纳米气泡对含稀土磷矿石浮选行为影响研究

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中国作为全球最大的磷矿石及磷酸盐生产、消费和出口国,虽然磷矿资源储量丰富,但磷矿资源总体呈现“丰而不富”的特点,加强中低品位磷矿关键技术的开发对我国磷化工产业可持续发展具有重要意义。贵州织金地区稀土磷块岩矿床累计探明磷矿石资源量为33.9亿吨,P2O5平均品位为17.20%;且磷矿石中赋存大量的稀土元素,伴生稀土储量仅次于白云鄂博稀土矿床,具有巨大的开发价值。该矿石中,稀土元素主要以类质同象形式赋存于胶磷矿中,稀土含量与磷含量呈正相关。因此,通过浮选将稀土富集到磷精矿中,再结合湿法磷酸工艺从磷精矿中提取稀土元素是较为可行的工业化综合利用方案。这类矿石由于嵌布粒度太细,必须细磨才能达到合适解离度,常规浮选方法分选困难,效率低。近年开发的纳米气泡浮选技术可显著强化细颗粒矿物浮选,提高浮选效率。本文利用纳米气泡发生器生成纳米气泡(Nanobubbles,NBs),使用动态光散射技术表征了纳米气泡的基本特性,考察了纳米气泡在织金中低品位含稀土磷矿石反浮选中的效果获得以下主要结论:(1)使用纳米气泡发生器生成纳米气泡,用动态光散射法检测出纳米气泡的粒径介于100~500 nm之间。纳米气泡的粒径随着空化时间的增加而减小,当空化时间超过6 min时,继续延长空化时间并不能减小纳米气泡的粒径;纳米气泡在溶液中具有较好的稳定性,静置48 h后仍能在溶液中检测到纳米气泡的存在。(2)研究了纳米气泡在不同磨矿细度、调整剂种类及用量、捕收剂用量等工艺参数下对中低品位含稀土磷矿石反浮选效果的影响。试验结果表明,纳米气泡的使用对浮选性能具有显著影响,磨矿细度较低时,纳米气泡似乎并不能强化浮选效果,但随着磨矿细度的增加,纳米气泡浮选提高了精矿中Mg O去除率,且对精矿P2O5含量和P2O5回收率影响不大;纳米气泡能够在较少的调整剂用量和捕收剂用量条件下,取得更好的浮选指标。通过线性拟合发现,选矿产品中稀土元素与P2O5含量呈正相关,与Mg O含量呈负相关。将纳米气泡引入磷矿反浮选中,提高了磷精矿中Mg O去除率,实现P2O5和稀土总量(∑REE)的共同富集。(3)不同粒级白云石浮选动力学试验结果表明,纳米气泡使-150+75μm粒级白云石上浮率降低,浮选速率常数k几乎不变;对于-75μm粒级白云石,随着粒度减小,引入纳米气泡能提高白云石的极限回收率ε∞和浮选速率,这可能是磷矿石浮选试验中,在较低磨矿细度下,纳米气泡导致Mg O去除率降低的原因。(4)采用Zeta电位分析、激光粒度分析仪、显微镜观察和接触角测试研究了纳米气泡对磷灰石和白云石表面性质的影响。研究结果表明,酸性条件下,纳米气泡增大了白云石的接触角,对磷灰石接触角影响不大;纳米气泡在白云石表面的吸附,使白云石酸解产生的CO2气泡黏附在矿物表面,促进白云石上浮。纳米气泡能够降低白云石颗粒表面电位,促进白云石颗粒聚团。
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