夏夕雯 梁廣泉， 朱一民

（1.河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，河北唐山063000；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819）

浮選藥劑是浮選技術(shù)應(yīng)用的核心，浮選藥劑的開發(fā)與應(yīng)用在一定程度上推動了浮選工藝的發(fā)展，浮選工藝應(yīng)用范圍也在日益擴(kuò)大［1-2］。目前，我國在鐵礦浮選藥劑的開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平［3-6］，但在新型、高效、廉價和更符合環(huán)保要求的浮選藥劑研發(fā)方面仍然存在一些不足［7］?，F(xiàn)今，國內(nèi)外十分重視脂肪酸類捕收劑的研究，除使用油酸代用品外，還通過不同的合成途徑，對脂肪酸進(jìn)行改性［8-10］，例如在脂肪酸的非極性基上引入氟、氯、溴、磺酸基、羧基、硝基等極性基團(tuán)，把氮、氧等具有孤對電子的原子通過縮合等反應(yīng)加到非極性基上，以增加脂肪酸的酸度和分散性，改善其捕收能力和選擇性［11-12］。為提高脂肪酸對鐵礦物浮選的選擇性及捕收性，在脂肪酸的非極性基上引入新的鍵合原子對其進(jìn)行改性，并通過單礦物和人工混合礦正浮選試驗，考察改性后捕收劑對赤鐵礦的捕收性能。

1 試驗礦樣及藥劑

1.1 試驗礦樣

試驗用石英和赤鐵礦純礦物均取自司家營鐵礦采場，石英富礦塊在陶瓷球磨機(jī)中磨細(xì)至-74 μm，經(jīng)酸浸—烘干后作為浮選所用石英礦樣；赤鐵礦富礦塊經(jīng)球磨—搖床重選—強(qiáng)磁選后，烘干、篩分得到-74 μm粒級礦樣作為浮選所用赤鐵礦礦樣。赤鐵礦和石英單礦物化學(xué)成分分析結(jié)果如表1和表2所示。

?

?

由表1、表2可知，赤鐵礦純度在97%以上，石英純度在99%以上。符合純礦物和人工混合礦浮選試驗用樣要求。

1.2 試驗藥劑

DX-1為實驗室自制藥劑，在40℃條件下與NaOH發(fā)生皂化反應(yīng)后，配制成濃度為1%的溶液使用。試驗用NaOH、HCl、CaCl2均為分析純試劑，月桂酸為化學(xué)純試劑，玉米淀粉為工業(yè)品。

2 試驗方法

2.1 浮選試驗

浮選試驗采用轉(zhuǎn)速為1 250 r/min的XFG型掛槽式浮選機(jī)，每次稱取礦樣2.00 g，加入去離子水30 mL，攪拌1 min，加入pH調(diào)整劑，攪拌2 min，加入捕收劑，刮泡3 min，將泡沫烘干、稱重，并計算回收率。浮選試驗流程如圖1所示。

2.2 Zeta電位測定

稱取赤鐵礦100 mg，加蒸餾水50 mL，攪拌均勻后，取上清液調(diào)節(jié)溶液pH值，然后采用Nano-ZS90 Zeta電位測定儀進(jìn)行測量。

2.3 紅外光譜分析

將DX-1和赤鐵礦加入浮選槽，加入HCl調(diào)節(jié)pH值后攪拌5 min，礦物完全沉淀后進(jìn)行真空抽濾，并在室溫下自然風(fēng)干。取1 mg礦物與光譜純的KBr100 mg充分混勻，在瑪瑙研缽中研磨，最后加壓，制片。使用380FT-IR Spectrometer紅外光譜分析儀進(jìn)行檢測。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 單礦物浮選試驗

3.1.1 捕收劑用量對赤鐵礦可浮性的影響

在自然pH、礦漿溫度為20℃條件下，分別采用皂化后的DX-1和皂化后的月桂酸為捕收劑，進(jìn)行赤鐵礦單礦物浮選試驗，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：采用DX-1為捕收劑時，隨著DX-1用量的增加，赤鐵礦回收率逐漸增加，當(dāng)DX-1用量為100 mg/L，赤鐵礦回收率為83.50%，DX-1用量為500 mg/L時，赤鐵礦回收率為99.50%，基本完全上??；采用月桂酸為捕收劑時，隨著月桂酸用量的增加，赤鐵礦回收率呈先提高后降低的趨勢，當(dāng)月桂酸用量為167 mg/L時，赤鐵礦回收率僅為35.00%，當(dāng)月桂酸用量為333 mg/L時，赤鐵礦回收率最高，達(dá)到89.00%，隨著月桂酸用量的繼續(xù)增加，赤鐵礦回收率逐漸降低，當(dāng)月桂酸用量為500 mg/L時，赤鐵礦回收率為79.30%。因此，改性后的DX-1對赤鐵礦的捕收效果優(yōu)于月桂酸。

3.1.2 礦漿pH對赤鐵礦可浮性的影響

在礦漿溫度為20℃，DX-1和月桂酸用量均為333 mg/L條件下，考察pH值對赤鐵礦可浮性的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出：pH值對DX-1和月桂酸對赤鐵礦的回收率均有影響；捕收劑DX-1對pH值的適用范圍較寬，在pH為4.0～9.5之間，赤鐵礦的回收率均能達(dá)到90%以上；而月桂酸對pH值的要求相對較為嚴(yán)格，在酸性條件和強(qiáng)堿性條件下，赤鐵礦的回收率均不高，只有在pH值為9.0左右時捕收效果較好。因此，改性后的捕收劑DX-1比月桂酸對pH值變化適用范圍更寬。

3.1.3 礦漿溫度對赤鐵礦可浮性的影響

在自然pH，DX-1和月桂酸用量均為333 mg/L條件下，考察礦漿溫度對赤鐵礦可浮性的影響，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出：以DX-1為捕收劑時，在試驗溫度范圍內(nèi)，赤鐵礦的回收率變化不大，均在95%以上；以月桂酸為捕收劑時，赤鐵礦的回收率受溫度影響較大，隨著浮選溫度的降低，赤鐵礦回收率逐漸降低，浮選溫度為11℃時，赤鐵礦的回收率僅58.00%。因此，捕收劑DX-1可以在常溫條件下使用。

3.2 人工混合礦浮選試驗

在單礦物浮選試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了人工混合礦（赤鐵礦和石英按質(zhì)量比為3∶2混合）浮選試驗。

3.2.1 DX-1用量對人工混合礦浮選的影響

在自然pH（pH=6.8），礦漿溫度為20℃條件下，以DX-1為捕收劑進(jìn)行浮選，考察DX-1用量對精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知：隨著DX-1用量的增加，精礦鐵品位變化不明顯，均保持在67%以上，鐵回收率隨著DX-1用量的增加而提高；當(dāng)DX-1用量為250 mg/L時，精礦鐵品位為68.01%，回收率為88.68%。由此，選擇DX-1用量為250 mg/L進(jìn)行試驗。

3.2.2 礦漿pH對人工混合礦浮選的影響

在礦漿溫度為20℃，DX-1用量為250 mg/L條件下，考察礦漿pH對精礦指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知：隨著礦漿pH的升高，精礦鐵品位先提高后降低，鐵回收率逐漸降低，降低幅度逐漸增大；當(dāng)?shù)V漿pH為3.9時，精礦鐵品位達(dá)到67.04%、回收率為91.93%；在礦漿pH為7.0時，精礦鐵品位為68.18%、回收率為84.88%；當(dāng)pH值為10.0時，精礦鐵品位為64.33%、回收率為59.76%。因此，捕收劑DX-1在正浮選赤鐵礦時，在酸性至中性條件下，對赤鐵礦的捕收性能較好。

4 浮選機(jī)理分析

4.1 Zeta電位檢測

當(dāng)DX-1濃度為400 mg/L時，考察DX-1對赤鐵礦表面Zeta電位的影響，結(jié)果如圖7所示。

從圖7可知：溶液pH小于3時，赤鐵礦的表面Zeta電位隨pH值的升高而正向升高；當(dāng)pH大于3時，赤鐵礦的表面Zeta電位沿負(fù)向增加；pH=8.6時，赤鐵礦的表面Zeta電位為零，之后隨著pH值的升高，赤鐵礦的表面Zeta電位為負(fù)值并沿負(fù)向增加；赤鐵礦與DX-1作用后，在pH值為3.2時表面Zeta電位為零，之后隨著pH的升高，赤鐵礦表面Zeta電位一直沿負(fù)向升高；由赤鐵礦的表面Zeta電位與吸附了DX-1的赤鐵礦的表面Zeta電位相比較可得出，在pH為3.5～7.0之間，兩者差值較大，pH＞7.0以后，兩者差值逐漸縮小。在pH值為3.9時，赤鐵礦的回收率最高，之后隨著pH值的升高而下降（圖6）。由此可見，在pH為3.9～7.0時，捕收劑DX-1對赤鐵礦的捕收性能好，在此pH值區(qū)間，吸附了DX-1的赤鐵礦的表面Zeta電位下降幅度大，并改變了赤鐵礦表面Zeta電位的符號，捕收劑DX-1與赤鐵礦表面發(fā)生了靜電吸附。

4.2 紅外光譜分析

在礦漿pH=3.9、DX-1濃度為400 mg/L時，對赤鐵礦及吸附了DX-1藥劑的赤鐵礦進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖8所示。

從圖8可以看出：3 440.09 cm-1處為H2O中—OH的伸縮振動吸收峰，1 631.80 cm-1處為H2O中—OH的彎曲振動吸收峰，1 080.18 cm-1處為Fe—O的彎曲振動吸收峰，557.59 cm-1處為Fe—O的伸縮振動吸收峰，470.51 cm-1處為Fe—O的彎曲振動吸收峰；經(jīng)水洗后，赤鐵礦與DX-1作用后的紅外光譜中，1 080.18 cm-1處的Fe—O彎曲振動吸收峰移至1 067.74 cm-1，紅移了13 cm-1；557.60 cm-1處的Fe—O伸縮振動吸收峰紅移至553.46 cm-1；470.51 cm-1處的Fe—O彎曲振動吸收峰紅移至466.36 cm-1；因此，捕收劑DX-1與赤鐵礦表面發(fā)生了靜電吸附；經(jīng)醇洗后，赤鐵礦與捕收劑DX-1作用后的紅外光譜中，1 080.18 cm-1處的Fe—O彎曲振動吸收峰未發(fā)生偏移，557.60 cm-1處的Fe—O伸縮振動吸收峰紅移至536.87 cm-1，捕收劑DX-1與赤鐵礦在此處發(fā)生化學(xué)吸附；470.51 cm-1處的Fe—O彎曲振動吸收峰未發(fā)生偏移。由此可見，在pH=3.9～7.0時，捕收劑DX-1與赤鐵礦主要發(fā)生了靜電吸附，此外還存在部分分子間作用力及化學(xué)鍵力。

5 結(jié) 論

（1）單礦物浮選試驗表明，DX-1較月桂酸對赤鐵礦的捕收能力強(qiáng)，且礦漿pH、礦漿溫度對DX-1對赤鐵礦的捕收性能影響較小。人工混合礦浮選試驗表明，pH=3.9～7.0，DX-1用量為250 mg/L時，DX-1對赤鐵礦的捕收性能較好。

（2）Zeta電位檢測表明，在pH為3.9～7.0時，DX-1對赤鐵礦的捕收性能好，赤鐵礦吸附DX-1后，表面Zeta電位下降幅度大，并改變了赤鐵礦表面電位的符號，捕收劑DX-1與赤鐵礦表面發(fā)生了靜電吸附；紅外光譜分析表明，在pH=3.9～7.0時，捕收劑DX-1與赤鐵礦表面主要發(fā)生了靜電吸附，此外還存在部分分子間作用力及化學(xué)鍵力。

［1］ 葛英勇，余 俊，朱鵬程.鐵礦浮選藥劑評述［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2009（11）：6-10．Ge Yingyong，Yu Jun，Zhu Pengcheng.Review of iron ore flotation reagents［J］.Modern Mining，2009（11）：6-10.

［2］Peres，Correa.Depression of iron oxides with iron starches［J］.Minerals Engineering，1996（9）:1227-1234.

［3］ 張朝宏，戴惠新.鐵礦石反浮選捕收劑現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2012（2）：3-6．Zhang Chaohong，Dai Huixin.Current situation and future development trend of reverse flotation collector for iron ore［J］.Multipurpose Utilization of Mineral Resources，2012（2）：3-6.

［4］ 鄒春林，張范春，朱一民，等.用新型捕收劑DA-1反浮選齊大山選廠混磁精［J］.金屬礦山，2012（3）：63-65．Zou Chunlin，Zhang Fanchun，Zhu Yimin，et al.Application of a new collector DA-1 on reverse flotation of the mixed magnetic concentrate in Qidashan dressing plant［J］.Metal Mine，2012（3）：63-65.

［5］Papini R M，Brandao P R，Peres A E C.Cationic flotation of iron ores［J］.Minerals&Metallurgigal Processing，2001，18（1）:5-9

［6］Mullay J.Atomic and group eletronegativities［J］.Structure&Bonding，1987，66（6）:1-25.

［7］ 張興仁，雨 田.非極性油在某鐵礦石陽離子反浮選工藝中的應(yīng)用［J］.國外金屬礦選礦，2007（3）:16-18.Zhang Xingren，Yu Tian.Application of non polar oil in an iron ore yang ion reverse flotation process［J］.Metallic Ore Dressing Abroad，2007（3）：16-18.

［8］Quast.A review of hematite flotation using 12-carbon chain collector［J］.Minerals Engineering，2000（13）:1361-1376.

［9］ 朱建光，朱玉霜.浮選藥劑的化學(xué)原理［M］.長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1996:62.Zhu Jianguang，Zhu Yushuang.Chemical Principle of Flotation Reagents［M］.Changsha:Central South Industrial University Press，1996:62.

［10］Pavlovic S，Brandao P R G.Adsorption of starch，amylase，amylopectin and glucose monomer and their effect on the flotation of hematite and quartz［J］.Minerals Engineering，2003，16（11）：1117-1122.

［11］孫傳堯，印萬忠.硅酸鹽礦物浮選原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2001:87.Sun Chuanyao，Yin Wanzhong.The Principle of Floatation of Silicate Minerals［M］.Beijing:Science Press，2001:87.

［12］Inamoto N，Masuda S.Revised method for calculation of group electronegativities［J］.Chemistry Letters，1982:1003-1006.

［13］彭文世，劉高魁.紅外光譜圖集［M］.北京：科學(xué)出版社，1982：69.Peng Wenshi，Liu Gaokui.Infrared Spectrum Atlas［M］．Beijing：Science Press，1982:69.

［14］Pascoe R D，Doherty E.Shear flocculation and flotation of hematite using sodium oleate［J］.International Journal of Mineral Processing，1997，51（4）:269-282.

［15］Santana，Peres.Reverse magnetite flotation［J］.Minerals Engineering，2001，14（1）：107-111.