硫化铜镍矿浮选中镁硅酸盐矿物强化分散—同步抑制的理论及技术研究

摘要

硫化铜镍矿中存在的蛇纹石、滑石等镁硅酸盐矿物，干扰硫化矿的浮选并使精矿中MgO含量升高，影响后续冶炼过程，严重制约着我国铜镍资源的高效利用。本文以层状镁硅酸盐矿物为主要研究对象，采用多种试验方法与分析测试手段，重点针对镁硅酸盐矿物的强化分散与选择性抑制进行了系统深入的研究，形成了硫化铜镍矿浮选体系“固液界面离子选择性迁移-浮选剂分子间组装”调控原理，并以此为基础开发了硫化铜镍矿强化浮选技术原型。论文的主要研究内容和创新成果如下:
　　 (1)层状镁硅酸盐矿物晶体结构、表面性质与可浮性的关系
　　 硫化铜镍矿中层状镁硅酸盐矿物主要包括蛇纹石、滑石和绿泥石，其晶体结构单元层由硅氧四面体与镁氧八面体组成。蛇纹石解离时镁氧八面体层断裂，表面暴露的镁氧键离子性强，水化作用强，天然亲水性好;滑石解离主要沿层间断裂，表面为残余的分子键，水化作用弱，天然疏水性好;绿泥石解离时表面同时暴露出分子键和镁氧键，天然疏水性介于蛇纹石与滑石之间。
　　 在水溶液中蛇纹石表面羟基优先溶解，Mg2+残留在蛇纹石表面使其荷正电，零电点为10.0;滑石与绿泥石解离表面优先吸附溶液中的OH-，矿物表面荷负电，零电点分别为3.0和4.4。当pH＜10时蛇纹石易与表面荷负电的镍黄铁矿等硫化矿物通过静电作用发生异相凝聚，影响硫化铜镍矿的浮选。
　　 (2)颗粒间异相凝聚对矿物浮选行为的影响
　　 蛇纹石与硫化矿颗粒间的异相凝聚，导致硫化矿对捕收剂的吸附能力降低，从而降低硫化矿的可浮性;蛇纹石与滑石矿物间的异相凝聚，一方面使滑石的可浮性降低，另一方面导致滑石对抑制剂的吸附能力降低，从而使滑石不能被完全抑制。聚合磷酸盐和水玻璃能较好的分散蛇纹石与硫化矿、蛇纹石与滑石，减弱甚至消除矿物颗粒间的异相凝聚。
　　 (3)蛇纹石表面电性的强化调控机制
　　 降低蛇纹石表面电位是消除矿物间异相凝聚的有效途径，而蛇纹石表面电性调控的关键在于蛇纹石表面镁向液相的迁移行为，即控制蛇纹石表面镁向液相迁移，减少双电层中定位离子的正电荷密度，从而降低蛇纹石表面电位。
　　 链状聚合磷酸盐能有效降低蛇纹石表面电位，其作用机制主要包括三个方面:1）促进蛇纹石表面的镁迁移到液相，降低蛇纹石的表面电位;2）与液相中的Mg2+作用生成为稳定的可溶性络合物，阻止Mg2+向蛇纹石表面反吸附，保持蛇纹石表面的负电性;3）通过吸附在蛇纹石表面，进一步降低其表面电位。
　　 通过对蛇纹石表面电性的强化调控，消除了异相凝聚对硫化矿可浮性的影响，并实现了滑石的完全抑制。
　　 (4)固液界面浮选剂的分子间组装
　　 有机高分子聚合物古尔胶和CMC是滑石的有效抑制剂，但同时也抑制硫化矿的浮选;而巯基捕收剂黄药只与硫化矿作用，并不在滑石表面吸附。优先添加捕收剂可以减弱抑制剂在硫化矿表面的吸附，增强浮选剂作用的选择性。因此改变药剂添加顺序，调整捕收剂与抑制剂在矿物表面的组装过程，能够增大硫化矿与滑石表面润湿性差异，有利于二者浮选分离。
　　 (5)硫化铜镍矿强化浮选技术
　　 基于多矿相镁硅酸盐矿物“强化分散-同步抑制”调控原理，形成了硫化铜镍矿强化浮选技术，并在新疆哈密天隆镍矿进行了工业试验。针对原矿品位Ni0.53％、Cu0.27％的低品位硫化铜镍矿，获得Ni5.68％、Cu3.14％的铜镍混合浮选精矿，Ni、Cu回收率分别达到80.23％和88.05％。采用硫化铜镍矿强化浮选技术，在精矿镍、铜品位相近的情况下，镍回收率提高3.04个百分点，铜回收率提高9.92个百分点。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 硫化铜镍矿资源及选矿生产现状

1．1．1 硫化铜镍矿资源的特点

1．1．2 国内外硫化铜镍矿选矿生产概况

1．2 硫化铜镍矿选矿技术研究进展

1．2．1 硫化铜镍矿选矿工艺研究进展

1．2．2 硫化铜镍矿浮选药剂研究进展

1．3 硅酸盐矿物分散与抑制研究现状

1．3．1 微细硅酸盐矿物分散研究现状

1．3．2 硅酸盐矿物浮选抑制研究现状

1．3．3 层状镁硅酸盐矿物分散与抑制研究现状

1．4 本文的研究目的、意义和研究内容

第二章 试样、药剂与研究方法

2．1 试验样品

2．1．1 单矿物样品

2．1．2 实际矿石样品

2．2 药剂、仪器和设备

2．3 研究方法

2．3．1 研究思路及方案

2．3．2 试验研究方法

第三章 层状镁硅酸盐矿物的晶体结构、表面性质与可浮性

3．1 层状镁硅酸盐矿物的晶体结构和物理性质

3．1．1 蛇纹石的晶体结构和物理性质

3．1．2 滑石的晶体结构和物理性质

3．1．3 绿泥石的晶体结构和物理性质

3．2 层状镁硅酸盐矿物的表面性质及荷电机理

3．2．1 层状镁硅酸盐矿物断裂面性质及润湿性

3．2．2 层状镁硅酸矿物的表面溶解

3．2．3 层状镁硅酸盐矿物表面荷电机理

3．3 层状镁硅酸盐矿物可浮性及对硫化矿浮选的影响

3．3．1 层状镁硅酸盐矿物的可浮性

3．3．2 层状镁硅酸盐矿物对硫化矿浮选的影响

3．4 本章小结

第四章 颗粒间异相凝聚对矿物浮选分离的影响

4．1 多矿相矿物颗粒间聚集与分散行为

4．1．1 同相矿物颗粒间的聚集与分散行为

4．1．2 蛇纹石与黄铁矿颗粒间的聚集与分散行为

4．1．3 滑石与黄铁矿颗粒间的聚集与分散行为

4．1．4 蛇纹石与滑石颗粒间的聚集与分散行为

4．2 颗粒间异相凝聚对矿物浮选分离的影响及机制

4．2．1 异相凝聚对蛇纹石与黄铁矿浮选分离的影响

4．2．2 蛇纹石与滑石异相凝聚对滑石抑制的影响

4．2．3 颗粒间异相凝聚影响矿物浮选分离的机制

4．3 调整剂对矿物颗粒间聚集与分散行为的影响

4．3．1 调整剂对蛇纹石与黄铁矿颗粒间聚集与分散行为的影响

4．3．2 调整剂对蛇纹石与滑石颗粒间聚集与分散行为的影响

4．4 本章小结

第五章 Mg的迁移对蛇纹石表面电性的强化调控

5．1 蛇纹石表面Mg的迁移与表面电性调控机制

5．1．1 表面Mg的迁移对蛇纹石表面电性的影响

5．1．2 液相Mg的存在形式对蛇纹石表面电性的影响

5．1．3 阴离子吸附对蛇纹石表面电性调控的强化

5．2 表面电性调控对矿物颗粒间相互作用能的影响

5．3 蛇纹石表面电性调控对多矿相矿物浮选的影响

5．3．1 表面电性调控对黄铁矿与蛇纹石浮选分离的影响

5．3．2 表面电性调控对多矿相矿物体系中滑石浮选抑制的影响

5．4 本章小结

第六章 固液界面浮选剂的分子间组装

6．1 高分子抑制剂对滑石与硫化矿可浮性的影响及机制

6．1．1 高分子抑制对滑石浮选的抑制作用

6．1．2 高分子抑制剂对硫化矿可浮性的影响

6．1．3 高分子抑制剂对矿物浮选的抑制作用机理

6．2 浮选剂在滑石与硫化矿表面的分子间组装

6．2．1 固液界面浮选剂分子间组装的调控原理

6．2．2 浮选剂分子间组装对矿物表面润湿性的调控

6．3 浮选剂分子间组装对硫化矿与滑石浮选分离的强化

6．3．1 浮选剂分子间组装对矿物可浮性的影响

6．3．2 浮选剂分子间组装对矿物浮选分离的影响

6．4 本章小结

第七章 硫化铜镍矿强化浮选技术

7．1 多矿相人工混合矿浮选分离研究

7．2 低品位硫化铜镍矿实际矿石浮选研究

7．2．1 低品位硫化铜镍矿浮选闭路试验

7．2．2 低品位硫化铜镍矿浮选工业试验

7．3 本章小结

第八章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果