硬硼鈣石簡介
雖然土耳其有很多的硼礦床, 但是, 都沒有達到工業生產和銷售精礦的水平。所以加強硼礦物選礦研究具有重要意義。硬硼鈣石是主要硼礦物, 它包含在土耳其大多數硼礦床中。陰離子捕收劑和陽離子捕收劑可很容易浮選硬硼鈣石。伴生礦物(如黏土和含砷礦物)對硬硼鈣石浮選起負面影響。Kutahya-Emet 地區的硬硼鈣石約含0.1 % ～ 5 %砷化合物。主要為雄黃和雌黃。
用純硬硼鈣石和雄黃晶體研究了從硬硼鈣石中浮選分離雄黃的條件。為了確定最佳分離條件, 還研究了捕收劑在硬硼鈣石表面上的吸附機理 。
從雄黃中浮選
套用了兩個不同的樣品:從Emet礦床採集的天然礦石樣品和從礦床手揀出的純硬硼鈣石和雄黃晶體。硬硼鈣石的化學成分為(%):50.26 B2O3 、27.74 CaO 、21.66 H2O 、0.09 SiO2 、0.27 Na2O 、0.15 K2O 、0.25 MgO 、0.03 FeO +TiO2+Al2O3 。雄黃含(%):46.69 As 、52.04 SO4 、1.27其它。天然礦石樣品分析含32.45 B2O3 和1250·10-6As 。
用乳缽將手揀出的晶體樣品磨碎, 並用篩子篩出- 0.150 +0.075 mm 和-0.038 mm 粒級。-0.150 +0.075 mm 粒級用於浮選試驗, -0.038mm 粒級用於紅外光譜研究。天然礦石樣在瓷磨機中細磨, 並篩出-0.150 +0.075 mm 粒級。在試驗中套用陰離子捕收劑和陽離子捕收劑。用兩種黃藥(戊基鉀黃藥(KAX)和乙基鉀黃藥(KEX))、兩種不同的烷基硫酸鹽(R825 和R840)和油酸鈉作陰離子捕收劑。用胺(Armac-T)作陽離子捕收劑。用HCl和NaOH 調節懸浮液的pH 。分別用氯化鋇和煤油作為硬硼鈣石和雄黃的活化劑。在天然礦石浮選時用矽酸鈉(SiO2∶Na2O 為2∶1)作為脈石礦物的抑制劑。在所有試驗中, 套用蒸餾水和分析純級試劑 。
浮選方法
用Shimadzu IR-435 型紅外光譜儀進行紅外光譜研究。用KBr 壓片法攝取紅外光譜。將1g 預先細磨的純礦物樣品與50 mL 表面活性劑溶液(10-1mol/L 的KAX 、KEX 和油酸鈉, 以及1 %的R825 、R840 和Armac-T)在給定的pH 下攪拌3 h 。攪拌後用離心分離法進行固液分離, 固體在40 ℃以下乾燥12 h 。將2 %樣品壓成KBr 片, 將KBr 片放到紅外光譜儀中攝譜。
用微型浮選機進行浮選試驗。浮選槽體積為120mL , 孔徑為12 ～ 16 μm 氣體分散器放在浮選槽底部。通過氣體分散器向浮選槽以30 cm3/ min 速度供給氮氣, 以獲得氣泡。
討論
為了確定藥劑在礦物表面上的吸附機理, 進行了紅外光譜研究。成功地獲得了硬硼鈣石和經浮選藥劑處理後的硬硼鈣石的紅外光譜。但是, 未能獲得雄黃晶體和經浮選藥劑處理後的雄黃的紅外光譜。正如文獻提到的那樣, 某些含砷礦物、含銻礦物、錫石、含鋅和含汞礦物沒有特徵紅外吸收譜帶。
首先獲得純的硬硼鈣石和浮選表面活性劑的紅外光譜, 然後與pH 9 時經表面活性劑處理後的礦物的紅外光譜進行比較。在用Armac-T 藥劑處理時pH 定為7 。
將純礦物紅外光譜與經表面活性劑處理後的礦物紅外光譜比較, 來確定吸附類型。在用表面活性劑溶液處理礦物後, 如果礦物的紅外光譜沒有改變,或變化很小, 那么吸附屬於物理吸附。如果紅外光譜變化很大, 或產生一些新的譜帶, 那么吸附屬於化學吸附。物理吸附是吸附物與被吸附物之間通過范德華力、離子結合或疏水締合而結合在一起的過程。
在化學吸附過程中, 在吸附物與被吸附物之間發生強化學反應, 在礦物表面可形成新的化合物沉澱, 從而產生較高的置換焓, 其值一般為15 ～ 20 kcal/mol 。
所以在化學吸附過程中, 紅外光譜完全改變或出現一些新的譜帶。
硬硼鈣石與KAX 和KEX 攪拌時, 未檢測出特性吸收譜帶。相反地, 動電測量表明, 在與KAX 和KEX 攪拌後, 荷負電的硬硼鈣石表面變得更負。由此得到以下結論, 雖然紅外光譜沒有變化, 但在硬硼鈣石表面上發生KAX 和KEX 吸附。這種吸附稱為特效吸附, 這可由電動電位數值變化來確定。
油酸在不同礦物表面上的吸附特性可能包括化學吸附。1450 ～ 1570 cm-1 處的吸附
譜帶代表油酸鈣的羧酸鹽伸縮振動模式。從硬硼鈣石紅外光譜和經10-1 mol/L 油酸鈉處理的硬硼鈣石的紅外光譜區別可看出, 在1450 ～ 1570cm-1處檢測出羧酸鹽的吸附譜帶, 這表明在礦物表面上發生了化學吸附。
在硬硼鈣石與1 %的R825 捕收劑溶液攪拌後, 其紅外光譜沒有變化。由此可知, 硬硼鈣石與R825 之間沒有發生化學吸附。相反地, 硬硼鈣石與1 %的R840 攪拌後, 1300 ～ 1400 cm-1 處的譜帶偏移到1390 ～ 1460 cm-1 處。這表明, R840 在硬硼鈣石表面上化學吸附。
在硬硼鈣石與1 %的陽離子捕收劑Armac-T溶液攪拌後沒有檢測出譜帶的變化。如果荷負電的硬硼鈣石與陽離子捕收劑之間發生吸附, 那可能是由於靜電吸引引起的, 即發生物理吸附。
在紅外光譜研究以後, 接著進行純礦物樣品浮選試驗, 以確定硬硼鈣石和雄黃的可浮性。進行了捕收劑種類、捕收劑用量、礦漿濃度、礦漿pH 、活化劑用量、攪拌時間和浮選時間試驗, 以確定最佳浮選條件。試驗表明, 油酸鈉和KAX 分別是硬硼鈣石和雄黃的最好的捕收劑。
在最佳的純礦物浮選條件下, 硬硼鈣石和雄黃的回收率分別為98 %和88 %。
為了確定最佳的分離條件, 將0.5 %和5 %的雄黃添加到硬硼鈣石中製備兩種不同的人工混合樣。
第一個人工混合樣含49.92 %B2O3 和1575·10-6As 。第二個人工混合樣含47.7 % B2O3 和8460·10-6As 。首先在早先已證明油酸鈉是雄黃好的捕收劑試驗中確定的最佳條件下進行浮選, 但只獲得有限的成功。所以, 又用KAX 浮選雄黃, 將硬硼鈣石留在懸浮液中。雄黃浮出後, 從第一個混合樣中獲得的硬硼鈣石精礦的B2O3 回收率為79.18 %, 含49.83 %B2O3 和676·10-6As , 從第二個混合樣中獲得的硬硼鈣石精礦的B2O3 回收率為82.96 %, 含49.77 %B2O3 和3600·10-6 As 。從第一個和第二個樣品獲得精礦砷量減少57.08 %和57.45 %。
最後在最佳條件下對天然礦石進行了雄黃浮選試驗。用2 kg/t 的矽酸鈉作為脈石礦物的抑制劑。浮選雄黃, 將硬硼鈣石精礦留在槽內產品中。硬硼鈣石精礦的B2O3 回收率為96.99 %, 含33.93 %B2O3 和860·1-6As , 砷量減少31.20 %。
總結
用紅外光譜研究了浮選捕收劑在硬硼鈣石和雄黃表面上的吸附類型。雖然成功地攝取了硬硼鈣石紅外光譜和經浮選捕收劑處理後的硬硼鈣石的紅外光譜, 但未能獲得雄黃和經浮選捕收劑處理後雄黃的紅外光譜。紅外光譜結果表明,R840 和油酸鈉化學吸附在硬硼鈣石表面上, 而R825 不是以化學吸附狀態吸附。胺吸附是物理吸附。黃藥吸附是特效吸附。
用純礦物樣品研究了硬硼鈣石和雄黃的可浮選。在最佳條件下, 硬硼鈣石和雄黃的浮選回收率分別為98 %和88 %。用人工混合礦樣確定了兩種礦物的最佳分離條件。用戊基鉀黃藥浮選雄黃, 將硬硼鈣石留在槽內產品中, 硬硼鈣石精礦砷量減少了57.45 %。天然礦石浮選試驗獲得的硬硼鈣石精礦砷量減少了31.20 % 。
