锂辉石矿浮选尾矿浆沉降脱水实验研究

所属分类：经济论文阅读次时间：2022-03-21 10:59

本文摘要：摘要:采用沉降实验法研究了调节矿浆pH，以及添加氧化钙、无机聚合凝聚剂和有机絮凝剂对锂辉石浮选尾矿浆沉降性能的影响。实验结果表明，单独采用聚硫酸铁(PFS)、聚硫酸铝(PAS)和阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)时，不能有效地改善尾矿浆的沉降性能。在尾矿浆中添加硫酸调节矿

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　　摘要:采用沉降实验法研究了调节矿浆pH，以及添加氧化钙、无机聚合凝聚剂和有机絮凝剂对锂辉石浮选尾矿浆沉降性能的影响。实验结果表明，单独采用聚硫酸铁(PFS)、聚硫酸铝(PAS)和阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)时，不能有效地改善尾矿浆的沉降性能。在尾矿浆中添加硫酸调节矿浆pH，虽可以改善尾矿浆的沉降性能，但效果一般。添加氧化钙可以明显改善尾矿浆沉降性能，当氧化钙用量达到1780g/t左右时，尾矿浆在10min左右可达到沉降终点。氧化钙与APAM组合使用，可进一步提高浮选尾矿浆的沉降速度，当氧化钙用量为850g/t，APAM用量为19.9g/t时，尾矿浆在6min左右就可以达到沉降终点。

　　关键词:锂辉石;浮选尾矿浆;沉降;脱水

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　　目前，我国选矿废水排放量巨大，据资料统计，每年排放的工业废水总量中，约十分之一为矿山的选矿废水[1-2]，若将其直接排放，不仅会给生态环境带来严重的污染，还会造成大量水资源的浪费。随着国民经济发展对锂资源需求量的日益增长，锂资源的开发规模也越来越大。

　　目前，国内外矿石锂资源的开采利用主要采用了浮选工艺[3]，每处理1t矿石消耗水资源约4～6t[4]。因此，从珍惜水资源和保护环境的角度出发，经过采取简单的处理措施，实现锂辉石浮选尾矿废水的回用，不仅可以有效减轻对环境的污染，而且可以节约有限的水资源，从而产生重大的社会效益和经济效益[5-6]。

　　锂辉石矿浮选工艺过程中，通常需添加大量氢氧化钠和碳酸钠等调整剂[7-9]，使得浮选尾矿浆中的微细颗粒呈高度分散状态，严重影响了尾矿浆的沉降脱水性能[10-11]，造成尾矿废水难以回用，在一定程度上制约了锂辉石资源的开发利用。本文在针对性分析锂辉石浮选尾矿浆特性的基础上，系统地考察了调节矿浆pH、添加无机凝聚剂和有机絮凝剂对锂辉石浮选尾矿矿浆沉降脱水性能的影响，以期寻找到锂辉石浮选尾矿浆高效沉降脱水的技术途径。

　　1材料与方法

　　考虑到浮选尾矿浆在存放一段时间后，其沉降脱水性能会发生变化，从而影响沉降实验结果的准确性。因此，为确保浮选尾矿浆的代表性，根据现场实际生产工艺条件，在实验室进行浮选实验，得到与现场生产尾矿浆性质相近的浮选尾矿矿浆。尾矿矿浆浓度在18%～19%的范围内，pH为10左右。可见浮选尾矿中的主要矿物为石英、长石、云母和锂辉石等。可见，尾矿浆中沉降性能相对较好的+32.5μm粒级占比为74.4%，而沉降性能较差的-32.5μm粒级的微细颗粒则占25.6%。

　　实验采用的氧化钙和硫酸为分析纯，聚合硫酸铁(PFS)、聚合硫酸铝(PAS)、分子量为1200万的阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)均为工业纯。对浮选尾矿浆进行缩分得到若干份矿浆样品，分别倒入烧杯中，根据实验要求添加不同种类和用量的化学药剂后，用JHS-1型磁力搅拌机在150r/min转速下搅拌5min，然后将调整好的矿浆倒入沉降筒中并定容至500mL。将沉降筒上下均匀地颠倒5次后放置于水平桌面上，记录上清液层高度随时间的变化，以考察尾矿浆在不同条件下的沉降性能。

　　2结果与讨论

　　2.1介质pH对尾矿浆沉降性能的影响

　　基于对锂辉石矿浮选尾矿浆的分析结果，当尾矿矿浆pH为10时，矿浆pH高于锂辉石、石英和长石等硅酸盐矿物的零电点，矿物表面均荷负电[12]，微细粒硅酸盐矿物之间因静电排斥呈分散状态，导致尾矿浆难以沉降。为此，实验首先考虑添加硫酸调节尾矿浆的pH，以考察通过pH调整改善尾矿沉降性能的可行性。

　　添加不同硫酸用量调节矿浆pH后，对尾矿浆沉降性能的影响结果见图2。采用硫酸调整矿浆pH时，随着尾矿浆pH的逐步降低，尾矿浆的沉降速度也随之加快。可见，通过降低矿浆pH，降低硅酸盐矿物表面负电荷的数量，可在一定程度上提高尾矿浆的沉降脱水性能。然而，即使矿浆pH降低至pH=1.3时，尾矿浆沉降速度的增加也不是十分显著。因为此时的矿浆pH接近硅酸盐矿物的零电点[13-14]，微细颗粒间的聚团作用依然较弱。

　　2.2氧化钙用量对尾矿沉降性能的影响

　　实验表明通过调节尾矿浆pH，虽可在一定程度上提高尾矿浆的沉降脱水性能，但仍难以达到满意的效果。已有文献报道[15-17]，多价金属阳离子可以压缩微细矿物颗粒表面双电层，降低其表面电位，促进微细颗粒的凝聚。

　　为此，实验进一步考察氧化钙用量对尾矿浆沉降性能的影响。随着氧化钙添加量的增大，尾矿浆的沉降速度逐步加快，上清液层高度也逐步增大。当氧化钙用量为达到4450g/t时，尾矿浆的沉降速度最快，在6min左右时间内基本达到了沉降终点。与硫酸调节矿浆pH=1.3相比，添加氧化钙4450g/t时尾矿的沉降性能明显得到了改善。沉降时间为6min时，二者上清液层高度差达到30mm左右，由此可见，通过添加氧化钙，矿浆中溶解的钙离子组分Ca2+及CaOH+，可在矿物颗粒表面双电层发生吸附，中和矿物表面负电荷[12]。

　　经上述反应后，在硅酸盐矿物表面形成粘结性较强的水合硅酸钙和水合铝酸钙等物质，进一步强化了微细粒硅酸盐矿物间的凝聚。由此可见，添加氧化钙是提高锂辉石矿浮选尾矿浆沉降性能的可行途径。然而，锂辉石矿浮选过程中，由于添加了大量碳酸钠及脂肪酸类捕收剂，导致浮选尾矿中有大量残余的碳酸钠和脂肪酸捕收剂，氧化钙的加入首先要与残余的碳酸钠和脂肪酸捕收剂发生反应，生成碳酸钙和脂肪酸钙沉淀，然后游离的钙离子组分才能起到助沉的作用，从而导致氧化钙用量的大幅度提高。

　　2.3无机聚合凝聚剂对尾矿浆沉降性能的影响

　　基于前文实验结果，降低尾矿浆pH，以及添加多价金属阳离子能提高锂辉石浮选尾矿浆的沉降脱水性能。考虑到添加PFS和PAS，不仅能降低尾矿浆的pH，而且还能提供多价的阳离子组分，为此，实验进一步考察了PFS和PAS对锂辉石浮选尾矿浆沉降性能的影响。

　　添加PFS和PAS时，尾矿浆中较粗颗粒的沉降速度较快，悬浮液与固相界面下降较快，但悬浮液层仍较浑浊，微细颗粒的沉降效果不佳。当PFS和PAS的用量分别达到4240、4100g/t后，悬浮液层才开始澄清，出现清水层。

　　2.4氧化钙-聚丙烯酰胺组合实验

　　聚丙烯酰胺(APAM)也是废水处理中常用的一类有机助沉药剂。对锂辉石浮选尾矿浆，实验结果表明单独使用分子量为1200万的阴离子APAM时，虽然较大的矿物颗粒可迅速形成絮团而沉降，但微细矿物颗粒仍难形成絮团而呈悬浮状态，尽管APAM的用量达到100g/t，悬浮液层仍很浑浊，没有清水层出现，可见单独使用阴离子APAM对锂辉石浮选尾矿浆的沉降性能也没有得到本质的改善。氧化钙用量实验结果表明，当添加氧化钙850g/t时，尾矿浆的沉降速度相对较慢，上清液层较薄。因此，实验在此氧化钙用量基础上，进一步考查了氧化钙-聚丙烯酰胺组合对浮选尾矿浆沉降性能的影响。

　　尾矿浆先加入氧化钙后，随着阴离子APAM用量的增加，尾矿浆的沉降速率加快。当APAM用量为19.9g/t时，尾矿的沉降性能已经超过单独添加3560g/t氧化钙。当APAM用量为28.8g/t时，尾矿的沉降效果则超过单独添加4450g/t氧化钙。由此可见，氧化钙与阴离子APAM的组合使用，能有效提高锂辉石浮选尾矿浆的沉降性能，是一种有应用前景的技术方案。

　　尾矿浆中先加入的氧化钙与水反应，生成的Ca2+和CaOH+组分中和了胶粒表面的负电荷并压缩其双电层、降低其电动电位、减小了静电斥力，从而使胶粒脱稳并发生凝聚形成小聚团。后加入的APAM分子吸附在多个胶体颗粒和小聚团上，通过架桥作用形成大絮团，同时发生卷扫作用，进一步加速了悬浮物的沉降[22]。因此，在协同效应下，氧化钙与APAM组合使用可以显著改善尾矿的沉降性能。

　　3结论

　　1)通过添加硫酸调节pH可在一定程度上提高锂辉石浮选尾矿浆的沉降性能，但整体效果一般。2)在尾矿浆中添加氧化钙，可以明显改善浮选尾矿浆的沉降性能。当氧化钙用量达到1780g/t左右时，尾矿浆在10min左右就可达到沉降终点。

　　3)PFS和PAS对锂辉石浮选的强碱性尾矿浆的适应性较差，二者用量达到4000g/t以上时，才有相对较好的凝聚效果。4)单独采用阴离子APAM作助沉剂时，不能有效地改善浮选尾矿的沉降性能。但是氧化钙与阴离子APAM的组合使用，可以显著改善尾矿浆的沉降性能，当氧化钙用量为850g/t，APAM用量为19.9g/t时，尾矿浆在6min左右就可以达到沉降终点。

　　参考文献：

　　[1]祁强,王秀艳,赵文辉,等.选矿废水处理技术研究进展[J].山西化工,2014,34(01):42-47.

　　[2]张胜东,童雄,谢贤,等.我国选矿废水回用处理方法研究进展[J].矿产保护与利用,2016(3):66-72.

　　[3]陈胜虎,罗仙平,杨备,等.锂辉石的选矿工艺研究现状及展望[J].现代矿业,2010,26(07):5-7+128.

　　[4]侯春燕.选矿废水处理研究进展[J].化工设计通讯2020,46(06):226+271.

　　[5]张帆,李晔,张一敏,等.混凝沉淀法处理蓝晶石矿选矿废水的实验研究[J].环境科学与技术,2011,34(01):159-162+195.

　　[6]任文斌.锂辉石浮选尾矿回水应用初探[J].新疆有色金属,2012,35(04):52-53.

　　[7]严更生.锂辉石浮选生产实践[J].新疆有色金属,2007,01:27-30.

　　[8]谢贞付,王毓华,于福顺,等.伟晶岩型锂辉石矿浮选研究综述[J].稀有金属,2013,37(04):641-649.

　　[9]王毓华,于福顺,陈兴华,等.锂辉石与绿柱石浮选分离的试验研究[J].稀有金属,2005(03):320-324.

　　[10]常青.水处理絮凝学[M].北京:化学工业出版社,2003.

　　[11]程仁举,李成秀,刘星,等.川西某锂矿浮选尾水快速处理回用技术研究[J].矿产综合利用,2018(06):122-126.