Эффект лабораторно синтезированного полиалюминиевого хлорида (PAC), который был приготовлен методом титрования щелочью, на флотационную производительность графита был систематически изучен в этой работе. Флотационные испытания с использованием природной графитовой руды показали, что PAC может повысить выход флотации, сохраняя качество концентрата. Дальнейшие флотационные испытания с использованием искусственных смешанных минералов графита-каолинита продемонстрировали, что добавление PAC в количестве около 30 мг/л может улучшить восстановление графита и эффективность разделения, и не имеет значительного негативного влияния на потерю при прокаливании в концентрате. Возможный механизм улучшения PAC на флотации графита, включая захват воды, об coating слизи, прикрепление пузырьков к графиту, был раскрыт с помощью методов характеристики, таких как измерения зета-потенциала, измерение отражательной способности фокусированного луча (FBRM), визуализация и измерение частиц (PVM), испытания на загрузку одного пузырька и измерения угла контакта. Измерения зета-потенциала показывают, что PAC при 30 мг/л нейтрализовал отрицательный заряд на поверхности каолинита, в то время как графит имел положительный заряд. Результаты FBRM в реальном времени показывают, что средняя длина хорд частиц каолинита значительно увеличилась, когда концентрация PAC составляла 30 мг/л, и уменьшилась при концентрации PAC 90 мг/л, в то время как частицы графита оставались в дисперсном состоянии. Однако результаты PVM показали, что об coating слизи между поверхностью каолинита и графита усилилось, когда PAC составлял 30 мг/л, а затем уменьшилось при 90 мг/л. Испытания на загрузку одного пузырька и измерения угла контакта подтвердили, что PAC при 30 мг/л значительно увеличил вероятность прикрепления между пузырьком и частицами графита. Тем временем угол контакта графита оставался стабильным без значительного уменьшения, эффективно поддерживая гидрофобность поверхности графита и в конечном итоге способствуя восстановлению флотации графита. Ожидается, что эта работа предоставит теоретическое понимание и техническую поддержку для флотации графита путем регулировки концентрации PAC.

В качестве стратегического неметаллического минерального ресурса в природе графит обладает отличными свойствами, такими как высокая теплопроводность, отличная смазывающая способность и замечательная химическая стабильность. Он широко используется в металлургии, машиностроении, аэрокосмической отрасли и других областях [1,2]. Применение графита в промышленности определяется его кристаллической морфологией [3]. Природный графит можно грубо разделить на кристаллический графит и криптокристаллический графит в зависимости от степени кристаллизации, геологического происхождения и свойств. Кристаллический графит обычно делится на кусочный графит и флейковый графит. Флейковый графит обладает врожденной гидрофобностью, что придает ему превосходную плавучесть по сравнению с другими сортами графита, благодаря чему он занимает одно из первых мест среди наиболее селективно разделяемых минералов. В результате процессов обогащения его фиксированное содержание углерода может превышать 90 %. В отличие от этого, криптокристаллический графит демонстрирует неравномерное распределение размеров частиц и сложный состав примесей, что приводит к значительным трудностям при очистке [4].

Экономический потенциал графитовой руды в основном зависит от чистоты графита [5]. Обычные методы переработки минералов для обогащения графита включают гравитационное разделение, электростатическое разделение, флотацию и магнитное разделение [6]. В флотации равновесие между гидрофильными и гидрофобными компонентами на поверхности минералов играет критическую роль в эффективности разделения [7]. Благодаря своей врожденной гидрофобности и естественной флотации графит может быть эффективно отделен от обычных пустых минералов (например, полевого шпата, кварца, слюды и карбонатных минералов), которые в основном являются гидрофильными. Следовательно, пенный флотационный метод стал стандартным промышленным методом для первичной концентрации графитовой руды и остается одним из самых эффективных и широко используемых методов для очистки графита [8]. Таким образом, флотация позволяет эффективно отделять графит от пустых минералов, достигая значительной очистки.

С уменьшением содержания руды и все более сложным распространением минералов прямая флотация стала более сложной задачей для извлечения ценных минералов, что требует тонкого измельчения для достижения достаточной свободы целевых минералов [9]. Однако процесс тонкого измельчения, как правило, одновременно уменьшает как ценные, так и пустые минералы до мелких/ультрамелких частиц. Среди этих мелкозернистых минералов пустые минералы, из-за их малого размера частиц и высокой гидрофильности поверхности, очень склонны к механическому захвату в концентрате [10]. Механический захват относится к невыборочному процессу, при котором минеральные частицы, взвешенные в пульпе, поднимаются вверх жидкостью в флотационную пену. Ли и др. [11] продемонстрировали, что серицит проявляет значительное поведение захвата в флотации графита, причем степень его захвата сильно зависит от размера частиц. Сюй и др. [12] дополнительно подтвердили, что пустые минералы в концентратах флотации графита в основном происходят из механического захвата. Кроме того, гидрофильные мелкие пустые минералы могут покрывать поверхности ценных минералов, уменьшая их гидрофобность и препятствуя прикреплению пузырьков к частицам, что в конечном итоге приводит к снижению извлечения ценных минералов [13].

Механическое захватывание представляет собой значительную проблему в флотации мелких минеральных частиц [14,15]. Исследования показывают, что существует сильная зависимость поведения захвата частиц от их размера [16,17]. Обычно ультратонкие пустые минералы легко захватываются в пенную фазу под действием сил жидкости. Однако их низкая инерция мешает им преодолевать гидродинамическое сопротивление внутри пены, что затрудняет дренаж обратно в пульпу и приводит к серьезному переносу пустых минералов. Чтобы смягчить эту проблему, исследователи флотации предложили использовать полимерные добавки для индукции селективной агрегации пустых минералов, тем самым подавляя их захват [18,19]. Например, Ли и др. [20] предложили, что использование полиэтиленоксида (PEO) может селективно флокулировать кварц, что снижает захват кварца в флотации гематита, тем самым улучшая качество и извлечение конечного концентрата. Чен и др. [21] указали, что PAC может селективно агрегировать криолит, снижать его захват в процессе флотации и улучшать эффективность флотации отработанного угольного катода (SCC). Этот метод значительно снижает захват пустых минералов в пену, улучшая при этом осаждение агрегатов захваченных пустых минералов.

PAC широко используется в области очистки сточных вод благодаря своим преимуществам, таким как легкая растворимость в воде, широкая адаптивность к значению pH, быстрое образование флокул, низкая стоимость и простота использования [22,23]. Предыдущие исследования показали, что PAC в качестве флокулянта может избирательно флокулировать пустые минералы, снижать загрязнение концентрата и увеличивать степень концентрата [24]. Однако PAC, применяемый в существующих исследованиях, в основном является промышленным продуктом, и его состав неясен. В этой работе лабораторно синтезированный PAC, приготовленный методом титрования щелочью, впервые использовался в флотации искусственных смешанных минералов графита и каолинита. Структурные характеристики PAC были охарактеризованы с использованием цветиметрии комплексообразования Al-Ferron с временной фиксацией и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR). Избирательное агрегирование каолинита и его влияние на производительность флотации графита были систематически исследованы с помощью флотационных испытаний, анализа зета-потенциала, FBRM, PVM, испытаний на загрузку одиночных пузырьков и измерений угла контакта. Было установлено, что помимо снижения захвата воды каолинитом, PAC также может увеличить вероятность прикрепления пузырьков к графиту и восстановление графита. Кроме того, обмазывание слизи между каолинитом и графитом усиливалось, когда каолинит агрегировался PAC, но этот негативный эффект на флотацию графита мог быть компенсирован другими положительными эффектами. Эти результаты не только предоставляют новый технический путь для эффективного разделения ресурсов графита, но также предлагают новую исследовательскую перспективу для избирательного флокулирования в флотации минералов.

80 графита и каолинита составляют 48 μm и 14 μm соответственно. Листовой графит и каолинит были равномерно смешаны в соотношении 4:1 для получения искусственных смешанных минералов графит-каолинит. В качестве коллектора использовался керосин и сек-октиловый спирт (AR, 99 %, полученный из

Рис. 6 демонстрирует влияние PAC как на выход, так и на потерю при прокаливании флотационного концентрата, полученного из природного графитового руды при различных дозах сборщика и пенообразователя (0 и 100 г/т против 300 и 150 г/т). Как показано на Рис. 6(a), в отсутствие сборщика контрольная группа (без PAC) продемонстрировала флотационный выход всего 3.41 % с потерей концентрата при прокаливании 66.97 %. Хотя добавление PAC в количестве 30–50 мг/л немного увеличило выход, общий выход остался неудовлетворительным.

Испытания флотации с использованием как природной руды, так и искусственно смешанных образцов показали, что PAC улучшил ключевые показатели, такие как выход концентрата, восстановление графита и эффективность разделения. Анализ зета-потенциала показал, что PAC проявлял селективный флокуляционный эффект на каолините при концентрации PAC 30 мг/л. Тесты FBRM и PVM дополнительно показали, что 30 мг/л PAC может способствовать селективной агрегации каолинита, и каолинит будет прикрепляться к поверхности графита в виде флокул.