楊 征

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基于晶體化學(xué)的菱鎂礦可浮性影響因素研究

楊 征

（東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163000）

采用晶體化學(xué)理論，能夠建立礦物化學(xué)成分、構(gòu)造、形態(tài)和物理特性之間的聯(lián)系并從晶體化學(xué)角度予以解釋分析，通過實(shí)驗(yàn)手段，研究了菱鎂礦的電位和原始可浮性特征，并對比不同捕收劑環(huán)境下，菱鎂礦可浮性的差異，以及化學(xué)吸附和靜電吸附兩種吸附方式的強(qiáng)弱，并得出六偏憐酸鈉濃度、水玻璃濃度、金屬陽離子、碳酸鈉和酸堿度等因素對菱鎂礦可浮性的影響規(guī)律。

菱鎂礦；可浮性；回收率；六偏磷酸鈉

目前，全球已探明的菱鎂礦約有130億t，其中97%以上的鎂礦資源分布在9個(gè)國家。在所有的菱鎂礦資源中，晶質(zhì)菱鎂礦占92%，隱晶質(zhì)菱鎂礦占8%。擁有晶質(zhì)菱鎂礦的主要國家有中國、朝鮮、俄羅斯和斯洛伐克[1]。

礦物晶體化學(xué)主要分為晶體場理論、晶體內(nèi)化學(xué)鍵理論、化學(xué)成分理論和晶體內(nèi)部構(gòu)造理論四個(gè)研究方向[2-4]，將晶體化學(xué)應(yīng)用于礦物成分研究，能夠從晶體化學(xué)角度將礦物化學(xué)成分、構(gòu)造、形態(tài)和物理特性聯(lián)系起來，并對互相之間的影響規(guī)律進(jìn)行解釋，晶體構(gòu)造的差異會(huì)導(dǎo)致其解離表面極性和化學(xué)鍵的不同，進(jìn)而影響礦物浮選行為[5]。

在晶體化學(xué)與礦物可浮性方面，國內(nèi)外學(xué)者做了大量工作，并取得了豐碩的成果，任飛等分析了晶體化學(xué)對電氣石可浮性的影響規(guī)律[6]，A.J.Rodrigues等得出了磷灰石可浮性和礦物晶體化學(xué)之間的相互影響關(guān)系[7],印萬忠和孫傳憲等人均對礦物晶體化學(xué)和娃酸鹽可浮性之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的分析[8,9]。K.S.孟等人完成了鋰輝石晶體化學(xué)浮選特性研究[10]。本文采用實(shí)驗(yàn)手段，研究了菱鎂礦的電位、原始可浮性以及可浮性的主要影響因素。

1 菱鎂礦中主要礦物物化性質(zhì)

菱鎂礦為碳酸鹽礦物，化學(xué)組成為 MgCO3，晶體隸屬三方晶系。菱鎂礦通常呈晶粒狀或隱晶質(zhì)致密塊狀，呈白色或者灰白色，玻璃光澤。具有完全的菱面體解理。摩氏硬度為3.5~4.5，比重 2.9~3.1。

石英是最典型的架狀結(jié)構(gòu)的氧化礦物。每個(gè)硅原子有4個(gè)單鍵，分別連接4個(gè)氧原子構(gòu)成硅氧四面體，而氧原子又均為兩個(gè)硅氧四面體所共用，形成角頂相連的空間晶體結(jié)構(gòu)。硅原子與氧原子均以原子鍵結(jié)合，其中 60%是共價(jià)鍵，40%是離子鍵，且各方向的鍵力相等，所以不形成解理面[11]。

白云石為碳酸鹽礦物，化學(xué)組成為 CaMg(CO3)2，晶體屬三方晶系。白云石晶型為菱面體，晶面常彎曲為馬鞍狀，聚片雙晶常見，多呈塊狀、粒狀集合體。純白云石為白色，通常還有其他雜質(zhì)時(shí)呈灰綠色、灰黃色、粉紅色等，玻璃光澤。三組菱面體解理完全，性脆。摩氏硬度3.5~4，比重2.8~2.9[12]。

2 菱鎂礦晶體基本構(gòu)造和特性

菱鎂礦外觀常呈四面體、圓柱狀和菱面體狀，構(gòu)造屬于方解石類，R-3C空間結(jié)構(gòu)群系，且隸屬三方晶系，晶體表面主要為致密方塊和致密粒狀，主要含有Mg、C、Fe、O、Mn、Ca、Ni、Si等元素，主要由FeCO3、MgO和CO2三種化合物組成，且三種化合物能夠形成類質(zhì)同像。六方晶胞：ah=0.46 nm,ch=1.50 nm；=6。菱面晶胞：arh=0.57 nm，=48°；=2。

3 水溶液中菱鎂礦解離成分

菱鎂礦在水溶液中發(fā)生解離，形成的H2O-MgCO3-CO2系統(tǒng)主要溶解出H2CO3和Mg（OH）2兩種化合物，同時(shí)點(diǎn)解出Mg（OH）+、Mg2+、HCO3-和CO32-等離子，且各離子濃度和菱鎂礦電性受酸堿度影響較大，溶液堿性越強(qiáng)，含Mg的帶正電離子濃度越低，HCO3-濃度越高，此時(shí)菱鎂礦電性為負(fù)，溶液酸性越強(qiáng)，含Mg的帶正電離子濃度越高，HCO3-濃度越低，菱鎂礦電性為正，當(dāng)溶液為中性時(shí)，菱鎂礦不顯電性。

4 浮選實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)步驟

菱鎂礦可浮性實(shí)驗(yàn)儀器采用XFG掛槽式，樣品尺寸：0.1 mm，先將3 g樣品與30 mL去離子水混合調(diào)漿2.5 min，加入酸堿試劑，將pH值調(diào)節(jié)到所需范圍，攪拌2.5 min后加入抑制劑、活化劑和捕收劑進(jìn)行浮選，2.5 min后將溶液進(jìn)行烘干和稱重。

5 菱鎂礦電位和原始可浮性

處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，得到酸堿度變化對菱鎂礦電位的影響如表1所示。

表1 酸堿度變化對菱鎂礦電位的影響

表1中數(shù)據(jù)顯示，隨著溶液酸堿度的增加，菱鎂礦電位逐漸降低，04下降速度較慢，酸堿度越高，溶液電位越低，陽離子越容易吸附，可浮性越好，酸堿度越低，溶液電位越高，陰離子越容易吸附，可浮性越差。

分別使用十二胺和油酸鈉作為捕收劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到兩種情況下菱鎂礦可浮性實(shí)驗(yàn)回收率隨捕收劑濃度變化關(guān)系如表2和表3所示。

表2 油酸鈉濃度對菱鎂礦冋收率的影響

表3 十二胺濃度對菱鎂礦冋收率的影響

對比表2和表3數(shù)據(jù)，捕收劑濃度相同條件下，油酸鈉系統(tǒng)菱鎂礦可浮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于十二胺系統(tǒng)，可以得出捕收劑種類對可浮性影響較大，但隨著捕收劑濃度的增加，兩種捕收劑系統(tǒng)下菱鎂礦回收率均呈近似線性增加，且增加幅度近似相同，菱鎂礦電解后形成的水溶液呈堿性，而堿性條件下十二胺溶液中可移動(dòng)粒子主要以RNH2和（RNH2）2H+為主，而油酸鈉電解后形成的水溶液中粒子以離子和分子離子結(jié)合物為主，而菱鎂礦形成的溶液電性為負(fù)，能夠形成膠束和靜電吸附。

取表1中油酸鈉捕收劑濃度200 mg/L時(shí)的回收率、表2十二胺捕收劑濃度500 mg/L時(shí)的回收率進(jìn)行對比分析，得到不同酸堿度條件下菱鎂礦回收率數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 酸堿度變化對菱鎂礦回收率的影響

表4中數(shù)據(jù)變化顯示，隨著酸堿度的增加，十二胺捕收劑系統(tǒng)回收率呈近似線性逐漸增加后降低，存在最高點(diǎn)，此時(shí)吸附量達(dá)到最大值，即為最優(yōu)可浮性，而在油酸鈉系統(tǒng)中，在酸堿度較低時(shí)，捕收劑溶液的酸堿度對回收率幾乎沒有影響，只有當(dāng)溶液呈強(qiáng)堿性時(shí)，隨著溶液酸堿度的增加，回收率呈近似線性增加，可浮性也隨之增強(qiáng)。

菱鎂礦水溶液酸堿度高于臨界點(diǎn)時(shí)，其表面電性才會(huì)為負(fù)，隨著酸堿度的繼續(xù)增加，受到膠體吸附和靜電吸附的影響，菱鎂礦吸附量逐漸增多，回收率隨著升高，菱鎂礦可浮性愈佳，但是當(dāng)溶液酸堿度超過臨界點(diǎn)，在強(qiáng)堿性溶液中，十二胺體系粒子主要分子及分子離子復(fù)合體為主，導(dǎo)致靜電吸附作用減弱，吸附量下降，回收率降低，可浮性也隨之減弱。而相比于十二胺，以化學(xué)吸附為主的油酸鈉系統(tǒng)回收率隨著酸堿度的增加一直升高。

6 菱鎂礦可浮性影響因素分析

6.1 六偏碟酸鈉對菱鎂礦可浮性的影響

在實(shí)驗(yàn)中，保持其他因素不變，逐步增加六偏憐酸鈉的濃度，發(fā)現(xiàn)菱鎂礦的吸附量減少，回收率下降，可浮性減弱，當(dāng)進(jìn)行濃度和酸堿度正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加其酸堿性，隨著酸堿度的升高，吸附量受六偏憐酸鈉的作用逐漸減小，當(dāng)溶液呈強(qiáng)堿性時(shí)，菱鎂礦可浮性受六偏碟酸鈉影響可以忽略不計(jì)。

6.2 水玻璃對菱鎂礦可浮性的影響

在實(shí)驗(yàn)中，保持其他因素不變，逐步增加水玻璃的濃度，菱鎂礦吸附量逐漸減少，回收率下降，可浮性減弱，當(dāng)進(jìn)行濃度和酸堿度正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加其酸堿性，隨著酸堿度的升高，吸附量受水玻璃的作用逐漸減小，當(dāng)溶液呈強(qiáng)堿性時(shí)，菱鎂礦可浮性受水影響可以忽略不計(jì)。

6.3 碳酸鈉對菱鎂礦可浮性的影響

在實(shí)驗(yàn)中，保持其他因素不變，逐步增加碳酸鈉的濃度，菱鎂礦吸附量先增多后逐漸減少，可浮性先增強(qiáng)后減弱，當(dāng)進(jìn)行濃度和酸堿度正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加其酸堿性，菱鎂礦可浮性增強(qiáng)，但在強(qiáng)堿環(huán)境下，菱鎂礦可浮性受碳酸鈉濃度影響微弱。

6.4 金屬離子對菱鎂礦可浮性的影響

在實(shí)驗(yàn)中，保持其他因素不變，依次改變Fe3+、Mg2+、Al3+、Ca2+的離子濃度，發(fā)現(xiàn)隨著鋁鐵陽離子濃度的增加，吸附量逐漸降低，回收率減少，可浮性減弱，而改變鈣鎂陽離子濃度，菱鎂礦可浮性幾乎不變化，同時(shí)進(jìn)行離子濃度和酸堿度正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著酸堿性的升高，金屬離子對菱鎂礦可浮性的作用逐漸減弱。

7 結(jié)論

溶液堿性越強(qiáng)，菱鎂礦電位越低，陽離子越容易吸附，隨著捕收劑濃度的增加，菱鎂礦可浮性呈近似線性增加，對比以化學(xué)吸附的油酸鈉系統(tǒng)和以靜電吸附十二胺系統(tǒng)，得出化學(xué)吸附要優(yōu)于靜電吸附方式。

六偏憐酸鈉濃度、水玻璃濃度和鈣鎂陽離子等金屬離子濃度對菱鎂礦可浮性影響規(guī)律相近，隨著六偏憐酸鈉濃度、水玻璃濃度和鈣鎂陽離子等金屬離子濃度的增加，菱鎂礦的可浮性逐漸減弱，而隨著碳酸鈉濃度的增加，菱鎂礦可浮性先增強(qiáng)后減弱，且隨著溶液堿性的增加，上述各因素對菱鎂礦可浮性的影響均被削弱，當(dāng)溶液呈強(qiáng)堿性時(shí)，菱鎂礦可浮性幾乎不受上述各因素的影響。

［1］伊萬威爾森博士.世界鎂資源概論[C].第二屆中國遼寧國際鎂材料博覽會(huì),2006.

［2］李正勤．晶體化學(xué)基本原理在浮選中的應(yīng)用[J].湖南有色金屬，1985(3)：18-22．

［3］潘兆櫓．結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1994．

［4］陳祖蔭．礦石學(xué)[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1987．

［5］趙愛醒，潘鐵虹．礦物晶體化學(xué)-物粉末射線衍射法的研究及其應(yīng)用[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993:1-13．

［6］任飛，韓躍新，印萬忠，等．電氣石可浮性與晶體化學(xué)關(guān)系的研究[J].金屬礦山，2005(2)：36-38．

［7］A.J.羅德汀格斯，顧正興．晶體化學(xué)特性對磷灰石可浮性的影響[J].國外金屬礦選礦，1994(2)：25-33．

［8］印萬忠，孫傳堯．礦物晶體結(jié)構(gòu)與表面特性和可浮性關(guān)系的研究[M].國外金屬礦選礦，1998(4)：8-11．

［9］孫傳堯，印萬忠．關(guān)于硅酸鹽礦物的可浮性與其晶體結(jié)構(gòu)及表面特性關(guān)系的研究，礦治，1998(4)：22-30．

［10］K.S.孟，D.W.富爾斯特瑙，于福順，等．從多種鋁硅酸鹽礦物中選擇性浮選鋰輝石的表面晶體化學(xué)研究[J].國外金屬礦選礦，2004(4)：25-31．

［11］潘道皚.物質(zhì)結(jié)構(gòu)[M].北京:高等教育出版社,1982.

［12］孫國清,白錦會(huì),鄧紹雄.高純氧化鎂的生產(chǎn)[J].湖北化工,1994(02).

Study on Influencing Factors of Floatability of Magnesite Based on Crystal Chemistry

（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163000，China）

The relationship between the chemical composition, structure, morphology and physical properties of the minerals can be established and explained from the perspective of crystal chemistry. In this paper, the potential and original floatability characteristics of magnesite were studied by means of experimental methods. And the difference of the floatability of the magnesite under using different collectors, the chemical adsorption and the electrostatic adsorption, were compared. The influence law of calgon concentration, sodium silicate concentration, metal cations, sodium carbonate and acidity-alkalinity on the floatability of magnesite was obtained.

Magnesite;Floatability;Recovery rate ;Calgon

O 74

A

1671-0460（2017）08-1645-03

2017-01-09

楊征（1993-），男，黑龍江省大慶人，碩士研究生，東北石油大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，研究方向：地質(zhì)油氣儲(chǔ)層方向。E-mail：faicolate@163.com。