六偏磷酸鈉在鎳黃鐵礦/蛇紋石浮選體系的作用研究

李小黎， 張其東, 王雷, 羅慶教

1.中國黃金集團(上海)貿易有限公司，上海 200120；2.礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京 102628；3.有研資源環境技術研究院(北京)有限公司 生物冶金國家工程實驗室，北京 101407；4.有研工程技術研究院有限公司，北京 101407；5.南丹縣南方有色金屬有限公司，廣西 河池 547204

引 言

金屬鎳是一種重要的有色金屬戰略資源，因其具有良好的鐵磁性、延展性、耐腐蝕性、抗氧化性及較好的機械強度被廣泛應用于航天、國防、軍工、能源、化工、電池等各個行業[1-2]。鎳在自然界中主要以硫化鎳礦、紅土鎳礦以及海底結核三種形式存在[3]，其中硫化鎳礦是目前提取鎳的主要原料之一，世界上近60%的鎳產自硫化鎳礦[4]。我國的鎳資源主要是硫化鎳礦為主，且相對集中，主要分布在甘肅、吉林、新疆等地，其中以甘肅金川最為豐富[5-6]。通常采用浮選法對硫化鎳礦進行分選，但在浮選過程中，礦石中含鎂礦物如蛇紋石易與硫化鎳礦物-鎳黃鐵礦黏附在一起進入鎳精礦而影響精礦的質量[7]，為后續鎳精礦的閃速焙燒提鎳工藝帶來爐體結瘤等問題，因此鎳礦降鎂一直以來都是研究的重點和難點。

關于蛇紋石對硫化鎳礦浮選的影響，有研究[8-9]認為蛇紋石與鎳黃鐵礦之間的表面電性差異使得礦物顆粒之間產生“異相凝聚”，導致難以分離，惡化浮選指標；也有學者[10-11]認為蛇紋石良好的可浮性是導致其進入精礦難分離的主要原因。六偏磷酸鈉是常用的分散劑和降鎂抑制劑，能夠選擇性地與礦物表面作用，使目的礦物與脈石礦物有效分散，從而實現礦物的浮選分離。夏啟斌[12]等研究發現六偏磷酸鈉能夠與蛇紋石發生吸附作用，提高顆粒之間的位阻排斥和靜電排斥能，分散蛇紋石；王德燕[13]認為六偏磷酸鈉能夠提高銅鎳浮選體系中蛇紋石的親水性，使其得到抑制；陳偉[14]研究發現六偏磷酸鈉能促進蛇紋石表面的鎂遷移到液相，降低蛇紋石的表面電位，同時還可與液相中的Mg2+作用，阻止Mg2+向蛇紋石表面反吸附，保持蛇紋石表面的負電性，降低銅鎳礦中蛇紋石的含量。本文作者以蛇紋石和鎳黃鐵礦為研究對象，通過浮選試驗、動電位測試及Zeta電位分布測量、SEM電鏡掃描等手段對蛇紋石影響鎳黃鐵礦浮選的機理進行研究，并通過添加六偏磷酸鈉研究其對于兩者浮選分離的影響機制，為含鎂鎳礦的浮選分離提供技術基礎。

1 試驗方法和材料

1.1 試驗樣品

本試驗所用鎳黃鐵礦和蛇紋石樣品均取自甘肅金川。蛇紋石塊礦經破碎手選后用瓷球磨、攪拌磨磨細，得到蛇紋石單礦物樣品；金川特富礦經破碎手選后用瓷球磨磨細，經磁選后篩分得到鎳黃鐵礦單礦物樣品。圖1為單礦物鎳黃鐵礦和蛇紋石的XRD圖，表1為單礦物化學多元素分析結果，表2所列為兩種單礦物樣品粒級組成。試驗所用藥劑均為分析純，試驗用水為一次蒸餾水。

圖1 鎳黃鐵礦(左)和蛇紋石(右)X射線衍射結果

表1 單礦物化學多元素分析結果

表2 單礦物樣品的粒度組成

經X射線衍射分析和化學多元素分析結果可知，單礦物鎳黃鐵礦和蛇紋石的純度均在90%以上，由表2可知，鎳黃鐵礦的平均粒徑為51.49 μm，蛇紋石的平均粒徑為20.89 μm。

1.2 試驗方法

1.2.1 浮選試驗

浮選試驗在XFG型掛槽式浮選機中進行，浮選溫度為室溫，每次試驗稱取2.0 g礦樣，放入40 ml的浮選槽中，加入30 mL蒸餾水，攪拌，用HCl或NaOH調節到要求的pH值，加入捕收劑，調漿3 min，加入起泡劑MIBC，攪拌2 min后充氣浮選，空氣流量為0.3 L/min，浮選刮泡5 min，分別將泡沫產品和槽內產品在60 ℃時烘干稱量，單礦物試驗產率為回收率，人工混合礦浮選產品經化驗后計算回收率。

1.2.2 動電位測試

動電位測定是用美國Brookhaven公司ZetaPALS/90 plus型電位分析儀完成的。將礦樣在瑪瑙研缽中磨細至-20 μm，每次稱取20 mg放入燒杯中，加入30 mL濃度為10-3mol/L的KNO3溶液，用NaOH或HCl調節礦漿pH值。加入藥劑后，用玻璃棒攪拌1 min，使礦樣均勻分散，然后用注射器抽取少量礦漿懸浮液，注入測試電泳管，進行電位測試，測量三次取平均值

1.2.3 Zeta 電位分布測定

Zeta 電位分布的測定是使用 Zetaphoremeter Ⅲ儀器完成的，使用鎳黃鐵礦和蛇紋石兩種純礦物分別配置濃度為0.2 g/L 的懸浮液1 L，分別按11的比例取兩者的懸浮液混合在一起，并添加一定量的高濃度鹽溶液，用注射器把混合均勻的懸浮液注入電泳槽中，通過激光照明和 CCD 成像系統，觀察和記錄 20～100個顆粒的運動軌跡，儀器的軟件系統利用 Smoluchowski方程把顆粒的運動距離轉換為Zeta 電位值，測量在室溫下進行(23±1 ℃)。

2 試驗結果和討論

2.1 浮選試驗

藥學院校實驗室種類繁多，用途各異，涉及的安全與環保隱患也各不相同。因此，學校和實驗室管理與使用部門，需要在加強普適性安全環保教育的基礎上，針對不同實驗室特色設定安全環保教育模式，制定適宜的管理規范；對于學生，在同一時間段涉足不同類型的實驗室，需要樹立正確的安全環保意識，防范不同不安全因素可能造成的傷害；對于教師和實驗室管理人員，如何讓學生進入實驗室后迅速具備安全環保意識，快速了解所在實驗室的安全環保防控點，自覺遵守相關規定，是藥學類實驗室面臨的重要任務。

圖2 礦漿pH值對單礦物和混合礦浮選回收率的影響

圖3為不同蛇紋石添加量和有無添加六偏磷酸鈉對混合礦中鎳黃鐵礦浮選的影響結果，此時礦漿pH 8.5，鎳黃鐵礦濃度為25 g/L。由圖3可知，鎳黃鐵礦浮選過程中蛇紋石的添加會導致鎳黃鐵礦浮選回收率的下降，而且蛇紋石添加量越大，對鎳黃鐵礦浮選回收率降低越明顯，當蛇紋石的添加量大于60%時，鎳黃鐵礦的回收率小于20%；而加入六偏磷酸鈉之后，鎳黃鐵礦的浮選指標明顯提高，說明六偏磷酸鈉的添加有利于兩者的浮選分離。

圖3 蛇紋石占比和六偏磷酸鈉對浮選結果的影響

2.2 作用機理研究

對有無添加六偏磷酸鈉的蛇紋石和鎳黃鐵礦的Zeta電位進行測定，結果如圖4所示，由圖可知，未添加六偏磷酸鈉時，蛇紋石零電點pH=9.7，鎳黃鐵礦零電點pH=3.4，因此在pH 3.4～9.7范圍內，蛇紋石荷正電，鎳黃鐵礦荷負電，兩者電位相反，產生異相凝聚作用，蛇紋石會覆蓋鎳黃鐵礦表面，影響其浮選。而加入六偏磷酸鈉之后鎳黃鐵礦的Zeta電位無明顯變化，而蛇紋石的Zeta電位發生顯著變化，在整個pH范圍內變成負值，這可能是是由于六偏磷酸鈉在水中電離，并與礦物表面溶出的金屬Mg2+發生反應，生成絡合物[12-13]，反應如下：

圖4 六偏磷酸鈉對蛇紋石和鎳黃鐵礦電位的影響

(1)

從而改變了蛇紋石的表面性質，使其Zeta電位發生變化。

為了進一步驗證上述結論，對單礦物和混合礦的Zeta電位分布的變化進行研究，來判斷兩種礦物顆粒的狀態，如圖5所示，5-1為兩種礦物單獨測試的Zeta電位分布情況，當兩種礦物不發生凝聚時，其Zeta電位分布表現如圖5-2所示，當礦物B完全罩蓋A時，其Zeta電位分布表現如圖5-3所示，當礦物B與礦物A發生凝聚作用時，其Zeta電位分布表現如圖5-4所示[14-17]。

圖5 樣品顆粒間作用行為的Zeta電位分布原理圖

圖6為pH 8.5時蛇紋石、鎳黃鐵礦及混合礦的Zeta電位分布測試結果，由圖可知，未加入六偏磷酸鈉時，蛇紋石和鎳黃鐵礦樣品測試結果都是單峰，而混合礦物的Zeta電位也是單峰，且分布的峰值介于鎳黃鐵礦和蛇紋石之間，偏蛇紋石峰值方向，說明兩者之間發生了“異相凝聚”且鎳黃鐵礦被蛇紋石包裹；而加入六偏磷酸鈉之后，蛇紋石和鎳黃鐵礦樣品測試結果均是單峰，而兩者的混合礦電位分布是雙峰，說明混合礦物沒有發生明顯的異相凝聚，和上述結論一致。

圖6 六偏磷酸鈉(SHMP)對蛇紋石、鎳黃鐵礦及其混合物的Zeta電位分布的影響

圖7 未添加(左)和添加(右)六偏磷酸鈉時人工混合礦浮選精礦SEM圖

3 結論

(1)硫化鎳礦浮選體系中，脈石礦物蛇紋石易與鎳黃鐵礦發生異相凝聚，影響鎳黃鐵礦的浮選，主要原因為在較大pH范圍內兩者電性相反，存在較強的靜電吸引作用。

(2)六偏磷酸鈉可吸附在蛇紋石表面，這可能是與蛇紋石表面的鎂離子生成了絡合物，從而改變其表面Zeta電位，實現蛇紋石與鎳黃鐵礦的分散，減弱了蛇紋石對鎳黃鐵礦浮選的不利影響。