硬硼钙石

硬硼钙石是一种含水的钙硼酸盐矿物，是由硼钠解石和硼砂形成的。晶体为短柱状，还以块状和粒状以及球状集合体产出。颜色常为白色、黄色和灰色，条痕白色。透明度为透明到半透明不等，有玻璃光泽。

基本信息

中文名 硬硼钙石
外文名 colemanite
学科 冶金工程
领域 冶炼
释义 一种含水的钙硼酸盐矿物
形成 由硼钠解石和硼砂形成

硬硼钙石简介

虽然土耳其有很多的硼矿床, 但是, 都没有达到工业生产和销售精矿的水平。所以加强硼矿物选矿研究具有重要意义。硬硼钙石是主要硼矿物, 它包含在土耳其大多数硼矿床中。阴离子捕收剂和阳离子捕收剂可很容易浮选硬硼钙石。伴生矿物(如黏土和含砷矿物)对硬硼钙石浮选起负面影响。Kutahya-Emet 地区的硬硼钙石约含0.1 % ~ 5 %砷化合物。主要为雄黄和雌黄。

用纯硬硼钙石和雄黄晶体研究了从硬硼钙石中浮选分离雄黄的条件。为了确定最佳分离条件, 还研究了捕收剂在硬硼钙石表面上的吸附机理 。

从雄黄中浮选

应用了两个不同的样品:从Emet矿床采集的天然矿石样品和从矿床手拣出的纯硬硼钙石和雄黄晶体。硬硼钙石的化学成分为(%):50.26 B2O3 、27.74 CaO 、21.66 H2O 、0.09 SiO2 、0.27 Na2O 、0.15 K2O 、0.25 MgO 、0.03 FeO +TiO2+Al2O3 。雄黄含(%):46.69 As 、52.04 SO4 、1.27其它。天然矿石样品分析含32.45 B2O3 和1250·10-6As 。

用乳钵将手拣出的晶体样品磨碎, 并用筛子筛出- 0.150 +0.075 mm 和-0.038 mm 粒级。-0.150 +0.075 mm 粒级用于浮选试验, -0.038mm 粒级用于红外光谱研究。天然矿石样在瓷磨机中细磨, 并筛出-0.150 +0.075 mm 粒级。在试验中应用阴离子捕收剂和阳离子捕收剂。用两种黄药(戊基钾黄药(KAX)和乙基钾黄药(KEX))、两种不同的烷基硫酸盐(R825 和R840)和油酸钠作阴离子捕收剂。用胺(Armac-T)作阳离子捕收剂。用HCl和NaOH 调节悬浮液的pH 。分别用氯化钡和煤油作为硬硼钙石和雄黄的活化剂。在天然矿石浮选时用硅酸钠(SiO2∶Na2O 为2∶1)作为脉石矿物的抑制剂。在所有试验中, 应用蒸馏水和分析纯级试剂 。

浮选方法

用Shimadzu IR-435 型红外光谱仪进行红外光谱研究。用KBr 压片法摄取红外光谱。将1g 预先细磨的纯矿物样品与50 mL 表面活性剂溶液(10-1mol/L 的KAX 、KEX 和油酸钠, 以及1 %的R825 、R840 和Armac-T)在给定的pH 下搅拌3 h 。搅拌后用离心分离法进行固液分离, 固体在40 ℃以下干燥12 h 。将2 %样品压成KBr 片, 将KBr 片放到红外光谱仪中摄谱。

用微型浮选机进行浮选试验。浮选槽体积为120mL , 孔径为12 ~ 16 μm 气体分散器放在浮选槽底部。通过气体分散器向浮选槽以30 cm3/ min 速度供给氮气, 以获得气泡。

讨论

为了确定药剂在矿物表面上的吸附机理, 进行了红外光谱研究。成功地获得了硬硼钙石和经浮选药剂处理后的硬硼钙石的红外光谱。但是, 未能获得雄黄晶体和经浮选药剂处理后的雄黄的红外光谱。正如文献提到的那样, 某些含砷矿物、含锑矿物、锡石、含锌和含汞矿物没有特征红外吸收谱带。

首先获得纯的硬硼钙石和浮选表面活性剂的红外光谱, 然后与pH 9 时经表面活性剂处理后的矿物的红外光谱进行比较。在用Armac-T 药剂处理时pH 定为7 。

将纯矿物红外光谱与经表面活性剂处理后的矿物红外光谱比较, 来确定吸附类型。在用表面活性剂溶液处理矿物后, 如果矿物的红外光谱没有改变,或变化很小, 那么吸附属于物理吸附。如果红外光谱变化很大, 或产生一些新的谱带, 那么吸附属于化学吸附。物理吸附是吸附物与被吸附物之间通过范德华力、离子结合或疏水缔合而结合在一起的过程。

在化学吸附过程中, 在吸附物与被吸附物之间发生强化学反应, 在矿物表面可形成新的化合物沉淀, 从而产生较高的置换焓, 其值一般为15 ~ 20 kcal/mol 。

所以在化学吸附过程中, 红外光谱完全改变或出现一些新的谱带。

硬硼钙石与KAX 和KEX 搅拌时, 未检测出特性吸收谱带。相反地, 动电测量表明, 在与KAX 和KEX 搅拌后, 荷负电的硬硼钙石表面变得更负。由此得到以下结论, 虽然红外光谱没有变化, 但在硬硼钙石表面上发生KAX 和KEX 吸附。这种吸附称为特效吸附, 这可由电动电位数值变化来确定。

油酸在不同矿物表面上的吸附特性可能包括化学吸附。1450 ~ 1570 cm-1 处的吸附

谱带代表油酸钙的羧酸盐伸缩振动模式。从硬硼钙石红外光谱和经10-1 mol/L 油酸钠处理的硬硼钙石的红外光谱区别可看出, 在1450 ~ 1570cm-1处检测出羧酸盐的吸附谱带, 这表明在矿物表面上发生了化学吸附。

在硬硼钙石与1 %的R825 捕收剂溶液搅拌后, 其红外光谱没有变化。由此可知, 硬硼钙石与R825 之间没有发生化学吸附。相反地, 硬硼钙石与1 %的R840 搅拌后, 1300 ~ 1400 cm-1 处的谱带偏移到1390 ~ 1460 cm-1 处。这表明, R840 在硬硼钙石表面上化学吸附。

在硬硼钙石与1 %的阳离子捕收剂Armac-T溶液搅拌后没有检测出谱带的变化。如果荷负电的硬硼钙石与阳离子捕收剂之间发生吸附, 那可能是由于静电吸引引起的, 即发生物理吸附。

在红外光谱研究以后, 接着进行纯矿物样品浮选试验, 以确定硬硼钙石和雄黄的可浮性。进行了捕收剂种类、捕收剂用量、矿浆浓度、矿浆pH 、活化剂用量、搅拌时间和浮选时间试验, 以确定最佳浮选条件。试验表明, 油酸钠和KAX 分别是硬硼钙石和雄黄的最好的捕收剂。

在最佳的纯矿物浮选条件下, 硬硼钙石和雄黄的回收率分别为98 %和88 %。

为了确定最佳的分离条件, 将0.5 %和5 %的雄黄添加到硬硼钙石中制备两种不同的人工混合样。

第一个人工混合样含49.92 %B2O3 和1575·10-6As 。第二个人工混合样含47.7 % B2O3 和8460·10-6As 。首先在早先已证明油酸钠是雄黄好的捕收剂试验中确定的最佳条件下进行浮选, 但只获得有限的成功。所以, 又用KAX 浮选雄黄, 将硬硼钙石留在悬浮液中。雄黄浮出后, 从第一个混合样中获得的硬硼钙石精矿的B2O3 回收率为79.18 %, 含49.83 %B2O3 和676·10-6As , 从第二个混合样中获得的硬硼钙石精矿的B2O3 回收率为82.96 %, 含49.77 %B2O3 和3600·10-6 As 。从第一个和第二个样品获得精矿砷量减少57.08 %和57.45 %。

最后在最佳条件下对天然矿石进行了雄黄浮选试验。用2 kg/t 的硅酸钠作为脉石矿物的抑制剂。浮选雄黄, 将硬硼钙石精矿留在槽内产品中。硬硼钙石精矿的B2O3 回收率为96.99 %, 含33.93 %B2O3 和860·1-6As , 砷量减少31.20 %。

总结

用红外光谱研究了浮选捕收剂在硬硼钙石和雄黄表面上的吸附类型。虽然成功地摄取了硬硼钙石红外光谱和经浮选捕收剂处理后的硬硼钙石的红外光谱, 但未能获得雄黄和经浮选捕收剂处理后雄黄的红外光谱。红外光谱结果表明,R840 和油酸钠化学吸附在硬硼钙石表面上, 而R825 不是以化学吸附状态吸附。胺吸附是物理吸附。黄药吸附是特效吸附。

用纯矿物样品研究了硬硼钙石和雄黄的可浮选。在最佳条件下, 硬硼钙石和雄黄的浮选回收率分别为98 %和88 %。用人工混合矿样确定了两种矿物的最佳分离条件。用戊基钾黄药浮选雄黄, 将硬硼钙石留在槽内产品中, 硬硼钙石精矿砷量减少了57.45 %。天然矿石浮选试验获得的硬硼钙石精矿砷量减少了31.20 % 。