鋰輝石礦浮選尾礦漿沉降脫水實(shí)驗(yàn)研究

　　摘要:采用沉降實(shí)驗(yàn)法研究了調(diào)節(jié)礦漿pH，以及添加氧化鈣、無機(jī)聚合凝聚劑和有機(jī)絮凝劑對鋰輝石浮選尾礦漿沉降性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú)采用聚硫酸鐵(PFS)、聚硫酸鋁(PAS)和陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)時，不能有效地改善尾礦漿的沉降性能。在尾礦漿中添加硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH，雖可以改善尾礦漿的沉降性能，但效果一般。添加氧化鈣可以明顯改善尾礦漿沉降性能，當(dāng)氧化鈣用量達(dá)到1780g/t左右時，尾礦漿在10min左右可達(dá)到沉降終點(diǎn)。氧化鈣與APAM組合使用，可進(jìn)一步提高浮選尾礦漿的沉降速度，當(dāng)氧化鈣用量為850g/t，APAM用量為19.9g/t時，尾礦漿在6min左右就可以達(dá)到沉降終點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞:鋰輝石;浮選尾礦漿;沉降;脫水

　　目前，我國選礦廢水排放量巨大，據(jù)資料統(tǒng)計，每年排放的工業(yè)廢水總量中，約十分之一為礦山的選礦廢水[1-2]，若將其直接排放，不僅會給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，還會造成大量水資源的浪費(fèi)。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對鋰資源需求量的日益增長，鋰資源的開發(fā)規(guī)模也越來越大。

　　目前，國內(nèi)外礦石鋰資源的開采利用主要采用了浮選工藝[3]，每處理1t礦石消耗水資源約4～6t[4]。因此，從珍惜水資源和保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，經(jīng)過采取簡單的處理措施，實(shí)現(xiàn)鋰輝石浮選尾礦廢水的回用，不僅可以有效減輕對環(huán)境的污染，而且可以節(jié)約有限的水資源，從而產(chǎn)生重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[5-6]。

　　鋰輝石礦浮選工藝過程中，通常需添加大量氫氧化鈉和碳酸鈉等調(diào)整劑[7-9]，使得浮選尾礦漿中的微細(xì)顆粒呈高度分散狀態(tài)，嚴(yán)重影響了尾礦漿的沉降脫水性能[10-11]，造成尾礦廢水難以回用，在一定程度上制約了鋰輝石資源的開發(fā)利用。本文在針對性分析鋰輝石浮選尾礦漿特性的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地考察了調(diào)節(jié)礦漿pH、添加無機(jī)凝聚劑和有機(jī)絮凝劑對鋰輝石浮選尾礦礦漿沉降脫水性能的影響，以期尋找到鋰輝石浮選尾礦漿高效沉降脫水的技術(shù)途徑。

　　1材料與方法

　　考慮到浮選尾礦漿在存放一段時間后，其沉降脫水性能會發(fā)生變化，從而影響沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，為確保浮選尾礦漿的代表性，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)工藝條件，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)，得到與現(xiàn)場生產(chǎn)尾礦漿性質(zhì)相近的浮選尾礦礦漿。尾礦礦漿濃度在18%～19%的范圍內(nèi)，pH為10左右�？梢姼∵x尾礦中的主要礦物為石英、長石、云母和鋰輝石等�？梢�，尾礦漿中沉降性能相對較好的+32.5μm粒級占比為74.4%，而沉降性能較差的-32.5μm粒級的微細(xì)顆粒則占25.6%。

　　實(shí)驗(yàn)采用的氧化鈣和硫酸為分析純，聚合硫酸鐵(PFS)、聚合硫酸鋁(PAS)、分子量為1200萬的陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)均為工業(yè)純。對浮選尾礦漿進(jìn)行縮分得到若干份礦漿樣品，分別倒入燒杯中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求添加不同種類和用量的化學(xué)藥劑后，用JHS-1型磁力攪拌機(jī)在150r/min轉(zhuǎn)速下攪拌5min，然后將調(diào)整好的礦漿倒入沉降筒中并定容至500mL。將沉降筒上下均勻地顛倒5次后放置于水平桌面上，記錄上清液層高度隨時間的變化，以考察尾礦漿在不同條件下的沉降性能。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1介質(zhì)pH對尾礦漿沉降性能的影響

　　基于對鋰輝石礦浮選尾礦漿的分析結(jié)果，當(dāng)尾礦礦漿pH為10時，礦漿pH高于鋰輝石、石英和長石等硅酸鹽礦物的零電點(diǎn)，礦物表面均荷負(fù)電[12]，微細(xì)粒硅酸鹽礦物之間因靜電排斥呈分散狀態(tài)，導(dǎo)致尾礦漿難以沉降。為此，實(shí)驗(yàn)首先考慮添加硫酸調(diào)節(jié)尾礦漿的pH，以考察通過pH調(diào)整改善尾礦沉降性能的可行性。

　　添加不同硫酸用量調(diào)節(jié)礦漿pH后，對尾礦漿沉降性能的影響結(jié)果見圖2。采用硫酸調(diào)整礦漿pH時，隨著尾礦漿pH的逐步降低，尾礦漿的沉降速度也隨之加快�？梢�，通過降低礦漿pH，降低硅酸鹽礦物表面負(fù)電荷的數(shù)量，可在一定程度上提高尾礦漿的沉降脫水性能。然而，即使礦漿pH降低至pH=1.3時，尾礦漿沉降速度的增加也不是十分顯著。因?yàn)榇藭r的礦漿pH接近硅酸鹽礦物的零電點(diǎn)[13-14]，微細(xì)顆粒間的聚團(tuán)作用依然較弱。

　　2.2氧化鈣用量對尾礦沉降性能的影響

　　實(shí)驗(yàn)表明通過調(diào)節(jié)尾礦漿pH，雖可在一定程度上提高尾礦漿的沉降脫水性能，但仍難以達(dá)到滿意的效果。已有文獻(xiàn)報道[15-17]，多價金屬陽離子可以壓縮微細(xì)礦物顆粒表面雙電層，降低其表面電位，促進(jìn)微細(xì)顆粒的凝聚。

　　為此，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察氧化鈣用量對尾礦漿沉降性能的影響。隨著氧化鈣添加量的增大，尾礦漿的沉降速度逐步加快，上清液層高度也逐步增大。當(dāng)氧化鈣用量為達(dá)到4450g/t時，尾礦漿的沉降速度最快，在6min左右時間內(nèi)基本達(dá)到了沉降終點(diǎn)。與硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH=1.3相比，添加氧化鈣4450g/t時尾礦的沉降性能明顯得到了改善。沉降時間為6min時，二者上清液層高度差達(dá)到30mm左右，由此可見，通過添加氧化鈣，礦漿中溶解的鈣離子組分Ca2+及CaOH+，可在礦物顆粒表面雙電層發(fā)生吸附，中和礦物表面負(fù)電荷[12]。

　　經(jīng)上述反應(yīng)后，在硅酸鹽礦物表面形成粘結(jié)性較強(qiáng)的水合硅酸鈣和水合鋁酸鈣等物質(zhì)，進(jìn)一步強(qiáng)化了微細(xì)粒硅酸鹽礦物間的凝聚。由此可見，添加氧化鈣是提高鋰輝石礦浮選尾礦漿沉降性能的可行途徑。然而，鋰輝石礦浮選過程中，由于添加了大量碳酸鈉及脂肪酸類捕收劑，導(dǎo)致浮選尾礦中有大量殘余的碳酸鈉和脂肪酸捕收劑，氧化鈣的加入首先要與殘余的碳酸鈉和脂肪酸捕收劑發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣和脂肪酸鈣沉淀，然后游離的鈣離子組分才能起到助沉的作用，從而導(dǎo)致氧化鈣用量的大幅度提高。

　　2.3無機(jī)聚合凝聚劑對尾礦漿沉降性能的影響

　　基于前文實(shí)驗(yàn)結(jié)果，降低尾礦漿pH，以及添加多價金屬陽離子能提高鋰輝石浮選尾礦漿的沉降脫水性能�？紤]到添加PFS和PAS，不僅能降低尾礦漿的pH，而且還能提供多價的陽離子組分，為此，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了PFS和PAS對鋰輝石浮選尾礦漿沉降性能的影響。

　　添加PFS和PAS時，尾礦漿中較粗顆粒的沉降速度較快，懸浮液與固相界面下降較快，但懸浮液層仍較渾濁，微細(xì)顆粒的沉降效果不佳。當(dāng)PFS和PAS的用量分別達(dá)到4240、4100g/t后，懸浮液層才開始澄清，出現(xiàn)清水層。

　　2.4氧化鈣-聚丙烯酰胺組合實(shí)驗(yàn)

　　聚丙烯酰胺(APAM)也是廢水處理中常用的一類有機(jī)助沉藥劑。對鋰輝石浮選尾礦漿，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單獨(dú)使用分子量為1200萬的陰離子APAM時，雖然較大的礦物顆�？裳杆傩纬尚鯃F(tuán)而沉降，但微細(xì)礦物顆粒仍難形成絮團(tuán)而呈懸浮狀態(tài)，盡管APAM的用量達(dá)到100g/t，懸浮液層仍很渾濁，沒有清水層出現(xiàn)，可見單獨(dú)使用陰離子APAM對鋰輝石浮選尾礦漿的沉降性能也沒有得到本質(zhì)的改善。氧化鈣用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)添加氧化鈣850g/t時，尾礦漿的沉降速度相對較慢，上清液層較薄。因此，實(shí)驗(yàn)在此氧化鈣用量基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考查了氧化鈣-聚丙烯酰胺組合對浮選尾礦漿沉降性能的影響。

　　尾礦漿先加入氧化鈣后，隨著陰離子APAM用量的增加，尾礦漿的沉降速率加快。當(dāng)APAM用量為19.9g/t時，尾礦的沉降性能已經(jīng)超過單獨(dú)添加3560g/t氧化鈣。當(dāng)APAM用量為28.8g/t時，尾礦的沉降效果則超過單獨(dú)添加4450g/t氧化鈣。由此可見，氧化鈣與陰離子APAM的組合使用，能有效提高鋰輝石浮選尾礦漿的沉降性能，是一種有應(yīng)用前景的技術(shù)方案。

　　尾礦漿中先加入的氧化鈣與水反應(yīng)，生成的Ca2+和CaOH+組分中和了膠粒表面的負(fù)電荷并壓縮其雙電層、降低其電動電位、減小了靜電斥力，從而使膠粒脫穩(wěn)并發(fā)生凝聚形成小聚團(tuán)。后加入的APAM分子吸附在多個膠體顆粒和小聚團(tuán)上，通過架橋作用形成大絮團(tuán)，同時發(fā)生卷掃作用，進(jìn)一步加速了懸浮物的沉降[22]。因此，在協(xié)同效應(yīng)下，氧化鈣與APAM組合使用可以顯著改善尾礦的沉降性能。

　　3結(jié)論

　　1)通過添加硫酸調(diào)節(jié)pH可在一定程度上提高鋰輝石浮選尾礦漿的沉降性能，但整體效果一般。2)在尾礦漿中添加氧化鈣，可以明顯改善浮選尾礦漿的沉降性能。當(dāng)氧化鈣用量達(dá)到1780g/t左右時，尾礦漿在10min左右就可達(dá)到沉降終點(diǎn)。

　　3)PFS和PAS對鋰輝石浮選的強(qiáng)堿性尾礦漿的適應(yīng)性較差，二者用量達(dá)到4000g/t以上時，才有相對較好的凝聚效果。4)單獨(dú)采用陰離子APAM作助沉劑時，不能有效地改善浮選尾礦的沉降性能。但是氧化鈣與陰離子APAM的組合使用，可以顯著改善尾礦漿的沉降性能，當(dāng)氧化鈣用量為850g/t，APAM用量為19.9g/t時，尾礦漿在6min左右就可以達(dá)到沉降終點(diǎn)。

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　　作者：袁華焱，翁葉龍，王毓華*，鄭霞裕，盧東方

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