謝順昕 李育彪 陳錦鳳 楊 旭 劉瑞慶

(1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430070;2.關(guān)鍵非金屬礦產(chǎn)資源綠色利用教育部重點實驗室,湖北 武漢 430070)

螢石(CaF2)是氟化工行業(yè)的基礎(chǔ)原料[1-3],分布廣泛且不可再生,是我國重要的戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)[4-5],廣泛應(yīng)用于新能源、半導(dǎo)體、醫(yī)療、冶金、國防軍工等領(lǐng)域[6-8]。我國螢石資源分布較廣、儲量較豐富,常與碳酸鹽礦物、硅酸鹽礦物及金屬硫化礦等伴生,一般嵌布粒度細(xì)、品位較低、伴生情況復(fù)雜、難以單體解離,綜合利用率較低[9-10]。隨著螢石資源的開采與利用,單一螢石礦日趨枯竭,伴生螢石礦開采與利用越來越重要[11]。

自然界中伴生螢石礦主要類型有:碳酸鹽型、石英型、硫化物型、重晶石型、硅質(zhì)巖型等,其中碳酸鹽型礦物是螢石資源最主要的賦存形式[12],開采、利用前景可觀[13]。但碳酸鹽-螢石型礦物的利用目前仍存在問題,其主要脈石礦物方解石(CaCO3)與螢石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)、相近的表面性質(zhì)[14],兩者表面鈣離子為脂肪酸類捕收劑的吸附提供了理想的活性位點[15-16],分離選擇性不強。而目前常見的碳酸鹽類抑制劑以水玻璃[17-18]、改性水玻璃(酸化水玻璃、堿性水玻璃)[19-20]、六偏磷酸鈉[21]等為主,在實際工業(yè)生產(chǎn)中,往往用量較多且受pH 值影響較大,需要在高堿性環(huán)境下浮選,對浮選循環(huán)水造成了一定污染,增加了選礦成本[15,17-18]。此外,由于螢石與方解石均為半可溶性礦物[22],在二者混合浮選體系中,部分螢石及方解石會以溶解離子(Ca2+、F-、CO23-)形式進(jìn)入溶液體系內(nèi),從而改變礦物在溶液中的溶解平衡,導(dǎo)致兩種礦物表面產(chǎn)生新的物相,使螢石和方解石表面性質(zhì)趨于同質(zhì)化[23]。胡岳華[24]根據(jù)溶液化學(xué)原理對螢石及方解石的共浮選體系進(jìn)行了理論計算,證明了螢石表面與CO23-反應(yīng)可生成CaCO3。

此外,張英等[25]基于密度泛函理論的第一性原理進(jìn)行計算,結(jié)果表明:螢石及方解石的Ca 原子態(tài)密度組成十分相似,導(dǎo)致兩者表面化學(xué)性質(zhì)非常相似,體現(xiàn)出近似的浮選行為。黃國智等[26]研究發(fā)現(xiàn),溶液中的F-會在方解石表面發(fā)生反應(yīng)并生成CaF2,同時CO23-也會在螢石表面發(fā)生反應(yīng)并生成CaCO3,改變了螢石及方解石的表面化學(xué)性質(zhì),使二者難以浮選分離。金賽珍等[1]研究發(fā)現(xiàn),F-與CO23-對螢石及方解石的影響作用與螢石及方解石飽和溶液的pH值緊密相關(guān),當(dāng)?shù)V漿pH 值小于螢石及方解石飽和溶液的pH 值時,F-與CO23-會抑制螢石及方解石的浮選行為,兩種陰離子均不能使溶液中的Ca2+沉淀,但可以與其發(fā)生反應(yīng)并吸附在礦物表面,從而改變其表面電性;當(dāng)?shù)V漿pH 值大于螢石及方解石飽和溶液的pH 值時,F-與CO23-對螢石與方解石的浮選行為表現(xiàn)出促進(jìn)效果。王震等[27]將油酸鈉作為捕收劑、單寧作為抑制劑對螢石及方解石進(jìn)行浮選分離,考察了當(dāng)pH=9 時,礦物飽和溶液對二者浮選行為的影響,并利用Visual MINTEQ 軟件進(jìn)行模擬研究,對礦漿體系中各離子形態(tài)及含量進(jìn)行了計算,結(jié)果表明:螢石在方解石飽和溶液中的浮選行為明顯受到抑制,使其浮選回收率大幅下降。因此,在螢石與方解石共存的溶液體系中存在同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,降低了碳酸鹽-螢石型礦物的浮選分離效率。

綜上可知,大部分研究基于溶液化學(xué)探究螢石與方解石的同質(zhì)轉(zhuǎn)化,忽略了螢石及方解石在浮選體系中的溶解與沉淀對浮選行為的影響。因此,本研究將以螢石與方解石單礦物為對象,基于表面性質(zhì),系統(tǒng)研究F-、CO23-對螢石與方解石浮選行為的影響,結(jié)合溶液化學(xué)計算、分子動力學(xué)計算、接觸角及藥劑吸附量測試分析,研究兩種礦物同質(zhì)轉(zhuǎn)化與表面特性的關(guān)系,闡明螢石與方解石同質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的相似性和差異性,揭示兩種礦物在浮選體系中對油酸鈉吸附的影響機理,為含鈣礦物尤其是碳酸鹽性螢石礦的高效浮選分離提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗原料及試驗方法

1.1 試驗樣品及藥劑

試驗所用螢石原礦來源于湖南某地,方解石原礦來源于湖北某地。試驗樣品經(jīng)手選—破碎—篩分—磨礦—分級后,取74 ～38 μm 粒級粉末樣品,在超純水中超聲洗滌3 次,轉(zhuǎn)移至真空干燥箱中,在313 K溫度下烘干,干燥后的樣品經(jīng)混勻縮分后放至干凈的封口袋中備用。螢石、方解石樣品經(jīng)X 射線熒光光譜(XRF)及X 射線衍射(XRD)測試,結(jié)果如表1、圖1 所示。

表1 螢石及方解石單礦物元素含量分析結(jié)果Table 1 Fluorite and calcite single mineral element content analysis results%

圖1 螢石和方解石單礦物X 射線衍射分析結(jié)果Fig.1 X-ray diffraction analysis results of fluorite and calcite single minerals

由表1 可知,螢石單礦物CaF2含量為99.11%。將由表1 中CO2以碳元素為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為碳酸根,并與CaO 中的Ca 含量相加,可以推出方解石中CaCO3含量為97.44%。將圖1 與兩礦物XRD 標(biāo)準(zhǔn)卡片對比,均未出現(xiàn)其他雜質(zhì)的衍射峰,證明礦物純度較高,滿足單礦物浮選試驗要求。

試驗所用碳酸鈉(Na2CO3)、氟化鈉(NaF)、pH調(diào)整劑(NaOH、HCl)、抑制劑硅酸鈉[(模數(shù)2.4)(Na2O(SiO2)2.4·xH2O)]、捕收劑油酸鈉(NaOL)皆為分析純;試驗用水為超純水。其中,Na2CO3與NaF的作用是通過分別向螢石和方解石兩種單礦物浮選礦漿中加入對應(yīng)礦物的可溶性鈉鹽,探究在浮選體系中CO23-與F-對螢石與方解石浮選行為的影響。

1.2 浮選試驗

單礦物浮選試驗采用XFG 型掛槽式浮選機,容積35 mL,轉(zhuǎn)速1 200 r/min。每次試驗取螢石或方解石礦樣2.0 g,加入25 mL 超純水或離子溶液調(diào)漿2 min,使用濃度為0.1 mol/L 的HCl 和NaOH 溶液作為pH 調(diào)整劑,攪拌5 min 至pH 值調(diào)整為所需值,再依次添加硅酸鈉、油酸鈉,每次加藥后均攪拌2 min。浮選采用人工刮泡,刮泡時間4 min。浮選結(jié)束后,精礦與尾礦分別過濾、烘干、稱重,計算回收率。浮選試驗流程如圖2 所示。

圖2 單礦物浮選試驗流程Fig.2 Flotation test of single minerals

1.3 分子動力學(xué)計算

基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理和分子動力學(xué)(MD)進(jìn)行模擬計算,首先使用CASTEP 模塊進(jìn)行螢石與方解石的晶胞構(gòu)建和幾何優(yōu)化;校正近似使用廣義梯度近似(GGA)的交換相關(guān)泛函的PW91梯度;螢石及方解石模擬計算過程中所確定的參數(shù)與文獻(xiàn)[28]計算所用的參數(shù)相同。螢石及方解石的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子結(jié)構(gòu)計算采用340 eV 的截斷能和1×1×1 的k 點網(wǎng)格的Monkhorst-Pack 方案,相互作用勢采用超軟贗勢進(jìn)行描述,幾何優(yōu)化的計算采用BFGS算法,采取精細(xì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模擬計算收斂[29]。

1.4 接觸角測試

將5.0 g 螢石(方解石)樣品放入盛有500 mL、濃度為1×10-2mol/L 的Na2CO3(NaF)溶液中,經(jīng)磁力攪拌器攪拌30 min 后抽濾、真空冷凍干燥機干燥后取出,使用壓片機制樣,然后用JC2000C1 型接觸角測定儀測量純凈及處理后的螢石與方解石樣品的接觸角,各測3 次,取平均值。制樣過程用磁力攪拌器模擬浮選槽內(nèi)環(huán)境,藥劑制度按照浮選試驗流程進(jìn)行,但不調(diào)節(jié)pH 值。

1.5 紫外分光光度計測試

在245 nm 波長下,使用UV-5500 可見分光光度計測量油酸鈉溶液,取1.0 g 粒度為74 ～38 μm 的螢石及方解石單礦物粉末樣品,經(jīng)對應(yīng)礦物浸泡處理后的螢石及方解石粉末樣品,分別置于燒杯中并加入25 mL 超純水,加入濃度為1×10-3mol/L 的硅酸鈉使用磁力攪拌器攪拌5 min 后過濾,將過濾后的樣品再次置于燒杯中并加入25 mL 超純水,加入用量為1×10-4mol/L 的油酸鈉再次攪拌5 min 后離心。上清液經(jīng)0.22 μm 濾膜過濾后測試吸光度。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 陰離子對螢石與方解石浮選的影響

為探索螢石與方解石兩種單礦物是否存在同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,通過向兩種單礦物浮選礦漿中加入對應(yīng)礦物的可溶性鈉鹽,探究CO23-與F-對螢石與方解石浮選行為的影響。經(jīng)過前期浮選試驗可知,當(dāng)pH=9、油酸鈉用量為1×10-4mol/L、硅酸鈉用量為1×10-3mol/L 時,螢石與方解石的浮選分離效果最佳,后續(xù)試驗均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。當(dāng)pH=9、油酸鈉用量為1×10-4mol/L 時,向螢石浮選礦漿中加入Na2CO3溶液,同時向方解石浮選礦漿中加入NaF 溶液,試驗結(jié)果如圖3 所示。

圖3 Na2CO3/NaF 用量對螢石/方解石浮選回收率的影響Fig.3 Effects of Na2CO3/NaF dosage on the flotation recovery of fluorite/calcite

由圖3 可知,隨著NaF/Na2CO3用量的增加,方解石與螢石的回收率互相趨同,方解石回收率從未添加NaF 溶液時的96.43%增加至添加NaF 溶液的97.09%,而螢石回收率從未添加Na2CO3溶液時的99.1%下降至添加Na2CO3溶液的96.63%,表明在螢石浮選礦漿中參與了礦物界面反應(yīng),在方解石浮選礦漿中F-參與了礦物界面反應(yīng),即螢石與方解石可能存在同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。為了進(jìn)一步驗證該現(xiàn)象,同時更加直觀觀測到二者浮選回收率的差異,在各浮選體系中均添加濃度為1×10-3mol/L 的硅酸鈉,試驗結(jié)果如圖4 所示。

圖4 Na2O(SiO2)2.4·xH2O+Na2CO3/NaF 對螢石/方解石浮選回收率的影響Fig.4 Effects of Na2O(SiO2)2.4·xH2O+Na2CO3/NaF on the flotation recovery of fluorite/calcite

由圖4 可知,添加硅酸鈉后,螢石浮選回收率從82.15%下降至50.23%,而方解石回收率從18.15%增加至67.35%,兩種礦物的浮選回收率互相趨同,表明螢石及方解石浮選礦漿中添加對應(yīng)礦物的可溶性鈉鹽會使兩種礦物表面產(chǎn)生新的物相,螢石礦物表面會生成方解石,而方解石礦物表面會生成螢石,即螢石與方解石存在同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。

2.2 礦物飽和溶液對螢石與方解石浮選行為的影響

為進(jìn)一步驗證螢石與方解石的同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,通過將兩種單礦物浮選試驗所用的超純水替換為對應(yīng)礦物的溶解飽和溶液再次進(jìn)行浮選試驗。取5.0 g粒度為74 ～38 μm 的樣品置于燒杯中,加入500 mL超純水,用保鮮膜覆蓋在燒杯口,將其置于磁力攪拌器中攪拌6 h 后靜置24 h,而后用離心機離心。離心后的液體用10 mL 注射器抽取其上清液,經(jīng)過濾頭過濾后得到對應(yīng)礦物溶解飽和溶液?？刂聘∵x礦漿pH=9,硅酸鈉用量為1×10-3mol/L、油酸鈉用量為1×10-4mol/L,試驗結(jié)果如圖5 所示。

圖5 添加硅酸鈉及Na2CO3/NaF 溶液對螢石/方解石浮選回收率的影響Fig.5 Effects of sodium silicate and Na2CO3/NaF solutions on the flotation recovery of fluorite/calcite

由圖5 可知,用方解石飽和溶液替換超純水浮選時,螢石浮選回收率從99.10%小幅下降至98.09%,添加硅酸鈉后,螢石浮選回收率為70.56%,低于在超純水中的回收率(82.15%),表明方解石飽和溶液中的離子對螢石浮選行為具有抑制作用;同時,用螢石飽和溶液替換超純水進(jìn)行浮選時,方解石的浮選回收率從96.43%小幅提高至96.86%,再添加硅酸鈉之后,方解石的浮選回收率下降至37.38%,高于在超純水環(huán)境中的浮選回收率(18.15%),表明螢石飽和溶液中的離子對方解石的浮選行為具有促進(jìn)作用,進(jìn)一步證明螢石與方解石存在同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。

3 機理分析

3.1 溶液化學(xué)計算

由于螢石及方解石是半可溶性礦物,在二者共存的溶液體系中,會有部分礦物溶解并與溶液中其他離子發(fā)生反應(yīng),從而改變礦物在溶液中的溶解平衡,致使兩種礦物表面產(chǎn)生新的物相,使兩種礦物難以有效分離[30]。方解石及螢石溶解反應(yīng)如式(1) ～(10)所示:

根據(jù)上述公式,使用水化學(xué)平衡軟件Visual MINTEQ 3.1 計算螢石及方解石溶液組分隨pH 值變化,結(jié)果如圖6、圖7 所示:

圖6 螢石溶液中各組分與pH 值的關(guān)系Fig.6 Fluorite solution components vs.pH value

圖7 方解石溶液組分與pH 值的關(guān)系Fig.7 Calcite solution components vs.pH value

由圖6、圖7 可知,pH=9 時,螢石飽和溶液中Ca2+濃度為10-3.3mol/L,F-濃度為10-3.62mol/L,略小于理論Ksp值(Ksp= 10-10.54);方解石飽和溶液中Ca2+濃度為10-4.7mol/L,CO23-濃度為10-3.61mol/L,略大于其理論Ksp值(Ksp=10-8.31)?？梢哉J(rèn)為計算數(shù)據(jù)具有可信度。

由圖6 可知,隨著pH 值逐步提高,螢石水解出的Ca2+濃度先上升后穩(wěn)定不變,此時溶液體系中的鈣元素主要以離子形式存在,堿性條件下,Ca2+先與OH-結(jié)合產(chǎn)生Ca(OH)2膠體,而Ca(OH)2膠體會吸附在螢石表面,降低其可浮性。但是,由于全pH 值范圍內(nèi)溶液中的優(yōu)勢離子仍為Ca2+與F-,因此,螢石可浮性受pH 值影響較小。

由圖7 可知,方解石溶液體系內(nèi)的優(yōu)勢離子會受到pH 值的較大影響。當(dāng)pH≤8 時,溶液中的優(yōu)勢離子為Ca2+,此時方解石溶液與螢石溶液的離子體系相似,在兩者共存的礦漿體系中,由于Ca2+為體系的優(yōu)勢離子,更容易達(dá)到螢石的溶度積,進(jìn)而導(dǎo)致螢石從礦漿中沉淀,然后附著在方解石表面,因此,此時的方解石表現(xiàn)出與螢石相似的表面化學(xué)性質(zhì),驗證了酸性及弱堿性條件下螢石及方解石難以分選的原因[31]。當(dāng)pH≥8 時,方解石優(yōu)勢離子轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO-3和CO23-,在此情況下油酸鈉作為捕收劑對方解石的捕收性能呈現(xiàn)下降趨勢。

此外,抑制劑水玻璃(主要成分是Na2SiO3)在溶液體系中發(fā)生水解時,產(chǎn)物根據(jù)溶液pH 值的不同而改變。當(dāng)溶液pH=9 時,其溶解有效組分與Ca2+反應(yīng)如式(11)所示[32]。

根據(jù)式(11)可知,Na2SiO3與Ca2+反應(yīng)產(chǎn)生CaSiO3沉淀,且Ksp值小于螢石及方解石的Ksp值,表明螢石及方解石飽和溶液中的Ca2+濃度均大于CaSiO3沉淀濃度。因此,添加水玻璃會消耗溶液中的Ca2+,當(dāng)Ca2+濃度較低時,Na2SiO3會與礦物表面的Ca2+活性位點結(jié)合,增加礦物親水性,抑制油酸鈉在螢石、方解石表面的吸附,降低礦物的可浮性。因此,在Ca2+濃度相對較低的方解石溶液中,低濃度的Na2SiO3表現(xiàn)出高抑制性;而對于Ca2+濃度相對較高的螢石溶液,需要更高的Na2SiO3濃度才能實現(xiàn)對螢石的抑制。

3.2 螢石與方解石表面擴散性計算

為了研究螢石與方解石在溶液體系中礦物表面組分的溶解過程,基于密度泛函理論的第一性原理和分子動力學(xué)對兩種礦物表面離子的擴散性進(jìn)行計算。在MS 8.0 系統(tǒng)中,經(jīng)過對螢石及方解石晶胞幾何優(yōu)化后,在常壓條件下改變溫度參數(shù),通過在100 ps 內(nèi)螢石及方解石表面溶解擴散的分子動力學(xué)模擬,量化其動力學(xué)參數(shù),對兩種礦物溶解組分在溶液中擴散性分子動力學(xué)研究結(jié)果如圖8 所示。

圖8 螢石與方解石在不同溫度下溶解組分的擴散系數(shù)Fig.8 Diffusion coefficients of dissolved constituent fluorite and calcite at different temperatures

由圖8 可知,隨著溫度升高,螢石及方解石表面離子的擴散系數(shù)也逐步變大,且螢石表面Ca2+擴散系數(shù)增加速率最大,由0.039 7×10-8m2/s 增大至0.097 3×10-8m2/s。通過對兩種礦物陰陽離子擴散系數(shù)的對比,發(fā)現(xiàn)螢石及方解石表面的陽離子(Ca2+)擴散系數(shù)均大于對應(yīng)的陰離子(F-、CO23-),因為Ca2+和F-、CO23-的溶解與擴散系數(shù)不同,表明溶解反應(yīng)過程是一個非均相溶解過程,容易造成表面陰、陽離子缺陷,為礦物同質(zhì)轉(zhuǎn)化提供了前提條件。

方解石表面離子擴散系數(shù)大于螢石,在該試驗的所有溫度條件下,方解石表面陽離子的擴散系數(shù)約為螢石表面陽離子擴散系數(shù)的2 倍,而方解石表面陰離子的擴散系數(shù)大于螢石表面陰離子擴散系數(shù)的2 倍,且隨著溫度上升,差異可以達(dá)到4 倍左右,表明方解石的表面組分會更快地進(jìn)入溶液中。由于方解石的擴散系數(shù)大于螢石,證明在相同條件下,方解石表面離子的溶解動力學(xué)更快,更易形成表面離子缺陷,為方解石表面的螢石物相生成提供了前提條件,即方解石表面生成螢石相比螢石表面生成方解石相更容易。

3.3 接觸角分析

3.3.1 螢石及方解石單礦物接觸角

將螢石及方解石樣品壓片后,測定其接觸角,結(jié)果如圖9 所示。

圖9 螢石與方解石單礦物接觸角對比Fig.9 Contact angles comparison of single fluorite and calcite

由圖9 可知,螢石表面接觸角為36.00°,大于方解石的接觸角(26.50°),證明螢石的天然可浮性優(yōu)于方解石,驗證了浮選試驗結(jié)果。

3.3.2 F-處理對方解石接觸角的影響

將方解石樣品與經(jīng)F-處理后的方解石樣品進(jìn)行接觸角測試,結(jié)果如圖10 所示。

圖10 方解石與F-處理后的方解石接觸角對比Fig.10 Contact angles comparison of single calcite and F-treated calcite

由圖10 可知,在只有油酸鈉時,F-處理前后的方解石樣品接觸角僅增加了3.5°,表明F-處理提高了油酸鈉對方解石的捕收性;在油酸鈉和硅酸鈉條件下,F-處理前后的方解石樣品接觸角增加了34.5°,結(jié)合浮選試驗及分子動力學(xué)計算可知,經(jīng)F-處理后的方解石表面生成了螢石,降低了硅酸鈉對方解石的抑制作用。

3.3.3 CO23- 處理對螢石接觸角的影響

將螢石樣品與經(jīng)CO23-處理后的螢石單礦物進(jìn)行接觸角測試,結(jié)果如圖11 所示。

圖11 螢石與處理后的螢石接觸角對比Fig.11 Contact angles comparison of single fluorite and treated fluorite

由圖11 可知,在只有油酸鈉時,CO23-處理前后的螢石樣品接觸角減少了6°,說明CO23-處理降低了油酸鈉對螢石的捕收性;而在油酸鈉和硅酸鈉條件下,CO23-處理后螢石接觸角降低了19.5°,結(jié)合浮選試驗及分子動力學(xué)計算可知,經(jīng)CO23-處理后的螢石表面生成了方解石,增強了硅酸鈉對螢石的抑制作用。

3.4 紫外可見光譜分析

為了研究同質(zhì)轉(zhuǎn)化對油酸鈉在螢石及方解石表面吸附的影響,基于紫外可見光譜測定了螢石及方解石經(jīng)對應(yīng)礦物飽和溶液浸泡處理后礦漿中殘余油酸鈉的量,結(jié)果如表2 所示。

表2 飽和溶液浸泡對螢石及方解石表面油酸鈉吸附的影響Table 2 Influence of saturated solution on the adsorption of sodium oleate on fluorite and calcite surfaces %

油酸鈉在波長245 nm 時存在特征峰[33]。由表2可知,不同處理條件下吸光度均小于油酸鈉原液,表明4 種礦樣的表面上都有油酸鈉吸附,且螢石表面吸附量最多,而方解石表面吸附量最少。此外,螢石單礦物經(jīng)方解石的飽和溶液浸泡處理后,其表面油酸鈉吸附量顯著減少,且接近于方解石單礦物表面的油酸鈉吸附量;而方解石單礦物經(jīng)螢石的飽和溶液浸泡處理后,其表面對油酸鈉的吸附能力顯著增強,且接近于螢石單礦物表面的油酸鈉吸附量,與CO23-、F-對螢石及方解石浮選行為的影響結(jié)果相符,進(jìn)一步證明了方解石溶液中的陰離子CO23-對螢石浮選行為具有抑制作用,而螢石溶液中的陰離子F-對方解石的浮選具有促進(jìn)作用,這可能是經(jīng)過對應(yīng)礦物飽和溶液處理后的螢石及方解石表面均有對應(yīng)物相的生成。

4 結(jié) 論

以螢石與方解石為研究對象,基于浮選試驗、分子動力學(xué)模擬及藥劑吸附量試驗方法和測試手段,研究了浮選過程中螢石與方解石表面變化的差異性,揭示了兩者在浮選體系的同質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象及機理,為實現(xiàn)含鈣礦物尤其是碳酸鹽性伴生螢石礦的高效浮選分離提供了科學(xué)依據(jù)。

(1)礦漿體系中的CO23-與F-濃度會直接影響螢石及方解石的浮選行為。螢石浮選回收率隨CO23-濃度的提高逐漸下降,并接近方解石單礦物的浮選回收率,而方解石浮選回收率隨F-濃度的提升逐漸接近螢石的浮選回收率。

(2)方解石表面生成螢石較螢石表面生成方解石更容易。不同溫度條件下,方解石比螢石更容易溶解進(jìn)入溶液中,由于方解石溶解度大于螢石,當(dāng)兩種礦物共存于礦漿中時,更容易先達(dá)到螢石溶度積,進(jìn)而從礦漿中優(yōu)先沉淀螢石。

(3)經(jīng)同質(zhì)轉(zhuǎn)化處理后,方解石表面比螢石表面更容易吸附油酸鈉。礦漿體系中的CO23-及F-會在螢石及方解石表面生成對應(yīng)物相,由于螢石比方解石更易與油酸鈉結(jié)合,當(dāng)兩種礦物共存于礦漿中時,同質(zhì)轉(zhuǎn)化后的方解石表面將會吸收更多的油酸鈉,這也是螢石與方解石浮選分離較為困難的主要原因。