付剛?cè)A 宋曉雷 郭宇峰 周建灃 鄭富強(qiáng) 何 靜

(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院)

還原鐵粉因其具有較大的比表面積和發(fā)達(dá)的海綿體結(jié)構(gòu)，已成為粉末冶金工業(yè)中生產(chǎn)自潤(rùn)滑軸承、減震器部件、鏈輪、凸輪等不可缺少的原材料［1］。用于制備還原鐵粉的原料主要為軋鋼鐵鱗和超級(jí)鐵精礦，前者是鋼材在軋制過(guò)程中表面氧化層自行剝落而產(chǎn)生的［2］，后者一般是普通磁鐵精礦通過(guò)進(jìn)一步選礦深加工獲得的鐵品位大于71%且磁性鐵占99%以上、SiO2含量小于0.6%的磁鐵礦精礦［3］。來(lái)源于超級(jí)鐵精礦的還原鐵粉比表面積更大、海綿體結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)，能在很大程度上改善鐵粉的壓坯燒結(jié)性能［1］，這使超級(jí)鐵精礦已成為制備還原鐵粉的首選原料。但是，我國(guó)鐵礦石資源貧礦多、富礦少、伴生組分多，適合用作超級(jí)鐵精礦生產(chǎn)原料的鐵礦石資源非常匱乏，因此，利用有限的資源高質(zhì)高產(chǎn)地獲得超級(jí)鐵精礦具有重要意義。

有關(guān)超級(jí)鐵精礦的選礦深加工方法有較多報(bào)道［3-7］。與單一磁選或單一浮選工藝相比，磁(重)選—反浮選聯(lián)合工藝在保證超級(jí)鐵精礦產(chǎn)品質(zhì)量方面優(yōu)勢(shì)明顯。其中，反浮選多采用十二胺作為捕收劑［8-9］，但十二胺存在選擇性較差、受礦泥影響大等缺點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中單獨(dú)使用時(shí)超級(jí)鐵精礦回收率偏低，不利于資源的合理利用和提高經(jīng)濟(jì)效益。本研究針對(duì)安徽某粉末冶金公司采用再磨—弱磁再選—單純十二胺反浮選工藝從普通鐵精礦生產(chǎn)超級(jí)鐵精礦過(guò)程中反浮選作業(yè)回收率低的問(wèn)題，通過(guò)添加調(diào)整劑來(lái)改善十二胺的反浮選效果，并通過(guò)提高礦漿濃度來(lái)提高反浮選的生產(chǎn)效率，此外還分析了調(diào)整劑的作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)原料及藥劑

1.1 試驗(yàn)原料

以安徽某粉末冶金公司提供的普通磁鐵精礦為試驗(yàn)原料，其化學(xué)多元素分析結(jié)果和鐵物相分析結(jié)果如表1、表2所示。

表1 試驗(yàn)原料化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2 試驗(yàn)原料鐵物相分析結(jié)果 %

由表1可知，試驗(yàn)原料鐵品位為66.52%，SiO2含量為6.85%，其他雜質(zhì)含量很低，有害元素S、P微量。

由表2可知，試驗(yàn)原料質(zhì)地優(yōu)良，其中的鐵有98.56%以磁鐵礦形式存在，以其他相態(tài)存在的鐵僅占1.44%。

試驗(yàn)原料的顯微結(jié)構(gòu)如圖1所示?？梢?jiàn)，磁鐵礦晶粒較大且大部分與石英鑲嵌共生或包裹著石英，只有小部分粒度較細(xì)的磁鐵礦顆粒單體解離，少見(jiàn)磁鐵礦被脈石礦物包裹的情況。

圖1 試驗(yàn)原料顯微照片

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)所用的pH調(diào)整劑Na2CO3、分散劑水玻璃、抑制劑淀粉均為分析純;捕收劑十二胺為化學(xué)純，常溫下為固態(tài)，與鹽酸以等摩爾比混合，加熱水溶解并稀釋成1%濃度的胺鹽溶液，冷卻后使用。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)流程

表3 弱磁再選結(jié)果 %

反浮選試驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為2 500 r/min的RK/FD 1.5 L單槽浮選機(jī)中進(jìn)行，礦漿溫度為常溫，反浮選時(shí)間為12 min，考察3種調(diào)整劑和礦漿濃度對(duì)反浮選效果的影響。反浮選槽內(nèi)產(chǎn)品即為超級(jí)鐵精礦，泡沫產(chǎn)品鐵品位較高，仍可作為普通鐵精礦利用。

3 反浮選試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 調(diào)整劑試驗(yàn)

3.1.1 單一調(diào)整劑對(duì)反浮選的影響

在捕收劑十二胺用量為130 g/t、礦漿濃度為24%的條件下，考察Na2CO3、水玻璃、淀粉這3種調(diào)整劑單獨(dú)使用時(shí)對(duì)反浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出:不添加調(diào)整劑時(shí)，盡管超級(jí)鐵精礦鐵品位高達(dá)72.19%，但作業(yè)產(chǎn)率和作業(yè)鐵回收率偏低，分別只有43.41%和44.61%;分別添加3種調(diào)整劑后，超級(jí)鐵精礦鐵品位均略有下降但仍大于71%，作業(yè)產(chǎn)率和作業(yè)鐵回收率則都有不同程度的提高(作業(yè)產(chǎn)率最多可提高達(dá)44.18個(gè)百分點(diǎn)，相應(yīng)的作業(yè)鐵回收率提高43.47個(gè)百分點(diǎn))。這表明3種調(diào)整劑都有助于提高十二胺的選擇性，可有效增加超級(jí)鐵精礦的產(chǎn)量。

表4 單一調(diào)整劑對(duì)反浮選的影響

3.1.2 3種調(diào)整劑的聯(lián)合使用

Na2CO3、水玻璃和淀粉改善十二胺選擇性的作用機(jī)理各不相同，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)可達(dá)到更好的效果，為此將它們聯(lián)合使用，并通過(guò)條件試驗(yàn)確定了它們各自的合適用量。

3.1.2.1 Na2CO3用量試驗(yàn)

在水玻璃用量為100 g/t、淀粉用量為100 g/t、十二胺用量為130 g/t、礦漿濃度為24%的條件下考察Na2CO3用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 Na2 CO3用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖3可以看出:超級(jí)鐵精礦鐵品位在Na2CO3用量為0～2 000 g/t時(shí)保持在72%以上，在Na2CO3用量為2 500 g/t時(shí)下降至71.75%;超級(jí)鐵精礦作業(yè)鐵回收率隨著Na2CO3用量的增加不斷提高，但在Na2CO3用量達(dá)到2 000 g/t后提高幅度很小。因此，確定Na2CO3用量為2 000 g/t。

3.1.2.2 水玻璃用量試驗(yàn)

在Na2CO3用量為2 000 g/t、淀粉用量為100 g/t、十二胺用量為130 g/t、礦漿濃度為24%的條件下考察水玻璃用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 水玻璃用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖4可以看出，水玻璃用量在100～200 g/t時(shí)，可以較好地發(fā)揮其分散性能，起到改善反浮選環(huán)境的作用，尤其是水玻璃用量為200 g/t時(shí)，超級(jí)鐵精礦的鐵品位和鐵回收率均達(dá)到最高值。因此，確定水玻璃用量為200 g/t。

3.1.2.3 淀粉用量試驗(yàn)

在Na2CO3用量為2 000 g/t、水玻璃用量為200 g/t、十二胺用量130 g/t、礦漿濃度為24%的條件下考察淀粉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 淀粉用量對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響

從圖5中可以看出:適當(dāng)增加淀粉的用量，可以更多地抑制鐵礦物，提高超級(jí)鐵精礦的鐵回收率;但淀粉達(dá)到一定用量后，再增加其用量不僅鐵回收率提高幅度有限，而且會(huì)強(qiáng)烈抑制連生體，導(dǎo)致超級(jí)鐵精礦的鐵品位下降。根據(jù)表5結(jié)果，選擇淀粉用量為100 g/t，此時(shí)超級(jí)鐵精礦的鐵品位與不使用調(diào)整劑時(shí)相當(dāng)，為72.17%，作業(yè)產(chǎn)率和作業(yè)鐵回收率則分別達(dá)到88.34%和89.58%，比不使用調(diào)整劑時(shí)提高了44.93和44.97個(gè)百分點(diǎn)，比使用單一調(diào)整劑時(shí)也至少提高了0.75和1.50個(gè)百分點(diǎn)。

3.2 礦漿濃度試驗(yàn)

提高礦漿濃度可提升反浮選作業(yè)的處理能力，從而提高反浮選作業(yè)的生產(chǎn)效率。在Na2CO3用量為2 000 g/t、水玻璃用量為200 g/t、淀粉用量為100 g/t、十二胺用量為130 g/t的條件下進(jìn)行提高礦漿濃度的反浮選試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 提高礦漿濃度對(duì)超級(jí)鐵精礦指標(biāo)的影響

由圖6可知，隨著礦漿濃度的提高，超級(jí)鐵精礦的鐵品位和鐵回收率均呈下降趨勢(shì)。這主要是因?yàn)榈V漿濃度提高后影響了氣泡的彌散并使礦物顆粒與藥劑的接觸變得相對(duì)困難，從而惡化了分選效果。

根據(jù)表6結(jié)果，綜合考慮超級(jí)鐵精礦指標(biāo)和反浮選生產(chǎn)效率，選定反浮選礦漿濃度為28%，此時(shí)所得超級(jí)鐵精礦的作業(yè)產(chǎn)率和作業(yè)鐵回收率僅分別比礦漿濃度為24%時(shí)下降1.80和1.89個(gè)百分點(diǎn)，但反浮選作業(yè)的處理能力提高了16.67%，且超級(jí)鐵精礦的鐵品位仍在72%以上。

3.3 最終反浮選試驗(yàn)結(jié)果

在Na2CO3用量為2 000 g/t、水玻璃用量為200 g/t、淀粉用量為100 g/t、十二胺用量為130 g/t、礦漿濃度為28%的條件下進(jìn)行最終反浮選試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 最終反浮選試驗(yàn)結(jié)果 %

由表5可知，在選定條件下進(jìn)行反浮選，可獲得對(duì)原料產(chǎn)率和鐵回收率分別高達(dá) 80.60%和87.38%的超級(jí)鐵精礦，其鐵品位為72.12%、磁性鐵占99.92%、SiO2含量為0.12%，質(zhì)量完全滿(mǎn)足要求。

4 組合調(diào)整劑作用機(jī)理

十二胺在水中溶解度很小，本試驗(yàn)將十二胺與鹽酸生成鹽酸鹽使用，其水解反應(yīng)式為［10］

水解各組分中，起主要捕收作用的是胺陽(yáng)離子，它能通過(guò)靜電力在荷負(fù)電的礦物表面吸附從而使其疏水上浮。從上述反應(yīng)式可以看出，胺陽(yáng)離子濃度與礦漿pH值密切相關(guān):隨著pH值的提高，胺陽(yáng)離子濃度降低;隨著pH值的降低，胺陽(yáng)離子濃度上升。

石英的零電點(diǎn)pH值為1.8，磁鐵礦的零電點(diǎn)pH值為6.5，礦漿pH值大于6.5時(shí)，磁鐵礦和石英表面均會(huì)帶負(fù)電，而零電點(diǎn)pH值低的石英表面會(huì)具有更高的電負(fù)性［11］。試驗(yàn)中，未添加Na2CO3時(shí)礦漿pH值為7.0，添加2 000 g/t Na2CO3后，礦漿的pH值提高到8.53，此時(shí)磁鐵礦和石英表面的電負(fù)性差異明顯增大，石英因其表面荷更多的負(fù)電而更易與胺陽(yáng)離子作用。添加淀粉后，由于礦漿中OH－離子濃度很高，因而相比于帶負(fù)電的淀粉，石英表面的氧更易與OH－鍵合，此時(shí)石英表面的金屬陽(yáng)離子也形成了羥基絡(luò)合物，難與淀粉發(fā)生化學(xué)鍵合作用，故淀粉不易吸附于石英表面［12］。這樣，淀粉分子就會(huì)通過(guò)氫鍵、范德華力的作用在磁鐵礦表面吸附使其受到抑制，同時(shí)，淀粉吸附產(chǎn)生的罩蓋作用也會(huì)使胺陽(yáng)離子難與磁鐵礦發(fā)生作用。這使得胺陽(yáng)離子能夠選擇性地在未被淀粉罩蓋的石英表面吸附并因靜電力的增大而具有更高的吸附強(qiáng)度。此外，水玻璃作為一種礦泥分散劑，在與Na2CO3聯(lián)合使用時(shí)分散效果得到強(qiáng)化，分散作用弱化了細(xì)粒礦物的團(tuán)聚，改善了浮選環(huán)境，為十二胺在石英表面的吸附以及表面疏水的石英與氣泡的吸附創(chuàng)造了有利條件。

通過(guò)上述分析可知，盡管添加調(diào)整劑后會(huì)造成礦漿中胺陽(yáng)離子濃度降低，但胺陽(yáng)離子對(duì)石英的選擇性明顯提高，因而可在保證超級(jí)鐵精礦鐵品位的基礎(chǔ)上提高其鐵回收率。

5 結(jié)論

(1)單獨(dú)使用130 g/t十二胺時(shí)，超級(jí)鐵精礦的鐵回收率僅為43.44%;分別添加調(diào)整劑Na2CO3、水玻璃、淀粉均能改善十二胺的選擇性，從而提高超級(jí)鐵精礦的鐵回收率，三者聯(lián)合使用效果更佳。

(2)Na2CO3、水玻璃、淀粉共同與130 g/t十二胺配合使用時(shí)，各自的適宜用量分別為2 000、200、100 g/t，此時(shí)在24%礦漿濃度下進(jìn)行反浮選，所獲超級(jí)鐵精礦的鐵品位為72.17%，作業(yè)鐵回收率可達(dá)到89.58%(對(duì)原料為89.27%)。在相同的藥劑制度下將礦漿濃度提高到28%進(jìn)行反浮選，可使反浮選作業(yè)的處理能力提高16.68%，所獲超級(jí)鐵精礦的鐵品位為72.12%，作業(yè)鐵回收率為87.69% (對(duì)原料為87.38%)。

［1］ 俞燮廷.用高純超級(jí)鐵精礦生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)還原鐵粉之我見(jiàn)［J］.粉末冶金工業(yè)，1996，6(3):7-13.

［2］ 崔建民，李松林，袁 勇.鋼鐵粉末［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2012:47-48.

［3］ 李朝暉，郭秀平.一種新的超級(jí)鐵精礦生產(chǎn)工藝［J］.國(guó)外金屬礦選礦，2004，41(2):39-41.

［4］ 王建剛，等.鐵礦石精選技術(shù)與經(jīng)濟(jì)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1992:256-267.

［5］ 廖 錦，吳城材.LMC立式脈沖磁選機(jī)提取超級(jí)鐵精礦的研究［C］∥2008年全國(guó)金屬礦山難選礦及低品位礦選礦新技術(shù)學(xué)術(shù)研討與技術(shù)成果交流暨設(shè)備展示會(huì)論文集.馬鞍山:《金屬礦山》雜志社，2008:403-405.

［6］ 袁志濤，梁海軍，韓躍新，等.用脈沖振動(dòng)磁場(chǎng)磁選柱生產(chǎn)超級(jí)鐵精礦的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，2003，12(5):54-55.

［7］ 覃文慶，邱冠周，孫水裕.陽(yáng)離子反浮選法制取高純鐵精礦的研究［J］.礦產(chǎn)綜合利用，1996(3):12-15.

［8］ 張錦瑞，王偉之，趙振才.論超級(jí)鐵精礦的研究現(xiàn)狀與方向［J］.礦冶工程，2000，20(4):1-3.

［9］ 何國(guó)勇，朱永坤.胺類(lèi)捕收劑在鐵精礦脫硅反浮選中的作用機(jī)制［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，1999，1(1):44-46.

［10］ 謝國(guó)先，羅廉明，張樹(shù)洪.胺類(lèi)捕收劑在鐵精礦脫硅反浮選中的作用機(jī)制［J］.金屬礦山，2009(8):42-44.

［11］ 王淀佐，邱冠周，胡岳華.資源加工學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2005:203-207.

［12］ 孫傳堯，印萬(wàn)忠.硅酸鹽礦物浮選原理［M］.北京:科學(xué)出版社，2001:313-319.