羧甲基纖維素對微細粒蛇紋石的絮凝及抑制作用

馮　博，朱賢文，彭金秀

(江西理工大學江西省礦業工程重點實驗室，贛州　341000)

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羧甲基纖維素對微細粒蛇紋石的絮凝及抑制作用

馮博，朱賢文，彭金秀

(江西理工大學江西省礦業工程重點實驗室，贛州341000)

通過浮選實驗、沉降實驗、吸附量測試及紅外光譜測試研究不同種類抑制劑在蛇紋石浮選中的作用，并考察其作用機理。結果表明，蛇紋石表面親水，可浮性較差，微細粒級蛇紋石能夠通過泡沫夾帶上浮進入精礦。高分子抑制劑羧甲基纖維素(CMC)能完全抑制細粒級蛇紋石的浮選，而抑制劑水玻璃不能抑制細粒級蛇紋石的浮選。機理研究表明，CMC和水玻璃均能在蛇紋石表面吸附，而高分子抑制劑CMC能對細粒級蛇紋石產生絮凝作用，增大蛇紋石顆粒表觀粒度，降低泡沫夾帶，從而實現細粒級蛇紋石的完全抑制。

抑制劑； 蛇紋石； 絮凝； 抑制

1　引　言

蛇紋石是一種天然生成的層狀構造的含鎂硅酸鹽礦物。主要由橄欖石、輝石蝕變而成，其理論化學組成為：MgO 43.6%, SiO243.3%, H2O 13.1%[1]，有時發生Fe和Ni對Mg的取代而混入少量的FeO、Fe2O3、NiO等成分。摩氏硬度在2.5到4之間，相對密度在2.2到3.6之間[2]。蛇紋石屬于1∶1型層狀硅酸鹽礦物，其結構單元層由硅氧四面體層與鎂氧八面體層按1∶1的比例連接而成[3,4]。

蛇紋石是硫化銅鎳礦石中主要的含鎂硅酸鹽脈石礦物，也是影響硫化銅鎳礦浮選指標的重要原因[5-7]。許多研究者研究了含蛇紋石進入浮選精礦的原因。盧毅屏[8]研究發現蛇紋石屬于親水性礦物，天然可浮性差，但蛇紋石可以通過泡沫夾帶上浮進入精礦，夾帶程度與顆粒大小、礦漿濃度和泡沫水回收率等因素有關。Fornasiero[9]研究發現，在7～10的pH區間，銅離子和鎳離子可以活化蛇紋石的黃藥浮選。賈木欣[10]推測蛇紋石脈石的表面發生了礦相變化，由單純的蛇紋石礦物相轉變為蛇紋石與滑石的混合相，這是蛇紋石難以抑制的主要原因。

為解決硫化銅鎳礦浮選時蛇紋石難以抑制的問題，國內外技術人員進行了大量的研究工作，取得了一定的成果[11,12]。但蛇紋石難以抑制的問題仍沒有得到較好解決。本文通過浮選試驗、吸附量試驗、沉降試驗和紅外光譜測試，考察不同種類抑制劑對蛇紋石浮選的影響，并對其作用機理進行分析，為后續研究工作提供基礎。

2　實　驗

2.1礦物樣品與試劑

試驗所用蛇紋石為江蘇東海龍騰化工有限公司提供的純度較高的塊礦。將塊礦錘碎后用瓷球磨磨細，然后篩分成不同粒級的樣品備用。試驗所用起泡劑甲基異丁基甲醇(MIBC)、CMC(羧甲基纖維素)均為分析純，水玻璃為工業品，實驗用水為蒸餾水。

2.2浮選試驗

使用高精度天平稱取2 g蛇紋石放于浮選槽中，加入40 mL蒸餾水，開啟浮選機攪拌調漿，待礦漿混勻后按試驗要求加入浮選藥劑并攪拌3 min，測定礦漿pH值后插入擋板開始充氣，待穩定泡沫層形成后開始手工刮泡，刮泡過程保持勻速，刮泡時間3 min。將泡沫產品與槽內產品分別過濾、烘干、稱量，計算所得產率即為回收率。

2.3沉降實驗

本文采用礦漿的濁度表征礦粒的分散性，濁度越大，表明礦漿分散越好。沉降實驗在100 mL沉降量筒中進行，以蛇紋石含量0.1 g/L的濃度按相應浮選實驗條件調漿后，沉降3 min，從上部抽取25 mL懸浮液，用散射光濁度儀WGZ-3測定濁度。

2.4紅外光譜測試

將蛇紋石樣品用瑪瑙研缽磨細，放入燒杯中按實驗要求加入浮選藥劑后攪拌調漿，所得礦漿使用離心機離心分離，所得固體經真空干燥后進行紅外光譜分析。

2.5吸附量實驗

將CMC采用苯酚-硫酸法分解顯色后用紫外分光光度計測定其吸光度值[14]，繪制不同濃度CMC溶液與吸光度值的關系曲線。稱取1 g蛇紋石樣品放入燒杯，按實驗要求加入藥劑并調漿，將調漿后的礦漿使用離心機高速離心沉降，取上清液測定吸光度值，根據不同濃度CMC溶液與吸光度值的關系曲線得出CMC的吸附量。水玻璃含量通過ICP方法測定溶液中Si含量后換算得出。

3　結果與討論

3.1泡沫夾帶對微細粒蛇紋石浮選的影響

圖1所示為礦漿pH值的變化對不同粒度蛇紋石浮選行為的影響。由圖可知，蛇紋石的浮選回收率受pH影響較小，在試驗所研究的整個pH范圍內，蛇紋石浮選回收率較低。不同粒度的蛇紋石浮選行為差別較大，-10 μm粒級的微細粒蛇紋石的回收率高于-74+37 μm粒級的蛇紋石。

不同粒級蛇紋石表面疏水性相同，微細粒級蛇紋石回收率較高可能是泡沫夾帶的結果?？疾炝宋⒓毩＜壣呒y石浮選回收率隨水回收率的變化，結果如圖2所示。使用石英做為參比礦物，石英是強親水礦物，不能疏水上浮，只能通過泡沫夾帶進入精礦，其回收率與水回收率呈直線關系[14,15]。微細粒級蛇紋石的浮選回收率略高于石英的回收率，其回收率與水回收率也近似呈直線關系，說明微細粒級蛇紋石的上浮主要是泡沫夾帶的結果。

3.2CMC及水玻璃對微細粒級蛇紋石浮選的影響

考察了兩種抑制劑，水玻璃和CMC對微細粒級蛇紋石浮選的影響，結果如圖3所示。圖中結果表明，CMC對微細粒蛇紋石具有較好的抑制作用，隨CMC用量增加，蛇紋石浮選回收率降低，當CMC用量達到100 mg/L時，蛇紋石浮選回收率降低到6%，再增加CMC用量，蛇紋石回收率變化不大。水玻璃對微細粒蛇紋石抑制效果較弱，隨水玻璃用量增加，蛇紋石浮選回收率變化不大。

圖1　pH值對不同粒級蛇紋石浮選的影響Fig.1　Effect of pH on the flotation of different size serpentine c(MIBC)=1×10-4 mol/L

圖2　蛇紋石浮選回收率與水回收率的關系Fig.2　The relationship between water recovery and serpentine recovery c(MIBC)=1×10-4 mol/L,pH=9

圖3　抑制劑用量對蛇紋石浮選的影響Fig.3　The effect of depressant dosage on serpentine flotation c(MIBC)=1×10-4 mol/L; pH=9

圖4　抑制劑在蛇紋石表面的吸附行為Fig.4　The adsorption of depressant on serpentine surface

3.3蛇紋石表面CMC與水玻璃的吸附行為

抑制劑產生抑制作用的前提是能夠吸附在礦物表面?？疾炝怂ＡШ虲MC在微細粒級蛇紋石表面的吸附行為，結果如圖4所示。圖中結果表明，CMC和水玻璃均能在蛇紋石表面吸附，隨藥劑用量增加，水玻璃和CMC的吸附量均增加。

圖5　CMC作用前后蛇紋石的紅外光譜圖Fig.5　Infrared spectra of serpentine before and after interact with CMC

圖6　水玻璃作用前后蛇紋石的紅外光譜圖Fig.6　Infrared spectra of serpentine before and after interact with water glass

圖7　抑制劑用量對蛇紋石礦漿濁度值的影響Fig.7　The effect of depressant dosage on turbidity value of serpentine pulp

CMC與蛇紋石作用后，蛇紋石紅外譜圖在1588.7 cm-1和1664.9 cm-1處出現了新的吸收峰，這是CMC的-COO-在蛇紋石表面吸附的結果。在CMC的紅外光譜中，-COO-反對稱伸縮振動是一個單峰，而吸附在蛇紋石表面后，峰的位置出現在1664.9 cm-1處，并在1588.7 cm-1處出現一個肩峰，這是由于CMC的羧基在蛇紋石表面有兩種存在形式，1588.7 cm-1處是和表面發生反應的羧基的吸收峰，1664.9 cm-1處是未和蛇紋石表面發生反應的羧基的吸收峰。蛇紋石與CMC作用后，蛇紋石580.0 cm-1處MgO-H的面內彎曲振動吸收峰和443.6 cm-1處Mg-O的面內振動吸收峰均發生了位移，因此，除了靜電吸引作用外，羧甲基纖維素還可以通過羧基和蛇紋石表面的鎂發生化學反應而吸附在蛇紋石表面。水玻璃與蛇紋石表面作用后，蛇紋石紅外圖譜在1057.8 cm-1和1660.7 cm-1處出現了新的吸收峰，這是水玻璃在蛇紋石表面吸附的結果。與水玻璃作用后，蛇紋石紅外圖譜中的Mg-OH振動峰強度沒有發生變化，說明水玻璃沒有與蛇紋石表面的鎂發生作用；而蛇紋石紅外譜圖中Si-O特征峰出現偏移，984.6 cm-1處伸縮振動峰移至989.5 cm-1處，可知水玻璃通過與蛇紋石表面的Si質點作用，進而吸附在蛇紋石表面。

3.4CMC與水玻璃對微細粒蛇紋石絮凝行為的影響

微細粒級蛇紋石主要通過泡沫夾帶進入精礦，因此降低微細粒級蛇紋石回收率的主要手段是增大蛇紋石的粒度，以降低其泡沫夾帶?？疾炝怂ＡШ虲MC對蛇紋石聚集分散行為的影響，如圖7所示。由圖7可知，CMC對細粒蛇紋石產生了絮凝作用，隨CMC用量增加，蛇紋石礦漿濁度降低。隨水玻璃用量增加，礦漿濁度先降低后升高，說明水玻璃對蛇紋石產生了分散作用。

4　結　論

(1)蛇紋石表面親水，可浮性較差，細粒級蛇紋石能夠通過泡沫夾帶進入精礦，回收率高于粗粒級蛇紋石；

(2) CMC是一種高分子抑制劑，能對細粒級蛇紋石產生絮凝作用，增大蛇紋石顆粒表觀粒度，降低微細粒級蛇紋石的泡沫夾帶；

(3)水玻璃是一種分散劑，使蛇紋石顆粒處于分散狀態，不能夠降低泡沫夾帶，不能阻止微細粒級蛇紋石進入精礦。

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Flocculation and Depression Effects of Carboxymethyl Cellulose on Serpentine

FENGBo,ZHUXian-wen,PENGJin-xiu

(Jiangxi Key Laboratory of Mining Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China)

The depression effects of different depressant on serpentine flotation was studied by flotation experiments, settlement experiments, adsorption tests and infrared spectra tests, and the mechanism was also discussed. The result shows that the serpentine surface is hydrophilic and the natural flotability is poor. The fine grained serpentine comes into the concentrate mainly by entrainment. The polymeric depressant CMC can depress the flotation of fine grained serpentine while depressant sodium silicate can't depress fine grained serpentine flotation. Mechanism studies show that the polymeric depressant can flocculate fine grained serpentine and increase the serpentine apparent particle granularity, thus reduce the entrainment and realize the depression of fine grained serpentine.

depressant;serpentine;flocculate;depress

國家自然科學基金資助項目(51404109)；中國博士后科學基金(2015M582759XB)

馮博(1986-)，男，副教授，博士.主要從事礦物加工理論與工藝等方面的研究.

TD952

A

1001-1625(2016)05-1367-05