[D].Tangshan:Hebei Polytechnic University,2008.
[14] 陈婉琪，张芹，王天正，等．絮凝剂对细粒铁精矿沉降效果的影响[J]．金属矿
山,2015(10):95-99.
Chen Wanqi,Zhang Qin，Wang Tianzheng,et al.Influence of flocculants on sedimentation effect of ultrafine hematite[J].Mining Engineering,2015(10):95-99.
[15] 回瑞华，关崇新，侯冬岩．羧酸及其盐红外光谱特性的研究[J]．鞍山师范学院学
报,2001(1):95-98.
Hui Ruihua,Guan Congxin,Hou Dongyan.Study on IR characteristics of carboxylic acid and thir salts[J].Journal of Anshan Teachers College,2001(1):95-98.。