酸性水玻璃对硅钙镁质胶磷矿的选择性抑制

酸性水玻璃对硅钙镁质胶磷矿的选择性抑制

长期以来，浮动选择一直是磷矿富集的主要领域。由于硅钙(镁)质胶磷矿石中,磷矿物嵌布粒度非常微细,且伴生的硅钙(镁)脉石矿物又与磷矿物可浮性相近,用脂肪酸作捕收剂选择性不好,彼此难以分开,所以应用高效抑制剂选择性抑制脉石,是胶磷矿浮选的重要措施之一。磷矿浮选过程中水玻璃主要用作硅质脉石矿物(主要是石英)的抑制剂。生产上用的水玻璃实际上是硅酸盐的混合物,其中包括硅酸钠(Na2SiO3)、原硅酸钠(Na2SiO4)和二硅酸钠(Na2Si2O5)等多种成分。一般其化学分子式写成Na2O·mSiO2,m=2.2~3即硅钠比,常称为水玻璃的模数。水玻璃对石英的抑制,主要是HSiO3-选择性地吸附于石英表面使其亲水性增强而引起的。然而,当石英表面被Ca2+、Mg2+等金属阳离子污染活化后,普通水玻璃对石英失去选择性抑制作用,试验研究发现,此时采用酸性水玻璃作为石英的抑制剂具有显著的效果。本文以某硅钙(镁)质胶磷矿的选矿试验结果为例说明这一点,并对酸性水玻璃的抑制作用机理进行了研究探讨。1原矿多元素地球化学试验所用磷矿为硅钙(镁)质磷块岩,属海相沉积层状磷块岩矿床。矿石中磷矿物以胶磷矿、细晶磷灰石为主,脉石矿物主要有石英、白云石、次为方解石、玉髓、褐铁矿、软锰矿、长石、白云母、水白云母、海绿石、高岭石、金红石、锆石等。原矿多元素化学分析结果(%):P2O520.18,CaO40.13,MgO3.93,SiO215.15,Al2O30.51,Fe2O31.16,CO29.02,F2.60,A.I14.64,烧失11.36,K2O0.36,Na2O0.19,磷物相分析结果列于表1。上述分析结果表明:选矿需除去的杂质主要是石英和含钙(镁)的碳酸盐脉石矿物。胶磷矿是选矿回收P2O5的主要矿物,其P2O5占磷总量的绝大部分,其他脉石矿物中的P2O5占磷总量的极小部分。对硅钙(镁)质胶磷矿一般采用正浮选脱硅,反浮选除钙镁的正—反浮选工艺,本文讨论正浮选脱硅的研究结果。2氮系统结构对po2和po5回收率的影响试验采用一次粗选回收P2O5的流程,用油酸作磷矿物的捕收剂,普通水玻璃(模数2.3)或酸性水玻璃为石英的抑制剂。酸性水玻璃的配制方法为:先分别配取5%浓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。混合比例直接决定着酸性水玻璃的使用效果,是制备酸性水玻璃的关键。图1和图2是两种水玻璃抑制剂在不同用量下的试验结果。试验表明,酸性水玻璃用量在4~5kg/t时,磷精矿中杂质SiO2含量可降至10.20%以下,而P2O5回收率以4kg/t时最好,超过5kg/t的用量时则回收率明显下降。普通水玻璃随用量增大,杂质SiO2含量虽略有降低但变化不大,精矿SiO2的含量很难降到13%以下,而精矿P2O5回收率即使在最佳水玻璃用量(5~6kg/t)条件下也未超过90%,说明酸性水玻璃对石英的选择性抑制作用比普通水玻璃要好。试验曾使用其他有机类抑制剂,但抑制效果不如上述两种药剂。3关于酸性水玻璃的作用机制的讨论酸性水玻璃在磷矿浮选中对石英的选择性抑制作用,可从以下几个方面进行研究探讨。3.1金属离子和hsio3赫尔曼根据对水玻璃的研究,提出水玻璃在水中的解离过程按下面的反应进行:由以上反应式可知,在碱性介质中(浮选pH值=10~11)水玻璃主要以HSiO3-存在,它除了对硅酸盐矿物有抑制作用外,由于磷灰石吸附Ca2+、Mg2+等金属阳离子后表面电性为正(见图3),HSiO3-同时也会因电性作用吸附于磷灰石表面产生抑制作用。而酸性水玻璃的水解产物主要为分散状态的硅胶体[nSiO2],它是水玻璃最具活性的形式,其抑制作用最强。因为硅酸盐矿物表面有硅氧四面体群,容易成为硅胶体聚合物的聚合中心,因此能够较多地吸附活化硅胶体显示出较强的抑制作用。而硅胶体对磷灰石则没有电性吸附作用,因而酸性水玻璃具有选择性抑制作用。3.2ca2+、me2+离子液体磺酸盐预处理对硅钙(镁)质胶磷矿,其Ca2+、Mg2+会使石英表面污染活化。Fuerstenon等对各种金属离子在石英表面吸附状态的研究表明,金属离子在石英表面会发生吸附,且吸附发生在金属离子生成第一碱式络离子(如CaOH+和MgOH-等)的pH范围内,并且提出了第一碱式络离子在石英表面进行特性吸附的两种机理(图4)。由于金属阳离子的吸附,致使石英表面性质发生变化,原来带负电的表面变为局部带正电,金属阳离子成为活性点,因此用脂肪酸类阴离子捕收剂浮选时,石英也会被浮。而Ca2+、Mg2+离子生成第一碱式络离子的pH值范围是在弱碱性及碱性范围内,当加入酸性水玻璃时,Ca2+、Mg2+离子会因酸洗作用而脱离石英表面进入液相,从而使石英失去活性。Fuerstenon等对石英纯矿物加金属盐类活化试验的研究结果证实了这点,当加Ca2+、Mg2+金属离子时,在弱碱性及碱性介质中石英受到活化而上浮,但在酸性介质中石英不上浮。说明在酸性介质中石英失去活化,酸能使石英表面吸附的Ca2+、Mg2+离子脱附。3.3酸性水玻璃消泡作用众所周知,用脂肪酸类捕收剂浮选磷矿时,浮选泡沫发粘不容易消泡。泡沫发粘使泡沫层变厚加大了浮选负荷,使脉石矿物易夹带上浮影响选别指标,使精、尾矿不容易澄清处理,甚至严重时使浮选过程无法进行。试验表明,酸性水玻璃具有极强的消泡作用,酸性水玻璃的这一消泡作用大大有助于改善浮选泡沫特性,对于精选除杂极为有利。酸性水玻璃的消泡作用能使浮选泡沫层产生较强的二次富集作用,即泡沫层中上层的气泡迅速地破裂或兼并,可浮性好的磷灰石会被下层的泡沫继续带上上浮,而夹带在泡沫中的杂质及少量可浮性差的连生体则有机会从泡沫中除去,能提高浮选的选择性。4酸性水玻璃主要抑菌效果(1)用脂肪酸类捕收剂浮选硅钙(镁)质胶磷矿时,酸性水玻璃对被Ca2+、Mg2+离子活化的硅酸盐矿物具有显著的抑制作用,其选择性抑制效果比常规水玻璃等抑制剂效果明显。(2)酸性水玻璃的水解产物主要为呈分散状态的硅胶体[nSiO2],它是水玻璃最