引言

霓石(NaFeSi₂O₆)是一种链状含铁硅酸盐矿物，在自然界中常与氧化铁矿伴生，例如包头钢铁白云鄂博铁矿中伴生有一定量霓石^[1]。由于霓石的晶格中含有铁元素，造成霓石表面的化学性质与镜铁矿十分相近，使得两者在浮选过程中表现出相似的可浮性，霓石与镜铁矿的浮选分离一直是选矿界致力解决的难题^{[2, 3]}。由于两者的表面物理化学性质相似度高，浮选过程中单纯依靠捕收剂很难将其有效分离。浮选指标的好坏，很大程度上依赖浮选药剂的疏水性能，因此，对于霓石-镜铁矿浮选分离药剂方面的探索一直是研究的热点^[4-7]。

在氧化铁矿(赤铁矿、镜铁矿等)浮选抑制剂方面，众多科研工作者为寻找抑制作用强、选择性好、环境友好等特点的抑制剂做了大量的研究^[8-12]。试验表明，淀粉不但对赤铁矿有良好的抑制效果，同时可以抑制含铁硅酸盐绿泥石，且抑制效果随淀粉用量增加而增强^[13]。羧甲基纤维素作为抑制剂对赤铁矿的抑制效果和淀粉相同，但羧甲基纤维素的适宜pH值区间范围较窄^[14]。腐植酸或废弃酵母溶液在一定条件下可以作为赤铁矿反浮选的抑制剂淀粉的代替品^[15]。在霓石和赤铁矿浮选中，控制矿浆pH为4~5，以短链有机酸为抑制剂时，可以选择性的抑制霓石的浮选而对赤铁矿无明显抑制现象^[16]。已有的研究表明，无论是正浮选体系中使用氟硅酸盐或有机酸抑制霓石，亦或反浮选体系中使用单一淀粉等大分子药剂抑制氧化铁矿均无法有效分离霓石和氧化铁矿。

本试验通过霓石、镜铁矿单矿物浮选试验，探讨油酸钠体系中，聚乙二醇400、淀粉以及两者不同比例组合用药对霓石和镜铁矿的浮选的影响，并通过Zeta电位分析两种抑制剂对霓石和镜铁矿的抑制机理。研究结果对霓石与镜铁矿的浮选分离提供了一定的理论指导。

1 试验 1.1 试验样品

试验所用霓石取自内蒙古白云鄂博，镜铁矿来自安徽霍邱李楼铁矿。采用干湿筛分结合的方法制备所需矿样。经破碎—筛分—陶瓷球磨处理后，筛选出-0.044+0.037 mm粒级产品作为浮选矿样。对制得的试样进行XRD分析，结果如图 1所示，利用XRF分别分析霓石和镜铁矿试样中的Na、Fe元素含量，通过理论计算得知两种矿石的纯度分别为93.23%和96.51%。

1.2 试验药剂

试验过程中使用的油酸钠和聚乙二醇400均为化学分析纯；淀粉(阳离子型)和2号油为工业纯；pH值调整剂选用分析纯的HCl和NaOH；试验中所有药剂购自南京试剂公司。试验用水为超纯水；油酸钠配制浓度为3 g/L；聚乙二醇400和大分子淀粉作为抑制剂配制浓度均为2.5 g/L；利用超声波乳化法将2号油配制浓度为60 mg/L的乳浊液。

1.3 试验方法 1.3.1 单矿物浮选试验

试验在50 mL XFG型单槽浮选机上进行，试验流程图如图 2所示。每次称取2 g矿样加入浮选槽中，加入适量的超纯水(控制槽内总的用水量为50 mL)，在转速1 696 r/min的条件下搅拌1 min，再加入适量抑制剂，搅拌3 min，然后加入捕收剂油酸钠并搅拌3 min，最后加入起泡剂2号油并搅拌0.5 min，浮选时间4 min。将所获得精矿和槽内尾矿分别过滤、烘干、称重，并计算回收率。

1.3.2 Zeta电位测定

将待测样品用三头研磨机研磨至2 μm，每次称取20 mg矿样放入装有适量超纯水(控制烧杯总水量为50 mL)的烧杯中，将烧杯放入三频数控超声波清洗器中震荡5 min以使颗粒充分分散，然后加入抑制剂继续震荡2 min，静置后取上清液在美国布鲁克海文ZetaPALS仪上进行Zeta电位测定。

2 试验结果与分析 2.1 油酸钠浓度对霓石和镜铁矿浮选回收率的影响

捕收剂浓度对矿物浮选有至关重要的作用，浓度过低造成矿物疏水性不足，而浓度过高则致使捕收剂选择性下降。为确定合适的捕收剂浓度，在自然pH值条件下，霓石、镜铁矿单矿物的回收率随油酸钠浓度的变化情况如图 3所示。由图 3可以看出，随着捕收剂油酸钠浓度的增加，霓石和镜铁矿的回收率逐渐增大；当油酸钠浓度为54 mg/L时，霓石和镜铁矿的回收率达到峰值，继续增大油酸钠浓度，两矿石的回收率增长趋于平缓，且在整个药剂浓度试验区间内霓石的可浮性与镜铁矿相差不大。

2.2 矿浆pH对霓石和镜铁矿浮选回收率的影响

在油酸钠浓度为54 mg/L时，考察了不同pH值条件下霓石、镜铁矿的浮选行为，试验结果见图 4。由图 4可以看出，霓石的回收率随pH的升高呈现先升高再降低的趋势，并在pH值为6时达到最大约为66%；与霓石相似，镜铁矿的回收率也随pH的升高呈现先升高再降低的趋势，pH值在7~9之间镜铁矿的回收率较高，且最佳pH值在8左右。由于本文试验采用反浮选流程，需确保霓石具有最佳可浮性，综合考虑控制矿浆pH值在6左右。

2.3 聚乙二醇400对霓石和镜铁矿浮选回收率的影响

浮选试验中控制油酸钠浓度为54 mg/L，pH值为6左右，2号油的浓度1.2 mg/L，考察了大分子药剂聚乙二醇400对霓石和镜铁矿可浮性的影响，结果如图 5所示。

由图 5可以看出，随着聚乙二醇400浓度的增大，两种矿物的回收率均逐渐下降；当聚乙二醇400浓度为200 mg/L时霓石的回收率下降至71.13%，并趋于稳定；当聚乙二醇400浓度升高至250 mg/L时镜铁矿的回收率降低到42.32%，此时霓石的回收率维持在65.56%。聚乙二醇400对霓石的抑制效果较弱，而对镜铁矿的抑制效果强于霓石。

2.4 淀粉对霓石和镜铁矿浮选回收率的影响

为了考察淀粉浓度对镜铁矿和霓石可浮性的影响，在油酸钠浓度54 mg/L、pH值6左右、2号油浓度1.2 mg/L条件下进行了不同淀粉浓度对两种矿物可浮性影响试验，试验结果如图 6所示。

由图 6可以看出，随着淀粉用量的增加，霓石和镜铁矿的回收率快速下降，当淀粉的用量达到100 mg/L后，两种矿物回收率的下降趋势变缓，直至淀粉用量为200 mg/L时，回收率分别下降到24.43%、5.45%。相比较而言，淀粉对两种矿物的抑制效果比聚乙二醇400强，但选择性比聚乙二醇400弱；两种药剂对霓石的抑制效果均好于镜铁矿，因此可作为反浮选铁矿的抑制剂。

2.5 组合抑制剂对霓石和镜铁矿的抑制效果

根据前两组浮选试验可知，聚乙二醇400对两种矿物的选择性较好，但抑制效果不佳；而淀粉对两种矿物的抑制效果较好，但选择性不够理想。基于抑制效果和选择性双重考虑下，选择淀粉和聚乙二醇400以不同质量浓度混合进行试验，为便于比较浮选指标，所有抑制剂组合的总浓度固定为180 mg/L，试验结果见图 7。

由图 7可知，霓石的回收率随混合抑制剂中淀粉所占比例的增加而逐渐降低，同时镜铁矿的回收率总体呈现下降趋势。当两种抑制剂的比值为1 : 2时霓石的回收率为77.41%，继续增大比值，霓石的回收率下降不明显；镜铁矿回收率在1 : 1时为18.70%，继续增加聚乙二醇含量，镜铁矿回收率变化不大趋于稳定。综合分析，在两种矿物的回收率都趋于稳定条件下，当淀粉与聚乙二醇400的质量浓度比为2 : 1时，两种矿物的回收率差值最大，此时组合抑制剂的抑制性和选择性效果最好。

2.6 Zeta电位试验结果及分析

为了研究两种大分子药剂对霓石和镜铁矿表面电性的作用，测试了两种矿物分别与淀粉和聚乙二醇400作用前后的Zeta电位，结果分别如图 8和图 9所示。可以看出，在pH值较低条件下，霓石与镜铁矿表面均带正电，随着pH值的增大矿物表面由正电变成负电，并不断增加，镜铁矿和霓石的等电点分别为2.97和3.47。阳离子型淀粉作用前后，两种矿石表面的Zeta电位均不同程度向右偏移，镜铁矿和霓石的等电点分别右移至3.71和3.75，说明淀粉在两种矿石表面均发生了吸附。比较两矿石表面等电点的移动程度，可以看出，镜铁矿等电点右移量大于霓石，这说明淀粉更多的吸附在镜铁矿表面，对镜铁矿的抑制作用比霓石强，这与浮选试验结果是一致的。另外，聚乙二醇400作用后，两种矿石表面Zeta电位均小幅左移，镜铁矿和霓石的等电点分别左移至2.75和2.49，说明聚乙二醇400在两种矿物表面均发生了作用，表面电位的下降阻碍了阴离子捕收剂的吸附，从而达到抑制效果。

3 结论

(1) 聚乙二醇400和淀粉分别在250 mg/L和200 mg/L时，对镜铁矿的抑制效果最佳，此时镜铁矿的回收率分别为42.32%和5.45%，霓石的回收率分别为65.56%和24.43%。淀粉对镜铁矿的抑制作用比聚乙二醇400强，而选择性比聚乙二醇400弱。

(2) 两种大分子抑制剂混合使用时其综合性能较为明显，淀粉与聚乙二醇400的最佳质量浓度比是2 : 1，此时霓石和镜铁矿的回收率分别为74.80%和14.18%。

(3) 淀粉在镜铁矿表面的吸附强度比霓石大，聚乙二醇400的吸附降低两种矿物的表面电位，阻碍了阴离子捕收剂的吸附。