張作金 代淑娟 王倩倩 曹 駿 于秋月

（1.遼寧科技大學礦業(yè)工程學院，遼寧鞍山114051；2.海城鎂礦耐火材料總廠，遼寧海城114200）

我國擁有豐富的菱鎂礦資源，據(jù)美國地調(diào)局公布數(shù)據(jù)，2014年全球菱鎂礦儲量約240億t，中國儲量約50億t，占比約21%，居世界第二位。我國的菱鎂礦資源非常集中，約85%的菱鎂礦資源分布在遼寧境內(nèi)［1-3］。作為重要的礦產(chǎn)資源，菱鎂礦因其較好的耐火性而被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、建材及材料等相關(guān)領(lǐng)域［4-5］。浮選法提純菱鎂礦技術(shù)成熟，且應(yīng)用廣泛，正浮選工藝、反浮選工藝及正浮選—反浮選聯(lián)合工藝等在實際選廠中皆有應(yīng)用［6-9］。經(jīng)過長期的大規(guī)模無序開發(fā)，我國低品質(zhì)菱鎂礦資源占比越來越高（目前約占60%），部分低品位礦石被當做廢石堆積，造成了資源的浪費［10-11］。與之相對應(yīng)的是，隨著耐火行業(yè)的發(fā)展，對菱鎂礦精礦的質(zhì)量要求也越來越嚴格，因此應(yīng)加強浮選法提純菱鎂礦的研究。

為了促進菱鎂礦資源提純技術(shù)的發(fā)展，對中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）2000—2017年關(guān)于菱鎂礦浮選的相關(guān)文獻進行整理、分析，根據(jù)文獻數(shù)量及內(nèi)容，從研究方向和研究熱點兩方面系統(tǒng)地總結(jié)菱鎂礦浮選工藝及藥劑的研究現(xiàn)狀，指出現(xiàn)有研究存在的問題，并對未來發(fā)展趨勢進行展望。

1 浮選法提純菱鎂礦研究文獻統(tǒng)計及研究熱點分析

為了解我國浮選法提純菱鎂礦的研究現(xiàn)狀，以“CNKI中國學術(shù)文獻網(wǎng)絡(luò)出版總庫”為數(shù)據(jù)來源，對2000年1月1日到2017年12月31日（以下稱為“研究時段”）時段發(fā)表的相關(guān)文獻進行檢索。利用知網(wǎng)高級檢索條件，以“菱鎂礦”為主題檢索到文獻992篇，通過排除與浮選法提純菱鎂礦不相關(guān)的文獻，最終用于分析的文獻共計71篇，包括博士論文1篇，碩士論文8篇，中國會議論文6篇，期刊論文56篇。

1.1 浮選法提純菱鎂礦文獻年度發(fā)展態(tài)勢

對納入分析的71篇文獻按發(fā)文年份整理，統(tǒng)計結(jié)果見圖1。

盡管每年中國知網(wǎng)收錄菱鎂礦浮選方面的論文數(shù)量波動較明顯，但隨著年份的增長，學者對浮選法提純菱鎂礦總的研究呈明顯增長趨勢。通過對年發(fā)文量變化分析可知，近年來逐漸增加對菱鎂礦浮選研究的投入，原因主要為以下2方面：①耐火、冶金等行業(yè)的快速發(fā)展，對耐火材料質(zhì)量要求越來越高，需要選礦工作者利用浮選法對菱鎂礦進行高效提純；②近年來隨著菱鎂礦的開發(fā)利用，優(yōu)質(zhì)菱鎂礦資源逐漸減少，低品位菱鎂礦資源越來越多，因而提純菱鎂礦的科研工作逐漸增多。

1.2 浮選法提純菱鎂礦的研究熱點

在研究時段，用中國知網(wǎng)的“在結(jié)果中檢索”模塊，以“低品位”為主題檢索到文章26篇，占文獻總數(shù)（71篇）的36.62%，這些文獻主要為近年發(fā)表的文獻，說明業(yè)界逐漸重視對貧菱鎂礦的開發(fā)利用［12-15］。

2 浮選法提純菱鎂礦的研究現(xiàn)狀

浮選法提純菱鎂礦的研究對象多在遼寧地區(qū)，豐富的菱鎂礦石類型為遼寧科技大學、東北大學及遼寧工程技術(shù)大學等研究單位開展研究提供了便利。目前，浮選法提純菱鎂礦的研究主要集中在3個方面：浮選藥劑、礦物浮選過程的交互影響及浮選流程，其余文獻報道的均為針對某特定礦石通過藥劑用量單因素條件試驗、開路試驗及閉路試驗確定礦石的合理開發(fā)利用工藝，思路較為傳統(tǒng)，僅代表某種類型菱鎂礦的處理方式。論文研究方向分類情況見圖2。

2.1 菱鎂礦浮選藥劑研究現(xiàn)狀

2.1.1 菱鎂礦浮選捕收劑

捕收劑是決定有用礦物與脈石礦物浮選分離效果好壞的重要因素，通過物理或化學作用選擇性吸附于目的礦物表面，改變礦物表面的疏水性，從而實現(xiàn)有用礦物與脈石礦物的分離。

王倩倩等［16］采用自制新型陽離子捕收劑Wely選別遼寧海城地區(qū)某菱鎂礦石，得到的菱鎂礦精礦品位與以十二胺為捕收劑情況下相近，但以Wely為捕收劑情況下的精礦回收率高4.06個百分點。于連濤等［17］在對海城某低品位菱鎂礦石進行浮選試驗時發(fā)現(xiàn)，采用新型捕收劑LKD，1粗2精流程得到氧化鎂含量達97.10%的菱鎂礦精礦，明顯優(yōu)于以十二胺為捕收劑情況下的精礦指標。鄭桂兵等［18］采用BK433為反浮選捕收劑，BK434為正浮選捕收劑對甘肅某低品位菱鎂礦石的選礦工藝進行優(yōu)化研究，試驗確定的反浮選脫硅—正浮選降鈣—酸浸深度降鈣流程，使精礦CaO含量由3.91%降至1.60%，SiO2含量由0.28%降至0.05%，菱鎂礦回收率提高了35個百分點，新藥劑的使用有效提高了有用礦物的回收率。

盡管關(guān)于捕收劑的研究較多，所報道的新型藥劑也不少，但是得到廣泛應(yīng)用的菱鎂礦浮選捕收劑仍是胺類捕收劑［19-22］和油酸鈉捕收劑［23-24］，它們對不同類型的菱鎂礦石適應(yīng)性較好，可以獲得合格的菱鎂礦精礦。

2.1.2 菱鎂礦浮選調(diào)整劑

調(diào)整劑也是影響浮選過程的重要因素之一，合適的調(diào)整劑可以有效改變礦物表面的性質(zhì)，提高捕收劑與目標礦物的吸附及作用效果，進而提高分選效果。菱鎂礦浮選的常用調(diào)整劑有鹽酸、氫氧化鈉、六偏磷酸鈉等。

王金良等［25］以石英和菱鎂礦純礦物的人工混合礦為研究對象，以醚胺為捕收劑，考察調(diào)整劑KD-1對菱鎂礦浮選的效果。結(jié)果表明，在精礦質(zhì)量相同的情況下，KD-1的添加可降低醚胺用量58%，且精礦回收率有所上升。周文波等［26］在某菱鎂礦石的油酸鈉浮選體系中考察了調(diào)整劑六偏磷酸鈉、水玻璃及氟硅酸鈉對浮選指標影響，結(jié)果表明，六偏磷酸鈉對白云石的抑制效果最好，其次是水玻璃和氟硅酸鈉。孫體昌等［27］在處理以石英為主要脈石礦物的菱鎂礦石時，以SE為捕收劑，考察調(diào)整劑ST和JT對浮選指標的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種調(diào)整劑所獲得的精礦品位相近，JT對應(yīng)的精礦回收率比ST高1.81個百分點。

2.2 菱鎂礦浮選工藝研究現(xiàn)狀

隨著選礦技術(shù)的發(fā)展，菱鎂礦選礦工藝有由正浮選工藝逐漸向正浮選—反浮選聯(lián)合工藝發(fā)展的趨勢。

王玉斌等［28］對山東某菱鎂礦選礦廠開展浮選工藝改造研究，將2次反浮選、1次正浮選流程改為全反浮選流程，精礦品位提高了0.36個百分點，精礦回收率提高16.48個百分點。張慶銘［29］在處理營口某主要脈石礦物為滑石和綠泥石的低品位菱鎂礦石時采用優(yōu)先浮選滑石、混合浮選硅酸鹽礦物的反浮選工藝流程處理礦石，最終獲得了合格的菱鎂礦精礦，同時實現(xiàn)了脈石礦物滑石及綠泥石的回收。該工藝的優(yōu)點是提高了礦物的綜合利用率和附加值，缺點是工藝流程較復(fù)雜，選礦成本較高。吳浩［30］對SiO2含量為2.33%、CaO含量為4.88%的大石橋地區(qū)某菱鎂礦石開展了選礦工藝研究，最終確定采用1次粗選2次精選流程反浮選脫硅、1次粗選2次精選正浮選流程提鎂，最終獲得SiO2含量為0.21%、CaO含量為0.76%的菱鎂礦精礦。

2.3 菱鎂礦浮選交互影響因素研究現(xiàn)狀

菱鎂礦浮選過程中的交互影響因素可分為2類：礦石自身和外界因素。礦石自身影響因素主要指菱鎂礦石中含有的常見脈石礦物方解石、蛇紋石、石英、滑石等的影響；外界因素主要指選礦用水質(zhì)量及選礦過程中混入的金屬離子等的影響。

宋振國等［31］研究了油酸鈉捕收體系下Cu2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+對方解石和菱鎂礦浮選分離的影響，發(fā)現(xiàn)Cu2+和 Ca2+對方解石的浮選影響較小，而 Fe2+、Mg2+對菱鎂礦和方解石的浮選具有抑制作用。張孟等［32］以油酸鈉為捕收劑，在研究Ca2+和Mg2+對菱鎂礦與白云石浮選分離的影響時，發(fā)現(xiàn)隨著Ca2+和Mg2+含量的增加，菱鎂礦與白云石的回收率都呈降低趨勢；溶液化學計算研究認為，回收率降低是由于金屬離子與捕收劑發(fā)生反應(yīng)，降低了捕收劑的作用性能，且反應(yīng)生成的羥基化合物吸附在礦物表面，減弱了抑制劑的作用效果，因而菱鎂礦與白云石回收率降低。羅娜等［33］以白云石與菱鎂礦純礦物的人工混合物為對象，以油酸鈉為捕收劑，研究了Ca2+對菱鎂礦浮選的影響，并對影響機理進行了分析。結(jié)果表明，從白云石中溶解出的Ca2+吸附在菱鎂礦表面，改變了菱鎂礦的表面電性，使得菱鎂礦的表面電性與白云石的表面電性相似，從而嚴重影響二者的分離。

3 菱鎂礦浮選提純技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 通過浮選工藝優(yōu)化提高菱鎂礦的回收率

近年來，我國菱鎂礦浮選技術(shù)工作者在藥劑研發(fā)、藥劑與礦物的作用機理、菱鎂礦浮選過程中影響因素等方面的研究均有突破性進展，菱鎂礦精礦質(zhì)量得到穩(wěn)步提升，相對而言忽視了菱鎂礦精礦回收率的提高。圖3為菱鎂礦精礦回收率指標分布統(tǒng)計。

由圖3可知，67.64%的菱鎂礦選礦試驗菱鎂礦精礦回收率低于75%，回收率高于80%的僅11.76%，可見菱鎂礦的回收效率不高。譚欣等［34］在采用等可浮反浮選—正浮選強化脫雜工藝處理遼寧某高硅高鈣低品位菱鎂礦石時，強化了反浮選中礦的回收，在確保精礦品質(zhì)的同時，實現(xiàn)了精礦回收率的明顯提升，最終精礦回收率達到80.78%。代淑娟等［35］公開的專利中顯示，在采用反浮選工藝提純菱鎂礦時，對常規(guī)浮選工藝進行改進，即對二次精選的尾礦進行再選，與常規(guī)選礦工藝相比精礦回收率提高了6個百分點以上，最終精礦回收率達到83%左右。因此，對于流程較長的菱鎂礦浮選工藝，可以考慮將二次及以后各次精選的中礦逐級返回或集中返回進行再選，以提高精礦回收率。

3.2 應(yīng)用軟件模擬指導藥劑研發(fā)

目前，菱鎂礦浮選藥劑的研發(fā)大多以已知藥劑為基礎(chǔ)，通過加入一定量的其他藥劑實現(xiàn)對菱鎂礦浮選藥劑的優(yōu)化和拓展。近年來，一些學者將量子化學計算和軟件模擬應(yīng)用于浮選藥劑的研發(fā)，例如Du［36］等利用CLAYFF-DREIDING力場模擬十二烷基三甲基溴化銨與糊精分子在滑石礦物表面的相互作用來開展新藥劑的研發(fā)；Wang［37］等利用CLAYFFDREIDING力場研究在不同pH條件下，十二胺表面活性劑與石英分子間的分子動力學來開展新藥劑的研發(fā)。大量的試驗結(jié)果表明，用軟件模擬藥劑分子與礦物的作用效果不僅方便直接，而且可信度也較高；Heniz［38］等使用 PCFF-phyllosilicate力場對 C18—蒙脫土體系進行了分子動力學模擬，發(fā)現(xiàn)烷基鏈有30%鄰位交叉構(gòu)象，該結(jié)果得到了紅外光譜分析的證實；Rai［39］等利用 Universal力場研究了油酸與十二胺鹽酸鹽在鋰輝石表面的吸附，同時采用動力學方法計算了礦物表面與表面活性劑的相互作用能，結(jié)果表明，理論結(jié)果與實際試驗測得的結(jié)果吻合。

利用軟件模擬藥劑與礦物的作用效果，不僅節(jié)約時間，而且可大大減少試驗工作量。

4 結(jié)語與建議

（1）通過對中國知網(wǎng)文獻數(shù)據(jù)整理分析發(fā)現(xiàn)，近年來，低品位菱鎂礦石的浮選提純逐漸成為熱點，在浮選新藥劑的研發(fā)、藥劑與礦物的作用機理、菱鎂礦浮選過程中影響因素等方面的研究均有突破，但在工藝流程優(yōu)化、浮選精礦回收率提升、新型浮選藥劑的推廣等方面還有待加強。

（2）目前的新藥研發(fā)手段較為傳統(tǒng)，需要大量的試驗去驗證，因而效率較低，成本較高。今后應(yīng)通過化學軟件模擬藥劑分子與礦物表面作用效果及作用機理，根據(jù)作用方式設(shè)計藥劑分子以促進浮選藥劑的開發(fā)；通過設(shè)計合適的菱鎂礦浮選提純數(shù)學模型，優(yōu)化試驗條件及預(yù)測精礦指標，以提高新藥劑的研發(fā)效率。

（3）在提高菱鎂礦精礦質(zhì)量和浮選回收率方面，既要研究礦漿中金屬離子對浮選指標影響的途徑和機理，通過改變藥劑制度或調(diào)節(jié)浮選條件，以減少金屬離子對浮選指標的影響，又要強化浮選中礦的再選來強化對菱鎂礦的回收。