李东等：粒度大小对赤铁矿和石英浮选分离的影响 591· MH&CQ相比，浮选速率常数k和最大回收率e则 加强烈，这也与上述浮选动力学的试验结果基本 分别由0.998min和90%降低至0.819min和87%， 一致. 表明细粒石英(FQ)的存在同样不利于中等粒级赤 23。赤铁矿与石英颗粒间的相互作用 铁矿(MH)的浮选 浮选动力学试验表明赤铁矿的浮选与石英粒 从图8中可以看出，与粗粒级赤铁矿(CH)和 度有关，当细粒石英存在时，赤铁矿（尤其是细粒 中等粒级赤铁矿(MH)相比，石英的粒度对细粒级 赤铁矿)的浮选速率和回收率均会降低.石英作为 赤铁矿(FH)浮选的影响更加明显，如FH&FQ与 脉石矿物具有较强的亲水性，因此如果石英颗粒 FH&CQ相比，浮选速率常数k和最大回收率e分 与赤铁矿发生“异相凝聚”或在赤铁矿表面“黏附 别由1.002min和78%降低为0.600min和72%. 罩盖”，则会抑制赤铁矿的浮选.基于上述分析，为 为了能够更加直观地描述粒度对赤铁矿和石英浮 探索细粒石英(FQ)抑制细粒赤铁矿(FH)浮选的 选分离过程的影响，根据Fuerstenau提质公式（式 作用机理，本节主要通过DLVO理论计算和聚焦 (3)绘制了赤铁矿-石英混合矿的提质曲线，结果 光束反射测量技术(FBRM)研究了矿浆中赤铁刊矿 如图9所示 与石英颗粒间的相互作用， SHI=Yi P BH-BH DLVO理论作为描述溶液中带电胶粒稳定性 ；EQ,r=Y (3) BH-BHs 的经典理论，多数情况下能够准确预测溶液中矿 物颗粒的分散/团聚行为18根据DLVO理论，颗 100 粒间总的相互作用能'D由以下两部分组成：I)长 程范德华力，Vw;2)静电力，E Seperation tendency VTD Vw+VE (4) 60 上述各部分的作用能(w、'E)分别按照下式 RH&RO ◆-CH&CO 计算： 40 …4MH&CO 一FH&CQ 1)长程范德华力，w ◆…CH&FO 20 -MH&FQ A132r1r2 …FH&FO Vw=- (5) 6H(r1+r2) 20 4060 80 100 其中， Quartz recovery,o 图9不同粒度组成的赤铁矿-石英混合矿的提质分离曲线(pH,9.0: A132=(VAI-VA3)(VA2-VA3) (6) 油酸钠，每吨400g) 式中，A1和42分别表示矿物1和矿物2的Hamaker Fig Upgrading curves of hematite-quartz mixtures with different 常数，A3表示介质3的Hamaker常数，H为两个球 particle sizes (pH,9.0;sodium oleate,400 g per ton) 形颗粒间的距离，”和？2分别为两球形颗粒的半 式中：和o,分别为浮选时间为1时精矿中赤 径，均假设为5μm,A132表示矿物1和矿物2在介 铁矿和石英的回收率，%；为浮选时间为1时的精 质3中的Hamaker常数.在本文中，赤铁矿、石英、 矿产率，%；B、rP分别为赤铁矿单矿物中的 水在真空中的Hamaker常数分别取值为23.20×10-20、 铁品位、原矿中的铁品位、浮选时间为1时精矿中 5.0×10-20、4.0×10-20J. 的铁品位，% 2)静电力，E 从图9中可以看出，不同粒度组成的赤铁矿- E=o（(+6a) 2901Ψ02 p+g 石英混合矿通过浮选均可得到不同程度的富集， 1+r2 %1+62 当目的矿物为粗粒赤铁矿(CH和MH)或脉石矿物 其中， 为粗粒石英(CQ)时的分选效果较好：当目的矿物 1 +e- 为细粒赤铁矿(FH)且脉石矿物为细粒石英(FQ) p In 1-e-9=lh(1-e-2） (8) 时分选效果较差.其中FH&FQ与FH&CQ相比， 式中，o和n:分别为真空的介电常数(8.854× 精矿中赤铁矿的回收率降低地最为明显，这说 102Fm)和水的相对介电常数(n,=81).po1和po2 明细粒的脉石矿物石英会降低目的矿物赤铁矿 分别表示赤铁矿和石英的Zeta电位，结果如图l0 的回收率，并且这种抑制作用对于细粒赤铁矿更 所示，赤铁矿和石英颗粒的Zeta电位与矿浆pH值MH&CQ 相比，浮选速率常数 k 和最大回收率 ε∞则 分别由0.998 min−1 和90% 降低至0.819 min−1 和87%， 表明细粒石英（FQ）的存在同样不利于中等粒级赤 铁矿（MH）的浮选. 从图 8 中可以看出，与粗粒级赤铁矿（CH）和 中等粒级赤铁矿（MH）相比，石英的粒度对细粒级 赤铁矿（FH）浮选的影响更加明显，如 FH&FQ 与 FH&CQ 相比，浮选速率常数 k 和最大回收率 ε∞分 别由 1.002 min−1 和 78% 降低为 0.600 min−1 和 72%. 为了能够更加直观地描述粒度对赤铁矿和石英浮 选分离过程的影响，根据 Fuerstenau 提质公式（式 （3））绘制了赤铁矿−石英混合矿的提质曲线，结果 如图 9 所示. εH,t = γt · βH,t βH,f ; εQ,t = γt · βH −βH,t βH −βH,f （3） 式中： εH,t 和 εQ,t 分别为浮选时间为 t 时精矿中赤 铁矿和石英的回收率，%；γt 为浮选时间为 t 时的精 矿产率，%；βH、βH,f、βH,t 分别为赤铁矿单矿物中的 铁品位、原矿中的铁品位、浮选时间为 t 时精矿中 的铁品位，%. 从图 9 中可以看出，不同粒度组成的赤铁矿− 石英混合矿通过浮选均可得到不同程度的富集， 当目的矿物为粗粒赤铁矿（CH 和 MH）或脉石矿物 为粗粒石英（CQ）时的分选效果较好；当目的矿物 为细粒赤铁矿（FH）且脉石矿物为细粒石英（FQ） 时分选效果较差. 其中 FH&FQ 与 FH&CQ 相比， 精矿中赤铁矿的回收率降低地最为明显，这说 明细粒的脉石矿物石英会降低目的矿物赤铁矿 的回收率，并且这种抑制作用对于细粒赤铁矿更 加强烈，这也与上述浮选动力学的试验结果基本 一致. 2.3    赤铁矿与石英颗粒间的相互作用 浮选动力学试验表明赤铁矿的浮选与石英粒 度有关，当细粒石英存在时，赤铁矿（尤其是细粒 赤铁矿）的浮选速率和回收率均会降低. 石英作为 脉石矿物具有较强的亲水性，因此如果石英颗粒 与赤铁矿发生“异相凝聚”或在赤铁矿表面“黏附 罩盖”，则会抑制赤铁矿的浮选. 基于上述分析，为 探索细粒石英（FQ）抑制细粒赤铁矿（FH）浮选的 作用机理，本节主要通过 DLVO 理论计算和聚焦 光束反射测量技术（FBRM）研究了矿浆中赤铁矿 与石英颗粒间的相互作用. DLVO 理论作为描述溶液中带电胶粒稳定性 的经典理论，多数情况下能够准确预测溶液中矿 物颗粒的分散/团聚行为[18] . 根据 DLVO 理论，颗 粒间总的相互作用能 VTD 由以下两部分组成：1）长 程范德华力，VW；2）静电力，VE. VTD = VW +VE （4） 上述各部分的作用能（VW、VE）分别按照下式 计算： 1）长程范德华力，VW VW = − A132r1r2 6H (r1 +r2) （5） 其中， A132= ( √ A1 − √ A3 ) ( √ A2 − √ A3 ) （6） 式中，A1 和 A2 分别表示矿物 1 和矿物 2 的 Hamaker 常数，A3 表示介质 3 的 Hamaker 常数，H 为两个球 形颗粒间的距离，r1 和 r2 分别为两球形颗粒的半 径，均假设为 5 μm，A132 表示矿物 1 和矿物 2 在介 质 3 中的 Hamaker 常数. 在本文中，赤铁矿、石英、 水在真空中的 Hamaker 常数分别取值为 23.20×10−20、 5.0×10−20、4.0×10−20 J. 2）静电力，VE VE = πη0ηrr1r2 r1 +r2 ( φ 2 01 +φ 2 02)   2φ01φ02 φ 2 01 +φ 2 02 p+q   （7） 其中， p = ln( 1+e −κH 1−e −κH ) ,q = ln( 1−e −2κH ) （8） 式 中 ， η0 和 ηr 分 别 为 真 空 的 介 电 常 数 （ 8.854× 10−12 F·m−1）和水的相对介电常数（ηr=81）. φ01 和 φ02 分别表示赤铁矿和石英的 Zeta 电位，结果如图 10 所示，赤铁矿和石英颗粒的 Zeta 电位与矿浆 pH 值 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Quartz recovery, εQ, t /% Hematite recovery, εH, t /% RH&RQ CH&CQ MH&CQ FH&CQ CH&FQ MH&FQ FH&FQ Seperation tendency 图 9    不同粒度组成的赤铁矿−石英混合矿的提质分离曲线（pH，9.0； 油酸钠，每吨 400 g） Fig.9     Upgrading  curves  of  hematite –quartz  mixtures  with  different particle sizes (pH, 9.0; sodium oleate, 400 g per ton) 李    东等： 粒度大小对赤铁矿和石英浮选分离的影响 · 591 ·