The effect of laboratory synthesized polyaluminum chloride (PAC), which was prepared by alkali titration method, on the flotation performance of graphite was systematically studied in this work. Flotation tests using natural graphite ore demonstrated that PAC could enhance flotation yield while maintaining concentrate quality. Further flotation tests using artificial mixed graphite-kaolinite minerals demonstrated that the addition of PAC at around 30 mg/L can improve graphite recovery and separation efficiency, and has no significant negative effect on the loss on ignition in concentrate. The possible improvement mechanism of PAC on graphite flotation including water entrainment, slime coating, bubble-graphite attachment was revealed by characterization methods such as zeta potential measurements, focused beam reflectance measurement (FBRM), particle vision and measurement (PVM), single bubble loading tests and contact angle measurements. Zeta potential measurements show that PAC at 30 mg/L neutralized the negative charge on the surface of kaolinite, while graphite was positive charged. The real-time FBRM results show that the average chord length of kaolinite particles increased significantly when PAC concentration was 30 mg/L and decreased at PAC concentration of 90 mg/L, while graphite particles remained in a dispersion state. However, the PVM results indicated that the slime coating between kaolinite and graphite surface was aggravated when PAC was 30 mg/L and then got diminished at 90 mg/L. The single bubble loading tests and contact angle measurements proved that PAC at 30 mg/L significantly increased the attachment probability between bubble and graphite particles. Meanwhile, the contact angle of graphite remained stable without significant reduction, effectively maintaining the surface hydrophobicity of graphite and ultimately promoting graphite flotation recovery. This work is expected to provide theoretical understanding and technical support for graphite flotation by the adjustment of PAC concentration.

Como un recurso mineral no metálico estratégico en la naturaleza, el grafito tiene excelentes propiedades como alta conductividad térmica, excelente lubricidad y notable estabilidad química. Se utiliza ampliamente en metalurgia, maquinaria, aeroespacial y otros campos [1,2]. La aplicación del grafito en la industria está determinada por su morfología cristalina [3]. El grafito natural se puede dividir aproximadamente en grafito cristalino y grafito criptocristalino según el grado de cristalización, origen geológico y propiedades. El grafito cristalino se divide generalmente en grafito en trozos y grafito en escamas. El grafito en escamas posee hidrofobicidad inherente, lo que le otorga una flotabilidad superior en comparación con otras variedades de grafito, clasificándose así entre los minerales más separables selectivamente. A través de procesos de beneficio, su contenido de carbono fijo puede superar el 90 %. En contraste, el grafito criptocristalino exhibe una distribución de tamaño de partículas no uniforme y una composición de impurezas compleja, lo que resulta en desafíos significativos para la purificación [4].

El potencial económico del mineral de grafito depende principalmente de la pureza del grafito [5]. Las técnicas convencionales de procesamiento mineral para el enriquecimiento de grafito incluyen la separación por gravedad, la separación electrostática, la flotación y la separación magnética [6]. En la flotación, el equilibrio entre los componentes hidrofílicos e hidrofóbicos en las superficies minerales juega un papel crítico en la eficiencia de separación [7]. Debido a su hidrofobicidad inherente y flotabilidad natural, el grafito puede separarse eficazmente de los minerales de ganga comunes (por ejemplo, feldespato, cuarzo, mica y minerales de carbonato), que son predominantemente hidrofílicos. En consecuencia, la flotación por espuma se ha convertido en el método industrial estándar para la concentración primaria del mineral de grafito y sigue siendo una de las técnicas más eficientes y ampliamente adoptadas para la purificación del grafito [8]. Por lo tanto, la flotación permite la separación efectiva del grafito de los minerales de ganga, logrando así una purificación significativa.

Con la disminución de las leyes de mineral y la cada vez más compleja diseminación de minerales, la flotación directa se ha vuelto más desafiante para recuperar minerales valiosos, lo que requiere un molido fino para lograr una liberación suficiente de los minerales objetivo [9]. Sin embargo, el proceso de molido fino tiende a reducir simultáneamente tanto los minerales valiosos como los minerales de ganga a partículas finas/ultrafinas. Entre estos minerales de grano fino, los minerales de ganga, debido a su pequeño tamaño de partícula y fuerte hidrofiliacidad superficial, son altamente propensos a la retención mecánica en el concentrado [10]. La retención mecánica se refiere al proceso no selectivo por el cual las partículas minerales suspendidas en la pulpa son llevadas hacia arriba por el fluido en la espuma de flotación. Li et al. [11] demostraron que la sericita exhibe un comportamiento de retención significativo en la flotación de grafito, siendo su grado de retención fuertemente dependiente del tamaño de partícula. Xu et al. [12] confirmaron además que los minerales de ganga en los concentrados de flotación de grafito provienen principalmente de la retención mecánica. Además, los minerales de ganga finos hidrofílicos pueden recubrir las superficies de los minerales valiosos, reduciendo su hidrofobicidad y obstaculizando la unión burbuja-partícula, lo que finalmente conduce a una menor recuperación de minerales valiosos [13].

La retención mecánica representa un desafío significativo en la flotación de partículas minerales finas [14,15]. La investigación indica que hay una fuerte dependencia del tamaño en el comportamiento de retención de partículas [16,17]. Típicamente, los minerales de ganga ultrafinos son arrastrados fácilmente hacia la fase de espuma por fuerzas fluidas. Sin embargo, su baja inercia les impide superar la resistencia hidrodinámica dentro de la espuma, dificultando el drenaje de regreso a la pulpa y resultando en un severo arrastre de ganga. Para mitigar este problema, los investigadores en flotación han propuesto emplear aditivos poliméricos para inducir la agregación selectiva de minerales de ganga, suprimiendo así su retención [18,19]. Por ejemplo, Li et al. [20] propusieron que el uso de óxido de polietileno (PEO) podría flocular selectivamente el cuarzo, lo que redujo la retención de cuarzo en la flotación de hematita, mejorando así la ley y la recuperación del concentrado final. Chen et al. [21] señalaron que el PAC puede agregar selectivamente criolita, reducir su retención en el proceso de flotación y mejorar la eficiencia de flotación del cátodo de carbono gastado (SCC). El método disminuye notablemente la retención de ganga en la espuma mientras mejora el comportamiento de sedimentación de los agregados de ganga retenidos.

PAC se utiliza ampliamente en el campo del tratamiento de aguas residuales debido a sus ventajas de fácil solubilidad en agua, amplia adaptabilidad al valor de pH, rápida formación de flóculos, bajo costo y uso simple [22,23]. Estudios anteriores han demostrado que el PAC como floculante puede flocular selectivamente minerales de ganga, reducir la contaminación del concentrado y aumentar la ley del concentrado [24]. Sin embargo, el PAC aplicado en la investigación existente es en su mayoría un producto industrial, y su composición no está clara. En este trabajo, se utilizó por primera vez PAC sintetizado en laboratorio preparado por el método de titulación alcalina en la flotación de los minerales artificiales de grafito-kaolinitita mezclados. Las características estructurales del PAC se caracterizaron utilizando la colorimetría de complejación temporal Al-Ferron y la espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR). Se investigó sistemáticamente el comportamiento de agregación selectiva de la caolinita y su efecto en el rendimiento de flotación del grafito mediante pruebas de flotación, análisis de potencial zeta, FBRM, PVM, pruebas de carga de burbuja única y mediciones de ángulo de contacto. Se encontró que, además de reducir la retención de agua de la caolinita, el PAC también podría aumentar la probabilidad de adhesión burbuja-grafito y la recuperación de grafito. Además, el recubrimiento de lodo entre la caolinita y el grafito se agravó cuando la caolinita fue agregada por el PAC, pero este efecto negativo en la flotación del grafito podría ser compensado por otros efectos positivos. Estos hallazgos no solo proporcionan un nuevo camino técnico para la separación eficiente de recursos de grafito, sino que también ofrecen una nueva perspectiva de investigación para el comportamiento de floculación selectiva en la flotación de minerales.

80 de grafito y caolinita son 48 μm y 14 μm, respectivamente. El grafito en escamas y la caolinita se mezclaron uniformemente en una proporción de 4:1 para obtener minerales artificiales mezclados de grafito-caolinita. Se utilizó queroseno como colector y alcohol sec-octílico (AR, 99 %, obtenido de

La Fig. 6 demuestra los efectos de PAC tanto en el rendimiento como en la pérdida por ignición del concentrado de flotación utilizando mineral de grafito natural bajo diferentes dosis de colector y espumante (0 y 100 g/t frente a 300 y 150 g/t). Como se muestra en la Fig. 6(a), en ausencia de colector, el grupo de control (sin PAC) exhibió un rendimiento de flotación de apenas 3.41 % con una pérdida de concentrado por ignición de 66.97 %. Aunque la adición de PAC a 30–50 mg/L aumentó ligeramente el rendimiento, el rendimiento general siguió siendo insatisfactorio.

Las pruebas de flotación utilizando tanto mineral natural como muestras mezcladas artificialmente demostraron que PAC mejoró los indicadores clave como el rendimiento del concentrado, la recuperación de grafito y la eficiencia de separación. El análisis de potencial zeta mostró que PAC exhibió un efecto de floculación selectiva sobre la caolinita a una concentración de 30 mg/L de PAC. Las pruebas de FBRM y PVM mostraron además que 30 mg/L de PAC podrían promover la agregación selectiva de caolinita, y la caolinita se adjuntaría a la superficie del grafito en forma de flóculos.