应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石

工程科学学报，第40卷，第3期：313-320,2018年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.3:313-320,March 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.007:http://journals.ustb.edu.cn 应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 卢冀伟”，袁致涛)区，李丽匣”，刘炯天12，陆帅帅) 1)东北大学资源与土木工程学院，沈阳1108192)郑州大学化工与能源学院，郑州450001 ☒通倍作者，E-mail:yuanzhitao@mail.neu.cdu.cn 摘要针对镍黄铁矿和蛇纹石浮选难分离，提出采用磁罩盖法进行磁分离。结果表明，控制一定的矿浆物化条件，随着磁种 磁铁矿的添加，镍黄铁矿的磁选回收率随之升高，而蛇纹石的回收率基本保持很低，可实现两者的良好分离。人工混合矿分离 结果表明，磁种质量分数为5%时，获得的精矿Ni品位为19.89%，回收率为92.46%，Mg0质量分数为4.72%：X射线衍射和 扫描电镜分析结果显示磁铁矿在镍黄铁矿表面产生了罩盖，在蛇纹石表面未产生明显的罩盖；Zta电位测试和DLV0理论计 算结果表明，添加六偏磷酸钠后，蛇纹石表面电性由正变负，而对镍黄铁矿和磁铁矿表面电性未产生显著影响，从而使磁铁 与蛇纹石间的相互作用变为排斥，而与镍黄铁矿之间仍为吸引，因而磁铁矿选择性罩盖在镍黄铁矿表面，增强其磁性，实现与 蛇纹石的磁分离. 关键词镍黄铁矿：蛇纹石：磁铁矿：选择性磁罩盖：磁选分离 分类号TD952 Separation of pentlandite from serpentine using the selective magnetic coating-magnetic separation technology LU Ji-wei,YUAN Zhi-tao,LI Li-xia,LIU Jiong-tian),LU Shuai-shuai 1)School of Resources and Civil Engineering,Northeastemn University,Shenyang 110819,China 2)School of Chemical Engineering and Energy,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China Corresponding author,E-mail:yuanzhitao@mail.neu.edu.cn ABSTRACT Magnetic coating magnetic separation method was proposed to separate pentlandite from serpentine,which is difficult to separate them using flotation.Results show that under certain physical and chemical conditions of slurry,the pentlandite recovery in- creases with the amounts of magnetite increasing,while the recovery of serpentine remains at a low level,indicating that their separa- tion could be realized.The separation results of the artificial mixtures show that with addition of 5%magnetite,a concentrate of 19.89%Ni with a recovery of 92.46%and Mgo mass content of 4.72%are obtained.The results of X-ray diffraction (XRD)and scanning electron microscopy (SEM)demonstrate that quantities of magnetite particles adhere to the pentlandite surfaces whereas the surface of serpentine is not clearly coated by the magnetite.The Zeta potential analyses and DLVO calculations suggest that with the ad- dition of sodium hexametaphosphate (SHMP),the Zeta potential of serpentine reverses from positive to negative while those of pent- landite and magnetite are not affected significantly.Thus,it made the interaction of magnetite-serpentine become repulsion while that of magnetite-pentlandite remain attraction.Consequently,magnetite particles selectively adhere to the surface of pentlandite and en- hance its magnetism,resulting in the magnetic separation of pentlandite from serpentine. KEY WORDS pentlandite:serpentine:magnetite:selective magnetic coating:magnetic separation 收稿日期：2017-05-24 基金项目：国家青年自然科学基金资助项目(51704057)：东北大学博士后基金资助项目(20170312)：中国博士后基金资助项目 (2017M621153)

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期: 313--320，2018 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 40，No． 3: 313--320，March 2018 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2018． 03． 007; http: / /journals． ustb． edu． cn 应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 卢冀伟1) ，袁致涛1) ，李丽匣1) ，刘炯天1，2) ，陆帅帅1) 1) 东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819 2) 郑州大学化工与能源学院，郑州 450001 通信作者，E-mail: yuanzhitao@ mail． neu． edu． cn 摘 要 针对镍黄铁矿和蛇纹石浮选难分离，提出采用磁罩盖法进行磁分离． 结果表明，控制一定的矿浆物化条件，随着磁种 磁铁矿的添加，镍黄铁矿的磁选回收率随之升高，而蛇纹石的回收率基本保持很低，可实现两者的良好分离． 人工混合矿分离 结果表明，磁种质量分数为 5% 时，获得的精矿 Ni 品位为 19. 89% ，回收率为 92. 46% ，MgO 质量分数为 4. 72% ; X 射线衍射和 扫描电镜分析结果显示磁铁矿在镍黄铁矿表面产生了罩盖，在蛇纹石表面未产生明显的罩盖; Zeta 电位测试和 DLVO 理论计 算结果表明，添加六偏磷酸钠后，蛇纹石表面电性由正变负，而对镍黄铁矿和磁铁矿表面电性未产生显著影响，从而使磁铁矿 与蛇纹石间的相互作用变为排斥，而与镍黄铁矿之间仍为吸引，因而磁铁矿选择性罩盖在镍黄铁矿表面，增强其磁性，实现与 蛇纹石的磁分离． 关键词 镍黄铁矿; 蛇纹石; 磁铁矿; 选择性磁罩盖; 磁选分离 分类号 TD952 收稿日期: 2017--05--24 基金项目: 国 家 青 年 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 51704057 ) ; 东 北大学博士后基金资助项目 ( 20170312 ) ; 中国博士后基金资助项目 ( 2017M621153) Separation of pentlandite from serpentine using the selective magnetic coating--magnetic separation technology LU Ji-wei1) ，YUAN Zhi-tao1)  ，LI Li-xia1) ，LIU Jiong-tian1，2) ，LU Shuai-shuai1) 1) School of Ｒesources and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819，China 2) School of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China Corresponding author，E-mail: yuanzhitao@ mail． neu． edu． cn ABSTＲACT Magnetic coating magnetic separation method was proposed to separate pentlandite from serpentine，which is difficult to separate them using flotation． Ｒesults show that under certain physical and chemical conditions of slurry，the pentlandite recovery in￾creases with the amounts of magnetite increasing，while the recovery of serpentine remains at a low level，indicating that their separa￾tion could be realized． The separation results of the artificial mixtures show that with addition of 5% magnetite，a concentrate of 19. 89% Ni with a recovery of 92. 46% and MgO mass content of 4. 72% are obtained． The results of X-ray diffraction ( XＲD) and scanning electron microscopy ( SEM) demonstrate that quantities of magnetite particles adhere to the pentlandite surfaces whereas the surface of serpentine is not clearly coated by the magnetite． The Zeta potential analyses and DLVO calculations suggest that with the ad￾dition of sodium hexametaphosphate ( SHMP) ，the Zeta potential of serpentine reverses from positive to negative while those of pent￾landite and magnetite are not affected significantly． Thus，it made the interaction of magnetite--serpentine become repulsion while that of magnetite--pentlandite remain attraction． Consequently，magnetite particles selectively adhere to the surface of pentlandite and en￾hance its magnetism，resulting in the magnetic separation of pentlandite from serpentine． KEY WOＲDS pentlandite; serpentine; magnetite; selective magnetic coating; magnetic separation

·314 工程科学学报，第40卷，第3期 镍作为一种重要的战略有色金属，因具有良好 用于废水处理、医疗等领域，而在选矿中最早应 的可塑性、机械强度、耐腐蚀、抗氧化、难溶解等优 用在非金属矿提纯以除去黏土、高岭土中的TO, 点，被用来生产各种特种钢、抗腐蚀合金、耐热合金、 等染色矿物，之后开始用于金属氧化矿物之间的 磁性合金等而广泛应用于各种领域口.在自然界 分离.Ucbas等研究了铬铁矿和蛇纹石的磁罩 中，镍元素主要以硫化镍矿和氧化镍矿的形式存在， 盖分离，指出在团聚剂十二胺和非极性煤油作用 其中硫化镍矿仍然是提取镍的主要原料.目前，下，磁种可以选择性罩盖在铬铁矿表面，从而实 60%以上的镍主要取自于硫化镍矿石，对这类矿石 现了与蛇纹石的磁选分离；Singh等针对本国 一般采用浮选法进行富集，但在浮选时矿石中的含 赤铁矿石选矿过程中产生的含铁细泥进行了磁 镁硅酸盐如蛇纹石、滑石等，由于自身硬度较低，磨 罩盖法分选研究，与传统磁选工艺相比，精矿品 时易泥化而与硫化镍矿物（镍黄铁矿）形成“异质凝 位基本保持不变，铁的回收率提高了十个百分 聚体”，从而随浮选泡沫进入镍精矿，不仅降低精矿 点：国内的骆兆军等)、李小兵等、幸伟中 的品位和回收率，而且也造成精矿中Mg0含量较 等0也先后采用磁罩盖法对磷灰石与方解石、 高，给后续闪速炉冶炼工艺带来炉体结瘤等问 一水铝石与石英、赤铁矿与石英等矿物的分离进 题.因此在硫化镍矿石分选中，一直把镍黄铁矿 行了研究，并成功实现了它们两者之间的磁选分 与蛇纹石的分离作为研究重点 离。尽管如此，但在硫化矿磁罩盖分选方面至今 国内外选矿科研者围绕镍黄铁矿和蛇纹石的分 还未见报道或鲜有研究.正是基于此，本文通过 离主要从浮选角度进行了大量的研究.Senior与 磁罩盖试验，重点考察了磁铁矿用量对镍黄铁 Thomas针对Mt Keith低品位高镁硫化镍矿矿石 矿/蛇纹石体系磁罩盖行为的影响，实现了镍黄 (Ni0.52%,Mg040%)的分选，提出泥砂分级浮选 铁矿和蛇纹石的磁罩盖磁选分离，并借助X射线 新工艺，最终可使镍精矿的回收率由原来的60%提 衍射分析和扫描电镜等技术研究了磁罩盖前后 高到70%，Mg含量降至9.0%以下；Uddin等m针 矿物表面特性的变化，利用Zeta电位测试技术和 对加拿大Thompson地区的超细嵌布硫化镍矿石，提 DLVO理论分析了磁种产生选择性磁罩盖的作用 出加硫酸磨矿新技术，目的主要是破坏蛇纹石的纤 机理，从而为磁罩盖法分离镍黄铁矿和蛇纹石提 维结构，降低蛇纹石矿物的弹性和稳定性，使之更易 供了理论支持 被解离，同时加酸还能使镍矿物表面裸露更多的硫 1试验 元素，增加其可浮性，最终可将Ni品位由原矿的 0.6%提高到精矿的3.8%，Mg质量分数由原来的 1.1矿样和试剂 23.86%降至9.75%以下：熊文良等圆研究了酯化 试验所用镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿矿样分别 淀粉对四川某硫化镍矿石中含镁矿物与镍矿物的分 取自甘肃金川、辽宁岫岩和辽宁南芬.单矿物的制 选作用，指出酯化淀粉作为一种荷负电的改性淀粉， 备方法为：人工挑选出矿物含量高的块矿，经锤碎手 可通过静电作用和氢键作用吸附在含镁脉石矿物 选去杂筛分至-2mm.镍黄铁矿用锥形球磨机磨细 (如蛇纹石)表面，起到抑制作用，实现了与镍黄铁 经摇床抛尾、磁选除去强磁性矿物，磁选尾矿再经摇 矿的良好分离：马子龙针对金川镍矿石应用旋 床富集2次得到镍黄铁矿单矿物，其细度-74m 流一静态微泡浮选柱，在与浮选机入料相同的情况 占86.58%：蛇纹石用瓷球磨直接磨细，磨矿细度 下，精矿镍品位提高了1.24%，Mg0含量降低了 -74μm占71.36%：磁铁矿用锥形球磨机磨细摇床 2.03%,对原矿镍回收率提高了1.86%. 富集、弱磁抛尾和卧式行星球磨机细磨1h,然后采 本文针对硫化镍矿石分选中镍黄铁矿和蛇 用13μm标准筛筛分，筛下产品作为磁种使用；并对 纹石的分离难题，在大量查阅相关资料的基础 所制备的镍黄铁矿和蛇纹石单矿物进行了X射线 上，并结合它们自身的磁特性，提出采用“磁罩 衍射检测，结果如图1所示：镍黄铁矿、蛇纹石和磁 盖”法磁选分离上述两种矿物，与以往的浮选法 铁矿的化学多元素分析结果见表1~3：并采用Mas- 不同.磁罩盖的过程是向高速搅拌的矿浆中加入 tersizer--2000型激光粒度仪和JDAW-2000D型振动 分散剂，再添加磁种（多为磁铁矿），有时需要添 样品磁强计对镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿的粒度和 加团聚剂，使磁种选择性罩盖在目的矿物上，然 比磁化系数进行检测，结果见表4.试验所用药剂六 后通过磁选实现与非目的矿物的分离，也称为磁 偏磷酸钠、油酸、氢氧化钠为分析纯，煤油为工业纯， 种法或磁载体法0.目前“磁罩盖”法已广泛应 试验用水为去离子水

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 镍作为一种重要的战略有色金属，因具有良好 的可塑性、机械强度、耐腐蚀、抗氧化、难溶解等优 点，被用来生产各种特种钢、抗腐蚀合金、耐热合金、 磁性合金等而广泛应用于各种领域［1］． 在自然界 中，镍元素主要以硫化镍矿和氧化镍矿的形式存在， 其中硫化镍矿仍然是提取镍的主要原料． 目前， 60% 以上的镍主要取自于硫化镍矿石，对这类矿石 一般采用浮选法进行富集，但在浮选时矿石中的含 镁硅酸盐如蛇纹石、滑石等，由于自身硬度较低，磨 时易泥化而与硫化镍矿物( 镍黄铁矿) 形成“异质凝 聚体”，从而随浮选泡沫进入镍精矿，不仅降低精矿 的品位和回收率，而且也造成精矿中 MgO 含量较 高，给后续闪速炉冶炼工艺带来炉体结瘤等问 题［2--5］． 因此在硫化镍矿石分选中，一直把镍黄铁矿 与蛇纹石的分离作为研究重点． 国内外选矿科研者围绕镍黄铁矿和蛇纹石的分 离主要从浮选角度进行了大量的研究． Senior 与 Thomas［6］针对 Mt Keith 低品位高镁硫化镍矿矿石 ( Ni 0. 52% ，MgO 40% ) 的分选，提出泥砂分级浮选 新工艺，最终可使镍精矿的回收率由原来的 60% 提 高到 70% ，Mg 含量降至 9. 0% 以下; Uddin 等［7］针 对加拿大 Thompson 地区的超细嵌布硫化镍矿石，提 出加硫酸磨矿新技术，目的主要是破坏蛇纹石的纤 维结构，降低蛇纹石矿物的弹性和稳定性，使之更易 被解离，同时加酸还能使镍矿物表面裸露更多的硫 元素，增加其可浮性，最终可将 Ni 品位由原矿的 0. 6% 提高到精矿的 3. 8% ，Mg 质量分数由原来的 23. 86% 降至 9. 75% 以下; 熊文良等［8］研究了酯化 淀粉对四川某硫化镍矿石中含镁矿物与镍矿物的分 选作用，指出酯化淀粉作为一种荷负电的改性淀粉， 可通过静电作用和氢键作用吸附在含镁脉石矿物 ( 如蛇纹石) 表面，起到抑制作用，实现了与镍黄铁 矿的良好分离; 马子龙［9］ 针对金川镍矿石应用旋 流--静态微泡浮选柱，在与浮选机入料相同的情况 下，精矿镍品位提高了 1. 24% ，MgO 含 量 降 低 了 2. 03% ，对原矿镍回收率提高了 1. 86% ． 本文针对硫化镍矿石分选中镍黄铁矿和蛇 纹石的 分 离 难 题，在大量查阅相关资料的基础 上，并结合它们自身的磁特性，提 出 采 用“磁 罩 盖”法磁选分离上述两种矿物，与以往 的 浮 选 法 不同． 磁罩盖的过程是向高速搅拌的矿浆中加入 分散剂，再添加磁种( 多为磁铁矿) ，有时需要添 加团聚剂，使磁种选择性罩盖在目的矿物上，然 后通过磁选实现与非目的矿物的分离，也称为磁 种法或磁载体法［10］． 目前“磁罩盖”法已广泛应 用于废水处理、医疗等领域，而在选矿中最早应 用在非金属矿提纯以除去黏土、高岭土中的 TiO2 等染色矿物，之后开始用于金属氧化矿物之间的 分离． Ucbas 等［11］研究了铬铁矿和蛇纹石的磁罩 盖分离，指出在团聚剂十二胺和非极性煤油作用 下，磁种可以选择性罩盖在铬铁矿表面，从而实 现了与蛇纹石的磁选分离; Singh 等［12］针对本国 赤铁矿石选矿过程中产生的含铁细泥进行了磁 罩盖法分选研究，与传统磁选工艺相比，精矿品 位基本 保 持 不 变，铁的回收率提高了十个百分 点; 国 内 的 骆 兆 军 等［13］、李 小 兵 等［14］、幸 伟 中 等［10］也先后采用磁罩盖法对磷灰石与方解石、 一水铝石与石英、赤铁矿与石英等矿物的分离进 行了研究，并成功实现了它们两者之间的磁选分 离． 尽管如此，但在硫化矿磁罩盖分选方面至今 还未见报道或鲜有研究． 正是基于此，本文通过 磁罩盖 试 验，重点考察了磁铁矿用量对镍黄铁 矿 /蛇纹石体系磁罩盖行为的影响，实 现 了 镍 黄 铁矿和蛇纹石的磁罩盖磁选分离，并借助 X 射线 衍射分析和扫描电镜等技术研究了磁罩盖前后 矿物表面特性的变化，利用 Zeta 电位测试技术和 DLVO 理论分析了磁种产生选择性磁罩盖的作用 机理，从而为磁罩盖法分离镍黄铁矿和蛇纹石提 供了理论支持． 1 试验 1. 1 矿样和试剂 试验所用镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿矿样分别 取自甘肃金川、辽宁岫岩和辽宁南芬． 单矿物的制 备方法为: 人工挑选出矿物含量高的块矿，经锤碎手 选去杂筛分至 － 2 mm． 镍黄铁矿用锥形球磨机磨细 经摇床抛尾、磁选除去强磁性矿物，磁选尾矿再经摇 床富集 2 次得到镍黄铁矿单矿物，其细度 － 74 μm 占 86. 58% ; 蛇纹石用瓷球磨直接磨细，磨矿细度 － 74 μm 占 71. 36% ; 磁铁矿用锥形球磨机磨细摇床 富集、弱磁抛尾和卧式行星球磨机细磨 1 h，然后采 用 13 μm 标准筛筛分，筛下产品作为磁种使用; 并对 所制备的镍黄铁矿和蛇纹石单矿物进行了 X 射线 衍射检测，结果如图 1 所示; 镍黄铁矿、蛇纹石和磁 铁矿的化学多元素分析结果见表 1 ～ 3; 并采用 Mas￾tersizer--2000 型激光粒度仪和 JDAW--2000D 型振动 样品磁强计对镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿的粒度和 比磁化系数进行检测，结果见表 4． 试验所用药剂六 偏磷酸钠、油酸、氢氧化钠为分析纯，煤油为工业纯， 试验用水为去离子水． · 413 ·

卢冀伟等：应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 ·315· 20000 25000 ★镍黄铁矿 b 18000 一蛇纹石 ·一黄铁矿 16000 20000 14000 I5000 12000 10000 10000 8000 6000 S000 4000 20000 20 30 40 5060708090 30 405060 7080 20/) 20/) 图1单矿物X射线衍射分析.(a)镍黄铁矿：()蛇纹石 Fig.I X-tay diffraction spectrum of samples:(a)pentlandite:(b)serpentine 表1镍黄铁矿单矿物化学多元素分析结果（质量分数） 湿式强磁选机磁选，其磁感应强度可调.根据分选 Table 1 Chemical multielement analyses of pentlandite sample 号 矿物的不同，可选择不同齿板间隙的分选箱，本文选 择常用的1.5mm分选箱，磁感应强度的调节范围为 Ni Fe Cu Al2O Si02 Mgo 0~2.3T,通过调节激磁电流的数值，设定试验所需 26.2532.0334.505.080.370.33 0.05 的不同磁感应强度.磁选所得到的磁性产品和非磁 表2蛇纹石单矿物化学多元素分析结果（质量分数） 性产品分别过滤、烘干、称重；单矿物磁选产品直接 Table 2 Chemical multielement analyses of serpentine sample 称重，人工混合矿磁选产品称重后进行化学分析，并 e 计算出Ni和MgO的回收率 Mgo Si0, Fe 1.2.3Zeta电位测试 35.0241.89 0.41 0.38 0.20 0.16 在开始测试Zeta电位前，各称取镍黄铁矿、蛇 表3磁铁矿单矿物化学多元素分析结果（质量分数） 纹石和磁铁矿10g置于50mL玻璃烧杯中，并添加 Table 3 Chemical multielement analyses of magnetite sample% 30mL蒸馏水，置于KQ-50E型超声清洗器内清洗 TFe Ca0 Mgo S P 30min,以除去矿物表面可能覆盖的杂质或污染物， 69.542.850.0620.010.0290.0070.008 过滤烘干后用于Zeta电位测试；将上述清洗后的镍 黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿单矿物采用精密天平称取 表4三种单矿物的粒度和比磁化系数分析结果 100mg置于样品槽中，加入100mL蒸馏水，加入试 Table 4 Particle sizes and specific susceptibilities of three samples 验药剂并调节pH,采用机械式搅拌器搅拌5min,然 矿物 粒度，Ds0/μm比磁化系数/(m3kg1) 后采用Nano-ZS90Zeta电位测试仪进行测量. 镍黄铁矿 48.0 2.0×10-6 1.2.4X射线衍射和扫描电镜检测 蛇纹石 56.0 6.7×10-8 按照与磁罩盖分选试验相同的条件分别将磁铁 磁铁矿 7.4 8.0×10-5 矿添加到镍黄铁矿和蛇纹石单矿物悬浮液进行磁罩 1.2试验方法 盖，然后对蛇纹石悬浮液直接进行磁选，非磁性产品 1.2.1磁罩盖试验 烘干后直接进行X射线衍射和扫描电镜检测：镍黄 采用XFGC型挂槽浮选机作为搅拌装置.单矿 铁矿磁选精矿先采用磁铁除去未发生磁罩盖的磁 物磁罩盖试验时，每次试验称取镍黄铁矿或蛇纹石 种，将剩余镍黄铁矿精矿烘干、制样后，进行X射线 样品10g:人工混合矿磁罩盖试验时，镍黄铁矿与蛇 衍射和扫描电镜检测. 纹石按照质量比1：2进行混合；之后均置于100mL X射线衍射采用荷兰帕纳公司生产的 浮选槽内，再依次加入六偏磷酸钠、油酸、煤油以及 PW3040/60型X'Perd Pro多晶X射线仪器，衍射角 磁种磁铁矿各搅拌3min,加入磁种磁铁矿后搅拌5 范围5°<20<90°，扫描速率7°s对样品进行分 min,搅拌转速恒为2400rmin-1. 析；扫描电镜采用的是日本日立公司生产的$- 1.2.2磁选试验 3400N扫描电镜，放大倍数为5~300000倍，加速电 将上述磁罩盖后的矿浆使用XCSQ-50×70型 压为0.5~30kV,10V步进可变，分辨率为二次电子

卢冀伟等: 应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 图 1 单矿物 X 射线衍射分析 . ( a) 镍黄铁矿; ( b) 蛇纹石 Fig． 1 X-ray diffraction spectrum of samples: ( a) pentlandite; ( b) serpentine 表 1 镍黄铁矿单矿物化学多元素分析结果( 质量分数) Table 1 Chemical multielement analyses of pentlandite sample % Ni Fe S Cu Al2O3 SiO2 MgO 26. 25 32. 03 34. 50 5. 08 0. 37 0. 33 0. 05 表 2 蛇纹石单矿物化学多元素分析结果( 质量分数) Table 2 Chemical multielement analyses of serpentine sample % MgO SiO2 Fe Al2O3 CaO S 35. 02 41. 89 0. 41 0. 38 0. 20 0. 16 表 3 磁铁矿单矿物化学多元素分析结果( 质量分数) Table 3 Chemical multielement analyses of magnetite sample% TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO S P 69. 54 2. 85 0. 062 0. 01 0. 029 0. 007 0. 008 表 4 三种单矿物的粒度和比磁化系数分析结果 Table 4 Particle sizes and specific susceptibilities of three samples 矿物 粒度，D50 /μm 比磁化系数/( m3 ·kg － 1 ) 镍黄铁矿 48. 0 2. 0 × 10 － 6 蛇纹石 56. 0 6. 7 × 10 － 8 磁铁矿 7. 4 8. 0 × 10 － 5 1. 2 试验方法 1. 2. 1 磁罩盖试验 采用 XFGC 型挂槽浮选机作为搅拌装置． 单矿 物磁罩盖试验时，每次试验称取镍黄铁矿或蛇纹石 样品 10 g; 人工混合矿磁罩盖试验时，镍黄铁矿与蛇 纹石按照质量比 1∶ 2进行混合; 之后均置于 100 mL 浮选槽内，再依次加入六偏磷酸钠、油酸、煤油以及 磁种磁铁矿各搅拌 3 min，加入磁种磁铁矿后搅拌 5 min，搅拌转速恒为 2400 r·min － 1 ． 1. 2. 2 磁选试验 将上述磁罩盖后的矿浆使用 XCSQ--50 × 70 型 湿式强磁选机磁选，其磁感应强度可调． 根据分选 矿物的不同，可选择不同齿板间隙的分选箱，本文选 择常用的 1. 5 mm 分选箱，磁感应强度的调节范围为 0 ～ 2. 3 T，通过调节激磁电流的数值，设定试验所需 的不同磁感应强度． 磁选所得到的磁性产品和非磁 性产品分别过滤、烘干、称重; 单矿物磁选产品直接 称重，人工混合矿磁选产品称重后进行化学分析，并 计算出 Ni 和 MgO 的回收率． 1. 2. 3 Zeta 电位测试 在开始测试 Zeta 电位前，各称取镍黄铁矿、蛇 纹石和磁铁矿 10 g 置于 50 mL 玻璃烧杯中，并添加 30 mL 蒸馏水，置于 KQ--50E 型超声清洗器内清洗 30 min，以除去矿物表面可能覆盖的杂质或污染物， 过滤烘干后用于 Zeta 电位测试; 将上述清洗后的镍 黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿单矿物采用精密天平称取 100 mg 置于样品槽中，加入 100 mL 蒸馏水，加入试 验药剂并调节 pH，采用机械式搅拌器搅拌 5 min，然 后采用 Nano--ZS90 Zeta 电位测试仪进行测量． 1. 2. 4 X 射线衍射和扫描电镜检测 按照与磁罩盖分选试验相同的条件分别将磁铁 矿添加到镍黄铁矿和蛇纹石单矿物悬浮液进行磁罩 盖，然后对蛇纹石悬浮液直接进行磁选，非磁性产品 烘干后直接进行 X 射线衍射和扫描电镜检测; 镍黄 铁矿磁选精矿先采用磁铁除去未发生磁罩盖的磁 种，将剩余镍黄铁矿精矿烘干、制样后，进行 X 射线 衍射和扫描电镜检测． X 射线衍射采用荷兰帕纳公司生产的 PW3040 /60 型 X’Perd Pro 多晶 X 射线仪器，衍射角 范围 5° ＜ 2θ ＜ 90°，扫描速率 7° s － 1 对样品进行分 析; 扫描电镜采用的是日本日立公司生产的 S-- 3400N 扫描电镜，放大倍数为 5 ～ 300000 倍，加速电 压为 0. 5 ～ 30 kV，10 V 步进可变，分辨率为二次电子 · 513 ·

·316 工程科学学报，第40卷，第3期 像3nm,背反射电子像4nm;附件为能量散射谱仪， 照质量比1：2进行混合（以金川镍矿中镍黄铁矿和 指标为：能量分辨率14eV,微区分析范围<1m. 蛇纹石矿物质量之比进行混合).试验条件同上. 100 2 结果与讨论 28 90 34 80 2.1磁铁矿用量对镍黄铁矿和蛇纹石单矿物磁罩 70 盖试验结果 20 60 图2为不同磁感应强度下，磁种磁铁矿添加量 ·一Ni品位 -MgO品位 (占单矿物的质量分数)对镍黄铁矿和蛇纹石单矿 12 。一N回收率 40 o一MgO回收率 物磁罩盖后磁选行为的影响.试验条件：自然pH值 30 20 6.8~7.2下，六偏磷酸钠用量为60mg·L-1,油酸用 10 量为200mgL-1,煤油用量为200mgL-1. 0 100 磁铁矿质量分数/% 90 图3磁感应强度为0.25T时磁铁矿添加量对人工混合矿磁罩 80 盖分选行为的影响 70 Fig.3 Influence of the amount of magnetite addition on magnetic 中 60 一磁铁矿0镍黄铁矿) 磁铁矿1%（锦黄铁矿） coating of artificial mixed minerals under a magnetic induction intensi- 50 山一磁铁矿2%镍黄铁矿) ty of 0.25T 40 磁铁矿3%镍黄铁矿) 0 磁铁矿0蛇纹石 磁铁矿1%蛇纹石) 由图3的结果可知，随着磁铁矿添加量的增加， 20 ,铁矿2%蛇纹石 镍黄铁矿的回收率随之升高，而镍的品位随之降低， ◆一磁铁矿3%（蛇纹石） 当磁铁矿添加量为5%时，镍的回收率为92.46%， 0.1 02 03 0.4 镍品位为19.89%，Mg0含量为4.72%，可见实现了 磁感应强度T 镍黄铁矿和蛇纹石良好的磁罩盖分离，能达到镍精 图2不同磁感应强度下磁铁矿添加量对单矿物磁罩盖分选行 为的影响 矿降镁的效果. Fig.2 Influence of the amount of magnetite addition on the magnetic 2.3镍黄铁矿和蛇纹石磁罩盖前后表面形态的变 coating under different magnetic induction intensities 化特性 磁罩盖试验结果表明，磁种磁铁矿的添加使镍 从图2的结果可知，磁种磁铁矿对镍黄铁矿分 黄铁矿的回收率大幅度增加，而对蛇纹石的回收率 选作用十分显著.随着磁铁矿添加量的增加，达到 则基本没有影响，说明磁种选择性罩盖在镍黄铁 相同的回收率所需的磁感应强度大大降低.不加磁 铁矿时，镍黄铁矿的回收率为85%时，所需磁感应 表面.为验证这种推断，采用X射线衍射和扫描电 强度高达0.4T;而添加1%磁铁矿后，磁感应强度 镜对人工混合矿磁罩盖后的磁选产品进行检测和分 只需为0.2T;进一步增加磁铁矿用量，磁感应强度 析，X射线衍射结果见图4，扫描电镜检测结果见图 可降至0.1T;同时随着磁铁矿添加量的增加，在相 5~8,能谱分析见图9 同的磁感应强度下，镍黄铁矿的回收率随之增加，后 从图4的X射线衍射结果可见，人工混合矿经 趋于平缓；当磁铁矿用量为3%，磁感应强度为0.25 磁铁矿作用后，在其精矿中主要检测到镍黄铁矿、黄 T时，镍黄铁矿回收率增至97.90%，相比不加磁铁 铁矿和磁铁矿的特征峰，未明显发现蛇纹石的特征 矿时回收率提高了22.11%：然而对于蛇纹石的回 峰，说明磁铁矿在镍黄铁矿表面产生了罩盖；而在磁 收率无论是增加磁铁矿用量，还是增大磁感应强度， 选尾矿中，检测到较强的蛇纹石的特征峰，说明尾矿 均未产生显著影响.这表明磁铁矿仅在镍黄铁矿表 中主要矿物为蛇纹石，但也发现镍黄铁矿的特征峰， 面发生选择性罩盖，而在蛇纹石表面未产生明显罩 强度很弱，说明少量的镍黄铁矿未被磁种明显罩盖 盖作用，从而实现了二者的磁罩盖分离. 而损失在尾矿中. 2.2磁铁矿用量对镍黄铁矿和蛇纹石人工混合矿 由图5和图8的结果可知，镍黄铁矿未经磁铁 磁罩盖试验结果 矿作用前，其表面较干净.经磁铁矿作用后，磁选精 图3为磁种磁铁矿添加量（占人工混合矿的质 矿矿物表面黏附有较多的微细颗粒，对它们进行能 量分数)对镍黄铁矿和蛇纹石人工混合矿的磁选试 谱分析表明，基底矿物颗粒的元素组成为Fe、Ni和 验结果，磁感应强度为0.25T,镍黄铁矿与蛇纹石按 S,表明为镍黄铁矿，罩盖的微细颗粒的元素组成为

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 像 3 nm，背反射电子像 4 nm; 附件为能量散射谱仪， 指标为: 能量分辨率 14 eV，微区分析范围 ＜ 1 μm． 2 结果与讨论 2. 1 磁铁矿用量对镍黄铁矿和蛇纹石单矿物磁罩 盖试验结果 图 2 为不同磁感应强度下，磁种磁铁矿添加量 ( 占单矿物的质量分数) 对镍黄铁矿和蛇纹石单矿 物磁罩盖后磁选行为的影响． 试验条件: 自然 pH 值 6. 8 ～ 7. 2 下，六偏磷酸钠用量为 60 mg·L － 1，油酸用 量为 200 mg·L － 1，煤油用量为 200 mg·L － 1 ． 图 2 不同磁感应强度下磁铁矿添加量对单矿物磁罩盖分选行 为的影响 Fig． 2 Influence of the amount of magnetite addition on the magnetic coating under different magnetic induction intensities 从图 2 的结果可知，磁种磁铁矿对镍黄铁矿分 选作用十分显著． 随着磁铁矿添加量的增加，达到 相同的回收率所需的磁感应强度大大降低． 不加磁 铁矿时，镍黄铁矿的回收率为 85% 时，所需磁感应 强度高达 0. 4 T; 而添加 1% 磁铁矿后，磁感应强度 只需为 0. 2 T; 进一步增加磁铁矿用量，磁感应强度 可降至 0. 1 T; 同时随着磁铁矿添加量的增加，在相 同的磁感应强度下，镍黄铁矿的回收率随之增加，后 趋于平缓; 当磁铁矿用量为 3% ，磁感应强度为 0. 25 T 时，镍黄铁矿回收率增至 97. 90% ，相比不加磁铁 矿时回收率提高了 22. 11% ; 然而对于蛇纹石的回 收率无论是增加磁铁矿用量，还是增大磁感应强度， 均未产生显著影响． 这表明磁铁矿仅在镍黄铁矿表 面发生选择性罩盖，而在蛇纹石表面未产生明显罩 盖作用，从而实现了二者的磁罩盖分离． 2. 2 磁铁矿用量对镍黄铁矿和蛇纹石人工混合矿 磁罩盖试验结果 图 3 为磁种磁铁矿添加量( 占人工混合矿的质 量分数) 对镍黄铁矿和蛇纹石人工混合矿的磁选试 验结果，磁感应强度为 0. 25 T，镍黄铁矿与蛇纹石按 照质量比 1∶ 2进行混合( 以金川镍矿中镍黄铁矿和 蛇纹石矿物质量之比进行混合) ． 试验条件同上． 图 3 磁感应强度为 0. 25 T 时磁铁矿添加量对人工混合矿磁罩 盖分选行为的影响 Fig． 3 Influence of the amount of magnetite addition on magnetic coating of artificial mixed minerals under a magnetic induction intensi￾ty of 0. 25 T 由图 3 的结果可知，随着磁铁矿添加量的增加， 镍黄铁矿的回收率随之升高，而镍的品位随之降低， 当磁铁矿添加量为 5% 时，镍的回收率为 92. 46% ， 镍品位为 19. 89% ，MgO 含量为 4. 72% ，可见实现了 镍黄铁矿和蛇纹石良好的磁罩盖分离，能达到镍精 矿降镁的效果． 2. 3 镍黄铁矿和蛇纹石磁罩盖前后表面形态的变 化特性 磁罩盖试验结果表明，磁种磁铁矿的添加使镍 黄铁矿的回收率大幅度增加，而对蛇纹石的回收率 则基本没有影响，说明磁种选择性罩盖在镍黄铁矿 表面． 为验证这种推断，采用 X 射线衍射和扫描电 镜对人工混合矿磁罩盖后的磁选产品进行检测和分 析，X 射线衍射结果见图 4，扫描电镜检测结果见图 5 ～ 8，能谱分析见图 9． 从图 4 的 X 射线衍射结果可见，人工混合矿经 磁铁矿作用后，在其精矿中主要检测到镍黄铁矿、黄 铁矿和磁铁矿的特征峰，未明显发现蛇纹石的特征 峰，说明磁铁矿在镍黄铁矿表面产生了罩盖; 而在磁 选尾矿中，检测到较强的蛇纹石的特征峰，说明尾矿 中主要矿物为蛇纹石，但也发现镍黄铁矿的特征峰， 强度很弱，说明少量的镍黄铁矿未被磁种明显罩盖 而损失在尾矿中． 由图 5 和图 8 的结果可知，镍黄铁矿未经磁铁 矿作用前，其表面较干净． 经磁铁矿作用后，磁选精 矿矿物表面黏附有较多的微细颗粒，对它们进行能 谱分析表明，基底矿物颗粒的元素组成为 Fe、Ni 和 S，表明为镍黄铁矿，罩盖的微细颗粒的元素组成为 · 613 ·

卢冀伟等：应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 ·317· 15000 25000 ★一镍黄铁矿 一蛇纹石 黄铁矿 ·一镍黄铁矿 ▲一磁铁矿 20000 12000 15000 9000 10000 6000 5000 300 102030405060708090 0 102030405060708090 20/9 209 图4磁选产品的X射线衍射图.()磁选精矿：(b)磁选尾矿 Fig.4 X-ray diffraction spectrum of magnetic products:(a)magnetic concentrates:(b)magnetic tailings 图5磁铁矿作用前的镍黄铁矿扫描电镜照片 Fig.5 SEM images of pentlandite without magnetite added b 10m 图6磁选精矿的扫描电镜照片 Fig.6 SEM images of magnetic concentrates Fe和O,见图9，表明为磁铁矿.这说明磁铁矿罩盖 矿在镍黄铁矿表面的罩盖机理进行分析和计算.大 在镍黄铁矿表面：而磁选尾矿矿物颗粒表面依然保 量的研究表明在镍黄铁矿浮选时，矿石中含镁硅酸 持比较干净，未见有明显的微细颗粒罩盖，与作用前 盐如蛇纹石易与镍黄铁矿通过静电吸引作用产生 的蛇纹石表面一样平整干净（见图7和图8），说明 “异质凝聚”而影响浮选.因此，在产生选择性黏附 磁铁矿未在蛇纹石表面产生罩盖.这就证实磁种磁 前，应使它们充分分散，这已被众多研究所证 铁矿是选择性地罩盖在镍黄铁矿表面，从而使其磁 实s切.添加分散剂六偏磷酸钠(SHMP)可起到分 性增强，实现与蛇纹石的磁选分离. 散作用，并对添加六偏磷酸钠前后的各个矿物进行 2.4磁铁矿在镍黄铁矿表面选择性黏附的机理 Zeta电位测试，结果如图10和图11所示. 采用Zeta电位测试和DLVO理论对磁种磁铁 由图10(a)可知，镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿的

卢冀伟等: 应用选择性磁罩盖法磁选分离镍黄铁矿与蛇纹石 图 4 磁选产品的 X 射线衍射图 . ( a) 磁选精矿; ( b) 磁选尾矿 Fig． 4 X-ray diffraction spectrum of magnetic products: ( a) magnetic concentrates; ( b) magnetic tailings 图 5 磁铁矿作用前的镍黄铁矿扫描电镜照片 Fig． 5 SEM images of pentlandite without magnetite added 图 6 磁选精矿的扫描电镜照片 Fig． 6 SEM images of magnetic concentrates Fe 和 O，见图 9，表明为磁铁矿． 这说明磁铁矿罩盖 在镍黄铁矿表面; 而磁选尾矿矿物颗粒表面依然保 持比较干净，未见有明显的微细颗粒罩盖，与作用前 的蛇纹石表面一样平整干净( 见图 7 和图 8) ，说明 磁铁矿未在蛇纹石表面产生罩盖． 这就证实磁种磁 铁矿是选择性地罩盖在镍黄铁矿表面，从而使其磁 性增强，实现与蛇纹石的磁选分离． 2. 4 磁铁矿在镍黄铁矿表面选择性黏附的机理 采用 Zeta 电位测试和 DLVO 理论对磁种磁铁 矿在镍黄铁矿表面的罩盖机理进行分析和计算． 大 量的研究表明在镍黄铁矿浮选时，矿石中含镁硅酸 盐如蛇纹石易与镍黄铁矿通过静电吸引作用产生 “异质凝聚”而影响浮选． 因此，在产生选择性黏附 前，应使它们充分分散，这已被众多研究所证 实［15--17］． 添加分散剂六偏磷酸钠( SHMP) 可起到分 散作用，并对添加六偏磷酸钠前后的各个矿物进行 Zeta 电位测试，结果如图 10 和图 11 所示． 由图 10( a) 可知，镍黄铁矿、蛇纹石和磁铁矿的 · 713 ·