低品级菱镁矿提纯研究

菱镁矿为结晶或潜结晶构造的碳酸盐类矿物(MgOCO₃)，其MgO理论含量为47.82%。它被广泛用于耐材工业，如冶金粉末和镁质碱性耐火制品等；对呈苛性状态的菱镁矿也可用于以电解法和碳热法的炼镁工业及建筑工业。

我国天然菱镁矿资源极为丰富，列居世界首位。尤以辽南地区菱镁矿矿石储量大而集中，且质量较好，是我国冶金工业碱性耐火原料生产的重要基地。辽宁镁矿公司桦子峪镁矿，已探明矿石储量达8亿吨之多。其中低品位三级矿约占该矿储量的20%。长期以来该矿主要开采一级矿和部分二级矿，低品位三级矿由于质量问题，至今未被纳入开采计划。这一状况无疑会造成该地区菱镁矿资源的极大浪费。因此，寻找这类矿石的合理利用途径，充分发挥本地区的资源优势，是一项亟待解决的战略问题。

本文仅就我们对桦子峪低品级三级菱镁矿所开展的选矿提纯研究以及对其分选过程中几个主要影响因素进行论述。

一、矿石性质概述

桦子峪三级菱镁矿矿石组成较为简单，主要为菱镁矿和滑石、绿泥石（叶绿泥石、斜绿泥石）、白云石以及黄铁矿等。其中少量叶绿泥石以类质同像混入物形式存在于菱镁矿，白云石中。在菱镁矿的晶体中也含有一定量的白云石细微机槭包体。菱镁矿以及脉石矿物白云石分别呈粗中粒和中细粒均匀和不均匀嵌布；滑石、绿泥石及铁质呈中细粒和细粒较均匀嵌布。连生矿物之间的嵌镶关系密切，多以交代残留体不规则毗连嵌镶存在。其原矿化学多元素分析为：IL 47.94%、SO₂ 4.00%、AL₂O₃ 0.97%、Fe₂O₃ 0.48%、CaO 0.93%、MgO 46.05%。

二、试验及结果

根据桦子峪低品级三级菱镁矿的矿石性质以及对它的使用要求，在选择方案时采取了一段磨矿，－200目占70%，二段反浮硅酸盐脉石矿物和一段浮选菱镁矿的开路分选流程。并在菱镁矿的选别中，对有关新型药剂进行了探索。选别工艺流程见图1，其结果列于表1。

图1  低品级三级菱镁矿选别工艺流程

表1  低品级三级菱镁矿试验结果

从试验结果可以看出，其选别条件是合理的，三级菱镁矿采用所述工艺流程，可获得高纯镁精矿及次精矿两个产品。其中，高纯精矿熟料MgO含量可选98.58%，SiO₂＋CaO＋Fe₂O₃＋Al₂O₃总杂质含量为1.42%。完全达到了预期的质量指标。

三、影响分选的主要因素

（一）磨矿细度

为考查磨矿细度对分选过程的影响，采用两段反浮硅酸盐矿物的流程进行了试验。试验结果表明，－200目含量由60%增至90%时，精矿中SiO₂含量在一定范围内是随磨矿细度的增大而下降；当细度达70%－200目后，SiO₂含量保持不变；所有磨矿细度范围的精矿中，MgO含量基本在同一水平上。产率则随细度增大而明显降低。据此，并根据磨矿产品的单体解离检查结果，当磨矿细度为70%－200目时，其菱镁矿的单体解高度已达95%以上。所以，将磨矿绑度控制在－200目占70%是适当的。

（二）自然pH值下的十二胺解离状况

从对十二胺解离状况的研究可知，十二胺在溶液中的解离取决于介质的pH值。以十二胺浓度为1×10^－4mol,计算对应不同pH值的RNH₃^＋、RNH₃（水溶）、RNH₂(不溶)时得出；在酸性介质中以RNH₃^＋为主；在pH值7～10之间，RNH₃^＋逐渐减少；当pH＝10.65时，溶液中有相同数量的RNH₃^＋及RNH₂（水溶）；当pH>10时，开始从溶液中析出不溶性的RNH₃，此时RNH₃^＋急剧减少。从所做试验结果也可得到证实。在固定十二胺用量200g／t时，pH值由0依次到7，脉石矿物收率随之增加；pH值超过7以后，脉石矿物的收率则迅速下降。其最佳反浮pH值在6～7之间。因此，反浮阶段采用自然pH值显然是适宜的。

图2为矿浆在自然pH值时，十二胺用量对反浮过程的影响曲线。从图中可以看出：随着十二胺用量的增大，精矿中SiO₂含量下降，其降低率明显增大；当十二胺用量超过250g／t时，由于矿浆中胺离子浓度的提高，其在脉石矿物表面的吸附逐渐由静电吸附向“半胶束吸附”转移，电动电位符号改变，吸附与解吸平衡。结果精矿中SiO₂含量及精矿中SiO₂降低率分别逐渐趋于同一水平。此时再继续增加胺用量已失去实际意义。因此，在考虑确保高纯镁精矿的数质量前提下，将反浮中十二胺用量选定在250～300g／t范围内，对整个分选过程无疑是有益的。

图2  自然pH值时，十二胺用量对分选指标的影响

曲线1－精矿SiO₂降低率   曲线2－精矿中SiO₂含量

（三）正浮菱镁矿过程中pH值的调节

研究表明，菱镁矿的电动电位在pH值为3.8～11.0范围内为正，其电动电位值在11.9～53.7mV之间波动（图3曲线1）。因菱镁矿为可溶性矿物，故大多数Mg^2＋离子可从表面转移到溶液中；有极少量CO₃^2－离子在提高溶液的pH值后同溶液中的H^＋离子形成H₂CO₃;一部分H^＋离子作为双电层中相反的荷电离子被吸附在菱镁矿表面。当增大溶液的pH值时，菱镁矿表面晶格离子的溶解度减小，电动电位值下降。在碱性范围内菱镁矿的电动电位号仍为正，此条件下矿物表面形成MgOH^＋化合物。其吸附活性点数量发生明显变化。图3曲线2是以氧化石蜡皂（用量400g／t）作捕收剂考查pH值对菱镁矿可浮性影响所得到的结果。试验发现，pH值在6～8之间浮选效果极差，这可能关系到聚合层中捕收剂的吸附作用问题。而当pH值在8.5～11.0之间时，浮选效果最佳。因此，可以肯定pH值的调整对整个正浮菱镁矿过程具有十分重要的意义。

图3  菱镁矿的电动电位及可浮性

曲线1－菱镁矿的电动电位

曲线2－pH值与菱镁矿的可浮性关系

（四）水玻璃用量

水玻璃是一种常用的脉石矿物抑制剂。其抑制作用随胶态硅酸成分{(SiO₂)m·yH₂SiO₃·xSiO₃^2－}2xH^＋的增加而提高。本扶研究中，水玻璃用量为750～1250g／t，从试验结果得到，当用量增至1000g/t时，其高纯精矿中SiO₂的含量可下降到0.04%，SiO₂降低率可达到99.43%。显然，这一指标是令人满意的。

研究表明，水玻璃在水溶液中，其水解－复合平衡如下：

在中、碱性矿浆内，水玻璃主要以[SiO(OH)₃^－]及[SiO₂(OH)₃^2－]的形式在矿物表面吸附。尽管矿物表面有时呈负电性，但这些组份仍可在其表面吸附而使表面负电性增强。水玻璃的这一特性，决定了它在菱镁矿分选过程中的重要地位。试验研究还得出，在菱镁矿浮选时，水玻璃与六偏磷酸钠混合使用，则更能发挥水玻璃的抑制作用。

（五）捕收剂氧化石蜡皂

从菱镁矿浮选的大量研究得出，未饱和和饱和的脂肪酸及其皂类可作为它们的捕收剂。

脂肪酸及其皂类是弱电解质，在水中解离为RCOOHROOO^－＋H^＋，其解离常数随烃链加长而减少。烃链长短对其捕收性能产生影响。研究还表明，在一定范围内，烃链中碳原子数目的增加，将使其捕收能力提高。但烃链过长，由于药剂溶解度降低，又将导致在矿浆中的分散不良，而降低捕收性能。氧化石蜡皂的烃链O₁₅～O₄₀，它在浮选过程中起捕收作用的主要成份为羧酸，因此，它表现出化学活性大，凝固点低以及较强的捕收能力和选择性等优点。

在试验研究中，矿浆pH值调整至9，在温度22℃下进行浮选。从试验结果得知，氧化石蜡皂在320～560g／t之间变化时，所得到的高纯精矿MgO的品位基本保持在相同水平，均可这47%以上（熟料MgO>98%）。加大氧化石蜡皂的用量，仅对高纯镁精矿的产率发生影响。显示出氧化石蜡皂的上述优点及特性。因此，在正浮菱镁矿过程中采用氧化石蜡皂作为捕收剂是可行的。

（六）低温浮选捕收剂

众所周知，氧化石蜡皂作为捕收剂，其缺点是对矿浆温度有较大的敏感性，低温浮选时效果不佳。一般，矿浆温度要求控制在25℃左右，这样给常年平均气温偏低的东北地区使用氧化石蜡皂带来一定困难，且会增加能耗。因此，寻抟一种利于低温浮选的新型捕收剂：以降低能耗和选矿成本，是十分必要的。

在对几种新药剂的初步研究后发现，W捕收剂具有较好的低温浮选性能。在其用量550g／t，矿浆温度为13℃时进行的试验结果表明，在工艺流程相同的情况下，使用W捕收剂比氧化石蜡皂所取得的指标十分接近。W捕收剂用量为550g/t，浮选温度13℃的浮选结果列于表2。

表2  W捕收荆(13℃)浮选试验结果

上述对W捕收剂的探索试验，无疑为开辟菱镁矿浮选新药剂打下了一个良好基础。还有特于今后进一步深入研究。

四、结语

（一）桦子峪低品级菱镁矿矿物组成较为简单。菱镁矿与主要脉石矿物的物性差较大，有利于获得高纯产品。研究确定的一粗一扫反浮硅酸盐矿物和一次正浮菱镁矿的造别流程，流程简单，选矿成本较低、分造指标良好。其中高纯镁精矿MgO含量47.48%(熟料MgO>98%)，次精矿MgO含量44.35%（熟料MgO>88%）。两产品中的高纯镁精矿可用来生产高纯镁砂，次精矿也可加以利用。从而为该地区低品级菱镁矿的合理开发利用找到了一条新途径。

（二）在反浮选过程中，矿浆在自然pH值时使用十二胺可有效地排除硅酸盐类脉石矿物。调整pH值至碱性范围（8.5～11.0），加入水玻璃能选择性地改变菱镁矿和脉石矿物表面的负载状态，是造成菱镁矿良好可浮性的先决条件，进而在使用氧化石蜡皂作为捕收剂时，获得理想的高纯产品。

（三）对新型W捕收剂的探索试验，可望在进一步的研究中，在低温浮选时获得更好的结果。