选择性絮凝及其在选矿中的应用.docx

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1、选择性絮凝及其在选矿中的应用feigeoer摘要：选择性絮凝工艺已在选矿、污水处理等领域获得了广泛使用。本文介绍了选择性絮凝的机理、常用的絮凝剂以及其在有色金属、黑色金属和非金属选别中的应用，并在此基础上对选择性絮凝工艺的发展提出了一些思路。关键词：选择性絮凝机理絮凝剂应用Abstract：Selectiveflocculationiswidelyusedinthefieldsofmineralprocessingandsewagedisposal.Inthispaperthemechanismofselectiveflocculation,widelyusedflocculantandthe

2、applicationofnon-ferrousmetal,ferrousmetalandnon-metallicmaterialprocessingareintroduced,andbasedonthis,somedevelopmenttrendsarealsodescribed.Keywords：selectiveflocculationmechanismflocculantapplication0、前言在选矿生产实践中，细粒矿物的回收是一个急待解决的问题。-20Um的微细粒不能用常规的选矿方法处理，而实际生产过程中往往将这部分难选的矿粒脱除废弃，造成了大量的金属损失。由于微细粒具有它本身

3、的物理特性，所以重、浮、磁选方法难以回收，采用特种选矿方法和选择性絮凝法，有可能得到满意的回收。诸多选矿新工艺中，选择性絮凝法有着较强的生命力，从理论到实践均发展较快。1、选择性絮凝及其机理利用聚合物（絮凝剂）絮凝细粒物质以及使这些团聚体与其它分散相组分分离的过程称为选择性絮凝。必须控制不同组分的表面对絮凝剂的竞争，以达到使絮凝剂吸附在目的组分上。这样就可采用沉淀-淘析法或絮团浮选法从悬浮液中将覆盖着聚合物的颗粒形成的团聚体或絮团分离出来。理想的絮团应该是一种任意的、具有三度空间的、松散的、多孔性絮状结构。倘若它们相当牢固，那么这些絮团就能进一步精选，以提高精矿品位。选择性絮凝法包括：1）微细

4、颗粒的分散（通常都在该段中加入分散剂）；2）聚合物选择性地吸附在絮凝组分上，并形成絮团；3）低剪切速率下调浆使絮团长大；4）用沉淀-淘析-筛分法或浮选法分离絮团，如有必要，可接着再分散和再絮凝以精选絮团。絮凝过程主要依靠带有不同电性的絮凝剂，选择性地作用于不同的矿物，它的作用机理除桥联作用以外，尚与矿物表面吸附力有关。选择性絮凝过程如图1。abed图1选择性絮凝过程0一分散的固体J絮凝剂加入及吸附介TS择性絮凝J絮团沉淀絮凝工艺的影响因素，除絮凝剂本身的选择性能（分子量的大小、结构、水解度、功能团性质等）外，尚有矿物表面的电化性质和溶解度等物理性质、介质的性质（溶液中存在的电解质种类和数量、p

5、H、粘度等）、流体动力学等；另外磨矿时矿物表面的污染、矿泥的覆盖，以及絮凝剂的配制、添加方式和剂量、搅拌强度、絮团分离的方式等因素也都将对絮凝工艺产生影响。絮凝是极其复杂的物理化学过程，对其作用机理目前尚多局限于定性的解释。一种架桥机理受到了普遍重视。如图2。图2高分子絮凝剂在悬浮微粒中的架桥作用一般聚合物分子都是高分子量的长链大分子，并含有能与颗粒表面相互作用的化学基团。当一个聚合物分子与一个颗粒相互碰撞时，聚合物分子中的某些基团就会吸附在颗粒表面上，而其余部分就朝外伸向溶液中。如果第二个具有一些吸附空位的颗粒接触到聚合物分子的外伸部分，就会发生同样的附着。这样两个颗粒凭借于聚合物分子形成聚

6、集体，此时聚合物分子如同起到桥连的作用。如果第二个颗粒，该聚合物分子的外伸部分可能吸附到原先被吸附颗粒的其他位置上，此时聚合物分子不再起桥连作用。当高分子絮凝剂添加过量时，颗粒表面被聚合物分子所饱和，颗粒表面已无吸附空位而使聚合物失去架桥作用。同时由于高分子吸附膜的空间位阻效应使颗粒间相互排斥，颗粒又重新处于稳定分散。在某些情况下，强烈或长时间的搅拌使絮团断裂，聚合物分子的外伸部分反过来又吸附到原吸附颗粒表面的其他空位上，从而使颗粒又重新分散。桥连作用的实质是高分子同时在两个以上的颗粒表面吸附，借助自身的长链特征把颗粒连接在一起。其必要条件是：(1)高分子的表面的吸附不紧密，有足够数量的链环、

7、链尾向颗粒周围自由伸出；(2)高分子在表面的吸附比较稀松，颗粒表面有足够的可供进一步吸附的空位。2、常见的絮凝剂淀粉是天然高分子絮凝剂中比较廉价和来源较广的絮凝剂，其结构单元是a-葡萄糖，是由两种碳水化合物一一直链淀粉和支链淀粉聚合而成的混合物。两种聚合物的基本单元都是C5H5O(OH)2CH2OH,其中支链淀粉的分子量为50万100万，直链淀粉的分子量为6万10万。由于淀粉的分子量很大，有时还呈大的颗粒状态，颗粒直径可达40微米，大分子还有很多支链。所以淀粉分子同时吸附很多矿粒，一部分极性基吸附于一个矿粒，另一部分极性基吸附于其他矿粒，故淀粉有很强的桥联作用。常见的玉米淀粉，马铃薯淀粉，木薯

8、淀粉及其他的植物淀粉具有不同的絮凝特性，其原因在于它们含有不同的直链和支链淀粉，即在分子量上有差别。在60-80度或室温条件下，用23%苛性钠溶液可使淀粉溶解。经碱处理过的可溶性淀粉，带有荷负电的磷酸酯活性基一CHzOPo(OH)2。当用酸使淀粉糊精化后，可使直链淀粉含量减少，并形成更多支链和更致密的小分子。玉米淀粉系阴离子组分，它在带正电表面上的吸附式通过静电引力来实现的，但更经常的是通过氢键和表面氧离子结合，或是与表面金属离子起某种特殊化学反应。玉米淀粉含有竣基，而马铃薯淀粉含有磷酸盐基，正是这些基团和表面金属离子起了化学反应。纤维素的结构是B-葡萄糖，它与淀粉的链长亦有所不同，纤维素经过

9、一定的化学处理，可变为水溶性的离子型高分子，如竣甲基纤维素。木质素磺酸盐也是一种常用的高分子聚合物，分子量在200015000之间，除含有很多羟基，酚基，甲氧基外，还含有一定的磺酸基，因此也是一种阴离子型天然高分子。单宁是一种高分子的无定形物质，分子量在2000以上，它的分子基础常包含以下几种酚类：儿茶酚，焦性没食子酸及间苯三酚。有的单宁还含有原儿茶酸及没食子酸，此时单宁呈弱阴离子性。腐殖酸钠是一种分子质量相对较高的聚电解质化合物。作为浮选抑制剂的是褐煤用氧化钠处理后得到的腐殖酸钠溶液。在含褐铁矿、赤铁矿、碳酸铁的铁矿石反浮选时，用石灰，氢氧化钠和粗硫酸皂等药剂浮选石英，此时用腐殖酸钠抑制褐铁

10、矿。另外，在合成的有机高分子絮凝剂中，主要是聚丙烯酰胺及其衍生物。聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚或者与其他单体共聚而成的质量分数为50%以上的线型水溶性高分子化学品的总称。由于其结构单元中含有酰胺基，易行成氢键,所以具有良好的水溶性，广泛应用于石油、金属及化学矿山开采、水处理、纺织、造纸等行业。聚丙烯酰胺系列产品可分为非离子型、阳离子型、阴离子型以及两性四大类。相对分子质量大小是聚丙烯酰胺主要性能指标之一。3、选择性絮凝工艺在选矿中的应用自本世纪中叶以来便已开展广泛的，包括黑色，有色和非金属矿多种矿石类型选择性絮凝的研究。其中比较成熟的有铁矿、铜矿、锡矿、钾盐矿、磷酸盐矿、粘土矿、铝土矿和

11、煤等。在所有的研究当中，获得成功的多属实验室规模或半工业试验。3.1 选择性絮凝在有色金属选别中的应用在有色金属硫化矿中，曾研究过方铅矿、闪锌矿和黄铁矿等的选择性絮凝，但目前研究较多和较为成熟的，仍是铜的硫化物和氧化物。米勒等人研究了细粒硫化铅，锌矿泥的选择性絮凝。他们联合使用戊基黄原酸钾和聚丙烯酰胺作絮凝剂，使絮凝物中的铅含量从11.5%提高到19%；锌从19.5%提高到24.5%o阿蒂亚研制的聚丙烯酰胺-乙二醛-双-羟基缩苯胺是铜矿物的有效选择性絮凝剂，用于处理细粒浸染的复杂铜矿，证明在技术上是可行的。图3是用此选择性絮凝剂处理复杂铜矿的流程图，表1为用该流程所获得的典型结果。研究表明，为

12、了保证精矿的质量，必须经过多段絮凝和分散以排除混杂的脉石矿物，同时还要选择有效的分散剂，如六偏磷酸钠和DispexN40混合剂。铜矿石悬浮液T5微米，碱性PH絮凝剂选择性絮凝（粗选）（矿泥）TTHXpj（絮团）I矿泥一选择性一凝（扫选）絮凝剂一选择性絮凝（精选）亚足-分散剂+水一I（絮团）（絮山）絮凝剂_-I矿泥选择性不凝（再精选）扫选精矿I（缴用、分散刑+7K最终精矿尾矿图3选择性絮凝处理复杂铜矿流程表1选择性絮凝处理复杂铜矿结果产品名称产率铜含量铜的分布率条件最终精矿1622.569用蒸储水配制扫选精矿127.717矿浆浓度为尾矿721.1142.5%最终精矿1623.565用蒸储水配制扫

13、选精矿343.822矿浆浓度为尾矿501.5135.0%最终精矿1719.662用蒸储水配制扫选精矿125.322矿浆浓度为尾矿712.01310.0%注：给矿含铜5.4%杨敖等人研究了各种絮凝剂对细粒锡石絮凝行为的影响，认为美国非离子型絮凝剂NlOO对锡石絮凝效果最好。子啊不同分子量聚丙烯酰胺中，以分子量600-900万的絮凝剂对锡石的絮凝效果最佳。用水解聚丙烯酰胺絮凝锡石时，需要C+,Ca2+,Mg?+和Fe?+等活化离子，活化作用与絮凝剂水解度有关。水解度为55%聚丙烯酰胺絮凝锡石时，以CM+活化最好；水解度小于40%时，以Ca?+活化最好。3.2 选择性絮凝在黑色金属选别中的应用在选择

14、性絮凝工艺中研究最多，最成熟，并已有工业实践的是铁矿石。随着美国蒂尔登选矿厂选择性絮凝工艺处理美国马凯特矿带难选氧化铁燧岩的成功，铁矿石选择性絮凝的应用研究，无论是在国内还是国外都受到了普遍重视。美国蒂尔登选矿厂处理的矿石中，主要的含铁矿物是假象赤铁矿和赤铁矿。铁矿物嵌布粒度平均为1025微米。脉石矿物除石英外，还有少量的钙、镁、铝矿物。原矿含铁35%,含硅45%。该厂采用两段磨矿加中间破碎的破碎磨矿流程。第一段自磨加水玻璃和氢氧化钠，第二段磨机的排矿用旋流器分级，分级溢流的PH为1011,将其导入搅拌槽，并在其中加入玉米淀粉，搅拌后的矿浆进入浓密机进行选择性絮凝脱泥。在浓密机中石英矿泥呈溢流

15、排出，浓密机的沉砂便是絮凝精矿。当浓密机的含铁3538%时，排出的溢流含铁1214%,沉砂含铁44%,浓度为4560%,经矿浆分配器进入搅拌槽，在此加入抑制剂玉米淀粉，并进行搅拌，然后用胺类捕收剂浮选脉石矿物。浮选流程如图4所示，此流程采用了一次粗选，四次扫选流程。粗选排出的槽中产物浓度为17%,最终精矿含铁65%,含石英5%,铁的回收率为70%。蒂尔登选矿厂采用选择性絮凝反浮选处理细粒贫赤铁矿效果较好，主要特点概括如下：1)细磨。采用“自磨-细碎-砾磨”两段闭路的磨矿流程，选用大型湿式自磨机(8.2X4.4米)和大型砾磨机(04.7X9.1米)配套，按1：2平衡两段负荷，加上旋流器分级的应用

16、，使工业生产达到细磨(80%-25微米)的要求，给选择性絮凝浮选创造了条件。原矿图4蒂尔登选矿厂选择性絮凝浮选流程2）絮凝脱泥。分散剂加入磨机中，节省了辅助设备，强化了分散作业但并未影响磨矿分级，这已得到工业生产证实。2）反浮选。用胺作捕收剂，高浓度调浆后，只粗选一次得精矿。采用搅拌强充气量大的维姆科型浮选机，减少了浮选槽的数量并调高了回收率。泡沫中夹杂的铁矿物，用加强扫选来回收。3）回水利用。工业上成功应用絮凝剂及石灰分别处理回水，简而易行。回水利用率达95%,降低药耗和成本，减少了环境污染。4）精矿三段脱水。精矿粒度细脱水不易，采用了浓缩-过滤-干燥-三段脱水。过滤时还加了药剂和蒸气罩。该

17、厂所用药方如下：药名总用量克/吨加药地点氢氧化钠455第一段自磨机水玻璃223第一段自磨机玉米淀粉801脱泥前及浮选搅拌槽，扫选给矿月安142粗选第1,6槽聚丙烯酰胺Ill精矿浓密机溢流，浮选泡沫尾矿石灰899脱泥浓密机，浮选泡沫给矿液态二氧化碳289过滤机给矿表面活性剂142过滤机给矿另外，谢尔在第八届国际选矿会议上提出不预先脱泥,选择性絮凝脉石矿物,浮选修铁矿的工艺方案。原矿含Cr2O318.3%,FeO9.50%,SiO229.98%,AhO32.14%,CaO1.3%,MgO20.43%,铭铁比为1.68。原矿加苛性钠磨矿至49%-43微米，pH维持在11.011.5,然后加分散剂水玻

18、璃和选择性絮凝剂陵甲基纤维素，使脉石矿物絮凝，用阴离子捕收剂浮选铝铁矿，竣甲基纤维素不影响铝铁矿的浮选。同时又是脉石矿物的良好抑制剂。实验室的药剂条件为：水玻璃300gt,竣甲基纤维索200gt,塔尔油1500gt,分选所得的格铁矿精矿含C2350%,回收率80%o3.3 选择性絮凝在非金属选别中的应用张骏成用苏州观山地质钻孔矿芯样，进行了选择性絮凝分离明研石的试验。其方法是将高岭土试验在40%的浓度下添加分散剂水玻璃，使矿浆充分分散，分出粗粒和重粒，然后在18%浓度下，边搅拌，边缓慢加入絮凝剂聚丙烯酰胺(35gt),使高岭石絮团下沉，而明帆石仍然处于悬浮状态，便可与高岭石分离。试验结果表明，

19、当原矿含SCh为1.74%,用上述方法可得产率为54.24%,含SO30.12%,白度达75%的高岭土精矿。陈树忠和魏克武在研究高岭石和明矶石单矿物分散絮凝基础上，进行了混合物料和实际矿石的分离试验。用水解聚丙烯酰胺为絮凝剂，水玻璃为分散剂，用多价金属阳离子活化明研石，使其选择性絮凝，以达到脱硫的目的。对含S31.00%的机选产品进行试验，可获得含SO3为0.36%,产率为52.27%的高岭土精矿。布鲁克斯等研究了煤-页岩混合物(1：1)的选择性絮凝。用不同类型、不同水解度和不同分子量的聚丙烯酰胺为絮凝剂，六偏磷酸钠为分散剂，经搅拌1.5分钟后，所用的絮凝剂都能选择性絮凝煤，在絮凝产品中，煤的

20、回收率为8090%。比什克试图让煤粒分散，而使脉石选择性絮凝，对粒度为0.04mm的煤泥进行了试验，结果表明，当用按甲基纤维素钠盐为分散剂、水解聚丙烯酰胺为絮凝剂时，可以实现上述的选择性，水解度对选择性有一定的影响，中等的水解度的聚丙烯酰胺获得了最好的选择性。4、结论在选择性絮凝工艺的研究工作中，大部分都限于矿物分离体系。有关絮凝选择性机理的基础知识可延伸到其它的分离领域，如环境保护、危险物质的预先富集、生物分离和控制药物的输送等体系必须建立一种各学科配合的方法，以开展选择性絮凝工艺的科学技术研究，以便能实现工业应用。未来要着重从以下几个方面进行更深层次的研究：1)寻找和研制高效的选择性絮凝剂

21、和分散剂；2)选择恰当的絮团分离技术；3)进一步掌握絮凝、调整、分离各环节关键的影响因素及影响规律以及它们和不同矿物的关系，如矿浆PH值、浓度、药剂量等；4)降低分散剂耗量，提高经济效益；净化后含分散剂的水复用是一途径；5)解决高分散剂悬浮液的固-液分离及净化水复用问题，有时需进一步添加另外凝聚剂和絮凝剂等使分散相颗粒聚沉；6)减轻絮凝和分离过程的卷裹和夹带。参考文献1黄传兵等.选择性絮凝技术及其在矿物分选中的应用.矿业工程,2005(3):27292卢寿慈，翁达.界面分选原理及应用.北京冶金工业出版社,19923张强.选矿概论.北京：冶金工业出版社，19844张一敏.固体物料分选理论与工艺.北京,冶金工业出版社,20075芦小飞,王新德,牛学坤，等.聚丙烯酰胺的合成技术及其应用.化学推进剂与高分子材料,2006,6(5):31-346胡为柏.浮选.北京.冶金工业出版社.1976