黄 健 彭 伟 李武斌 王振杰 刘安荣

(1.贵州省新材料研究开发基地,贵州 贵阳 550016;2.战略含钙矿物资源清洁高效利用湖南省重点实验室,湖南 长沙 410083;3.贵州省冶金化工研究所,贵州 贵阳 550016;4.贵州省轻工业科学研究所,贵州 贵阳 550016)

萤石是重要的非金属战略资源,主要用于冶金、化工、国防建设等领域。我国萤石矿资源较为丰富,现已探明的萤石储量约为2.6亿t[1-3]。随着萤石矿的长期开发利用,优质萤石矿逐渐枯竭,对低品位萤石进行选矿研究迫在眉睫。

低品位萤石的选矿方法主要为浮选法,而针对浮选法研究最多的则为浮选药剂。目前,萤石浮选最常用的捕收剂是脂肪酸类油酸,其价格低廉、捕收性能好,长期被应用于萤石的浮选,但油酸的水溶性较差,在低温环境下分散性极差,导致在低温环境下的捕收能力降低。为解决这一问题,研究人员进行了组合捕收剂和新型捕收剂方面的研究[4-9]。康博文等[10]将油酸钠和石油磺酸钠按一定比例配制成组合捕收剂,以增强萤石捕收剂的捕收效果,获得了萤石精矿CaF2品位97.32%、回收率78.08%的浮选指标;张凌燕等[11]利用新型低温改性捕收剂浮选萤石,低温条件下可获得CaF2品位为98.34%的萤石浮选精矿。大量研究表明[12-13],利用不同捕收剂之间的协同作用和改性处理后的新型捕收剂对萤石浮选具有显著效果。

本研究将石油磺酸钠和油酸钠先按一定比例配制后再进行改性处理得到新型捕收剂LY13,并将其应用于贵州某石英型低品位萤石矿的浮选,重点考察磨矿细度、捕收剂种类及用量、调整剂用量及抑制剂用量对浮选效果的影响。研究结果可为此类萤石的有效利用提供可靠依据。

1 试验材料及方法

1.1 原矿性质

本试验所用萤石矿取自贵州某萤石矿厂,经工艺矿物学分析,主要有用矿物为萤石,其CaF2含量为27.36%,品位较低,脉石矿物主要为石英、长石、云母、方解石等,属于石英型低品位萤石矿。有用矿物萤石主要呈长条状或块状分布,粒度大于0.3 mm,少部分则与石英、云母、黄铁矿伴生或被脉石矿物包裹。表1为原矿化学多元素分析结果。

表1 原矿化学多元素分析结果Table 1 Results of chemical multi-element analysis for the raw ores %

1.2 试验设备及药剂

试验设备:XFD型单槽浮选机(1.5、0.75、0.5 L);电子天平(型号MTB500);湿式棒磨机(型号XMB-φ200×240X);盘式真空过滤机(型号DL-5C);数显恒温鼓风干燥箱(型号DHG-101-2A)。

试验药剂:碳酸钠(Na2CO3),分析纯;水玻璃(Na2SiO3),工业级;捕收剂为油酸钠、石油磺酸钠、LY13,其中LY13为笔者所在课题组自主研制的新型萤石矿捕收剂,由烷基磺酸盐及油酸改性配制而成,具有选择性好、捕收能力强等优点。

1.3 试验方法

图1 粗选试验流程Fig.1 Flow chart of roughing test

2 试验结果与讨论

2.1 磨矿细度试验

萤石矿硬度较小,属于易磨矿物,磨矿时间过长容易产生过磨现象影响浮选指标。为获得理想的浮选效果,适宜的磨矿细度显得十分重要。在粗选Na2CO3用量300 g/t、Na2SiO3用量600 g/t、捕收剂油酸钠用量500 g/t的药剂制度下,考察磨矿细度对浮选指标的影响,结果见图2。

图2 磨矿细度试验结果Fig.2 Results of grinding fineness test

由图2可知:提高磨矿细度,萤石粗精矿中CaF2品位逐渐升高,而CaF2回收率逐渐降低。综合考虑,确定浮选磨矿细度为-0.074 mm占83.21%,此时粗精矿CaF2品位56.34%、CaF2回收率79.81%。

2.2 捕收剂种类试验

为得到适合该萤石矿的浮选捕收剂,选择油酸钠、LY13、石油磺酸钠3种捕收剂进行对比试验[14-15]。试验所用Na2CO3用量为300 g/t,Na2SiO3用量为600 g/t,油酸钠、石油磺酸钠、LY13用量均为500 g/t,试验结果见图3。

图3 捕收剂种类试验结果Fig.3 Results of collector type test

由图3可知:在相同的试验条件下,石油磺酸钠、LY13、油酸钠为捕收剂,获得的萤石精矿CaF2品位分别为63.28%、62.65%、56.35%,CaF2回收率分别为75.74%、78.35%、79.29%。综合比较3种药剂,选用新型捕收剂LY13浮选萤石时,其回收率比油酸钠低0.94个百分点,但品位比油酸钠高6.30个百分点,而对比石油磺酸钠,其品位比石油磺酸钠低0.63个百分点,但回收率比石油磺酸钠高2.61个百分点。综合考虑,确定选用新型捕收剂LY13为该萤石矿浮选的捕收剂。

2.3 LY13用量试验

为确定新型捕收剂LY13的适宜用量,在Na2CO3用量为300 g/t、Na2SiO3用量为600 g/t的条件下,考察LY13用量对浮选指标的影响,结果见图4。

图4 LY13用量试验结果Fig.4 Results of LY13 dosage test

由图4可知:随着捕收剂LY13用量的增加,粗精矿CaF2品位逐渐降低,CaF2回收率先大幅增加后趋于稳定。当LY13用量大于600 g/t时,CaF2回收率增长较慢,CaF2品位下降较快。因此,确定捕收剂LY13用量为600 g/t,此时粗精矿CaF2品位59.58%、CaF2回收率81.67%。

2.4 Na2CO3用量试验

在萤石浮选过程中,常采用Na2CO3作为矿浆调整剂。在Na2SiO3用量为600 g/t,捕收剂LY13用量为600 g/t的条件下,考察Na2CO3用量对浮选指标的影响,结果见图5。

图5 Na2CO3用量试验结果Fig.5 Test results of sodium carbonate dosage

由图5可知:随着Na2CO3用量的增加,粗精矿CaF2品位逐渐升高,而CaF2回收率则逐渐降低。当Na2CO3用量为100～300 g/t时,CaF2回收率降低幅度相对较低,当Na2CO3用量大于300 g/t时,CaF2回收率大幅降低。综合考虑,确定Na2CO3用量为300 g/t,此时粗精矿CaF2品位56.73%、CaF2回收率79.89%。

髋膝关节置换是迄今为止最成功的外科手术之一［1，2］，而随着关节置换数量的剧增，作为其术后常见并发症之一的假体周围感染（periprosthetic joint in⁃fection,PJI）也引起了人们的持续关注。PJI发生率约0.5%～2%，但却是关节置换术后灾难性并发症。因PJI而行髋关节翻修的比例为14.8%，而在膝关节更高达 25.2%［1，3，4］。PJI的发生往往意味着关节置换术的失败，严重影响患者日常生活及身心健康，加重个人和社会负担，是患者、医生及社会需共同面对的关节置换难题之一。

2.5 Na2SiO3用量试验

水玻璃能有效地抑制脉石矿物中的石英、硅酸盐和铝硅酸盐,价格便宜。在Na2CO3用量为300 g/t、捕收剂LY13用量为600 g/t的条件下,考察Na2SiO3用量对浮选指标的影响,结果见图6。

图6 Na2SiO3用量试验结果Fig.6 Results of Na2SiO3 dosage test

由图6可知:随着Na2SiO3的用量增加,粗精矿CaF2品位和回收率先升高后降低。当Na2SiO3用量从100 g/t加到600 g/t时,粗精矿CaF2品位和回收率先缓慢升高后急剧升高,在600 g/t时均达到最大值。此时,粗精矿CaF2品位和回收率分别为60.83%、81.67%。综合考虑,确定水玻璃用量为600 g/t。

2.6 开路试验

通过上述条件试验获得的最优工艺条件,采用“1粗6精”流程进行开路试验,试验流程及药剂制度见图7,试验结果见表2。

图7 开路试验流程Fig.7 Flow chart of open-circuit test

表2 开路试验结果Table 2 Results of open-circuit test %

由表2可知:经过“1粗6精”开路试验,可获得萤石精矿CaF2品位95.37%、CaF2回收率63.30%;尾矿中CaF2品位为10.82%,损失量为26.15%。因此,考虑闭路试验时对尾矿增加1次扫选处理。

2.7 闭路试验

在条件试验和开路试验的基础上进行“1粗6精1扫”闭路试验,试验流程及药剂制度见图8,试验结果见表3。

表3 闭路试验结果Table 3 Results of closed-circuit test %

图8 闭路试验流程Fig.8 Flow chart of closed-circuit test

由表3可知:该石英型低品位萤石矿,原矿CaF2品位27.34%,经过“1粗6精1扫”闭路流程浮选,获得了CaF2品位98.46%、CaF2回收率80.75%的萤石精矿,指标良好。

3 结 论

(1)贵州某萤石矿为石英型低品位萤石矿,CaF2品位为27.36%,脉石矿物主要为石英、云母、长石等。

(2)通过条件试验获得该石英型低品位萤石矿最适宜浮选药剂制度为:Na2CO3用量300 g/t,抑制剂水玻璃用量600 g/t,新型捕收剂LY13用量600 g/t,选用新型捕收剂LY13浮选萤石时,其粗精矿CaF2品位比油酸钠高6.30个百分点,粗精矿CaF2回收率比石油磺酸钠高2.61个百分点。

(3)在适宜的药剂制度条件下进行全流程闭路试验,经过“1粗6精1扫”闭路流程,获得了CaF2品位98.46%、CaF2回收率80.75%的萤石精矿,较好地实现了萤石的回收。