牛建昆 侯向澤 王 斌

（太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司）

我國(guó)鐵礦資源稟賦差，具有貧、細(xì)、雜的特點(diǎn)［1］，開(kāi)發(fā)利用難度大，難選赤鐵礦儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的1/3，其中微細(xì)粒嵌布的鞍山式紅磁鐵儲(chǔ)量約30 億t。袁家村鐵礦屬于微細(xì)粒紅磁混合難選鐵礦，其-30 μm 粒級(jí)磨選綜合技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平，但由于鐵礦物和脈石礦物種類(lèi)多、鐵礦物嵌布粒度微細(xì)，細(xì)磨產(chǎn)生的-19 μm 微細(xì)粒級(jí)礦物的選別以及綜合水質(zhì)改善仍是困擾選礦效率和品質(zhì)提升的兩大技術(shù)難題。與袁家村礦石性質(zhì)類(lèi)似的美國(guó)Tilden 鐵礦對(duì)微細(xì)粒鐵礦（-25 μm）的選礦也曾進(jìn)行了多年的技術(shù)研究和攻關(guān)，終因水質(zhì)問(wèn)題未得到解決而被迫停產(chǎn)。高效抑制劑應(yīng)用前，袁家村鐵礦采用的浮選藥劑（玉米淀粉和捕收劑）對(duì)-19 μm 微細(xì)粒級(jí)鐵礦物的選擇性差，浮尾鐵品位高，金屬流失嚴(yán)重。為此，針對(duì)上述難題，對(duì)選礦浮選藥劑進(jìn)行了優(yōu)化研究，提高了藥劑的選擇性，實(shí)現(xiàn)了袁家村鐵礦的高效浮選。

1 KDF抑制劑的研究與合成

1.1 KDF抑制劑設(shè)計(jì)思路

KDF抑制劑主要研發(fā)思路［2］：①提高抑制劑的選擇性，針對(duì)尾礦中夾帶的細(xì)粒鐵礦展開(kāi)攻關(guān)，主要通過(guò)在抑制劑結(jié)構(gòu)上增加含有抑制細(xì)粒鐵礦的基團(tuán)或組分等方式實(shí)施。②增加抑制劑的功能，使其具有多種功能，促使選礦中各藥劑的功能進(jìn)一步強(qiáng)化。例如，降低捕收劑的用量，降低礦漿浮選溫度，阻止浮選過(guò)程中其他藥劑與鐵礦石表面的作用，降低鐵精礦中其他礦物的作用，從而達(dá)到提質(zhì)降尾的目的。

1.2 KDF抑制劑設(shè)計(jì)原理

抑制劑與鐵礦物顆粒的作用方式主要有靜電力［3］、氫鍵、范德華力、物理吸附、化學(xué)吸附和表面化學(xué)反應(yīng)。高效抑制劑的研發(fā)主要從袁家村鐵礦性質(zhì)入手，采用以下幾種作用方式，制定袁家村鐵礦石浮選抑制劑的設(shè)計(jì)原理。

（1）成份上增加與細(xì)粒礦物選擇性作用的小分子化合物，使細(xì)粒礦物表面親水被抑制在礦漿中，降低細(xì)粒礦物的夾帶量。

（2）增加與細(xì)粒礦物選擇性作用的親固基，親固基與細(xì)粒礦物表面有特殊的作用力使其被抑制，降低尾礦中細(xì)粒鐵礦的含量。

（3）增強(qiáng)抑制劑與鐵礦物表面的螯合效應(yīng)。與礦物表面捕收劑的競(jìng)爭(zhēng)作用而使其解吸或阻止捕收劑與含鐵礦物作用。

1.3 KDF抑制劑合成工藝

研制過(guò)程中，主要在抑制劑合成過(guò)程的反應(yīng)溫度、時(shí)間、催化劑添加量等反應(yīng)條件和抑制劑官能團(tuán)含量方面進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)，使抑制劑分子上的乙氧基、羧基、醛基和醚鍵等基團(tuán)控制在一定的范圍內(nèi)，使其對(duì)鐵礦物顆粒的選擇性得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)，這些基團(tuán)的螯合效應(yīng)、協(xié)調(diào)效應(yīng)等對(duì)細(xì)粒鐵礦石具有很強(qiáng)的作用力，提高了抑制劑的選擇性［4］。

1.3.1 合成條件優(yōu)化

（1）反應(yīng)溫度。選擇4 種不同的反應(yīng)溫度，隨著溫度的升高，精礦產(chǎn)率降低、品位升高，尾礦產(chǎn)率升高、品位下降，綜合來(lái)看，溫度對(duì)選擇性影響不大，對(duì)抑制力有一定影響。

（2）反應(yīng)時(shí)間。第1 步反應(yīng)比較快，2 h 就能達(dá)到反應(yīng)要求；第2 步反應(yīng)時(shí)間比較慢，是決定反應(yīng)的步驟，反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的抑制力影響較大，對(duì)選擇性有一定影響，反應(yīng)時(shí)間在3～4 h指標(biāo)較好；第3步反應(yīng)比較快，對(duì)產(chǎn)品性能影響不大，1～2 h就能達(dá)到反應(yīng)要求。

（3）催化劑用量。催化劑1主要影響產(chǎn)物的選擇性，隨著催化劑用量的降低，產(chǎn)物選擇性下降，從試驗(yàn)選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例4∶100時(shí)選擇性最好。催化劑2主要影響反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從試驗(yàn)選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例6∶100時(shí)選擇性最好。催化劑3主要影響官能團(tuán)的生成，從試驗(yàn)選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例2∶100時(shí)選擇性最好。

（4）氫氧化鈉用量。氫氧化鈉的用量主要影響催化劑的催化活性，氫氧化鈉用量不足，將導(dǎo)致催化劑催化反應(yīng)不充分。因此，氫氧化鈉的用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性及抑制力影響較明顯，隨著氫氧化鈉用量的增加，抑制力先降后升，選擇性先升后降，每100 g高分子化合物添加0.3～0.4 g氫氧化鈉最好。

1.3.2 官能團(tuán)優(yōu)化

（1）乙氧基的長(zhǎng)度。抑制劑中含有乙氧基，能與鐵礦石表面的鐵形成螯合化合物，太長(zhǎng)太短形成的環(huán)不穩(wěn)定。通過(guò)1～12 個(gè)長(zhǎng)度的乙氧基的抑制劑試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乙氧基長(zhǎng)度為2～3 個(gè)時(shí)比較適合鐵礦石表面的鐵形成穩(wěn)定的六元螯合環(huán)，太長(zhǎng)形成的螯合環(huán)和太短形成的螯合環(huán)有環(huán)張力，穩(wěn)定性不高。所以，抑制劑乙氧基長(zhǎng)度為3個(gè)效果較好。

（2）醛基。通過(guò)控制催化劑種類(lèi)和用量得到不同含量的醛基，抑制劑的醛基有利于提高抑制劑分子與細(xì)顆粒鐵礦石表面的作用力，能將細(xì)顆粒鐵礦石抑制在精礦中而不被泡沫帶入到尾礦中。試驗(yàn)表明，抑制劑分子上含有一定量的醛基比較適合袁家村鐵礦的礦石性質(zhì)。

（3）醚鍵。醚基中氧原子的孤對(duì)電子能進(jìn)入到鐵礦石表面鐵原子的3d 軌道中形成配位鍵，提高抑制劑分子與鐵礦石的作用力。增加醚基能降低抑制劑的水溶性，反而會(huì)降低抑制劑的抑制能力。試驗(yàn)表明，抑制劑分子上含有一定量的醚基較適合袁家村鐵礦的礦石性質(zhì)。

（4）羧基。抑制劑分子適當(dāng)引入少量的羧基有利于改善抑制劑的綜合性能，采用氧化劑可以增加羧基的含量，運(yùn)用催化劑可以控制羧基的位置。如果抑制劑上羧基的位置控制不好，反而會(huì)降低抑制細(xì)顆粒鐵礦物的效果，起不到降低尾礦的目的。

1.3.3 KDF抑制劑合成工藝流程

經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)及條件優(yōu)化，確定了袁家村鐵礦KDF高效抑制劑的合成工藝流程（圖1），該生產(chǎn)過(guò)程具有科學(xué)先進(jìn)、選擇性高、高效環(huán)保等特點(diǎn)，整個(gè)合成過(guò)程無(wú)“三廢”產(chǎn)生。

2 KDF高效抑制劑試驗(yàn)結(jié)果及效果分析

2.1 KDF 高效抑制劑與現(xiàn)場(chǎng)捕收劑組合條件優(yōu)化試驗(yàn)

以不同的pH 值調(diào)整劑NaOH、抑制劑KDF、活化劑CaO、捕收劑RA-935用量為考察因素（依次為因素A、B、C、D），按現(xiàn)場(chǎng)陰離子反浮選生產(chǎn)流程進(jìn)行開(kāi)路試驗(yàn)，按正交表L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，各因素水平安排見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

注：β（TFe）、ε（TFe）、E 分別為浮選精礦全鐵品位、全鐵回收率和選礦效率。

對(duì)表2試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，各因素不同水平對(duì)浮選效果有不同的影響［5］，試驗(yàn)浮精品位、選礦效率越高，金屬回收率也較高，分選效果越好；對(duì)于精礦品位而言，最優(yōu)水平組合為A1B2C3D2，對(duì)浮精品位和選礦效率指標(biāo)也是A1B2C3D2，與表2 結(jié)果一致，所以較優(yōu)的藥劑是NaOH用量875 g/t、KDF 用量1 250 g/t、CaO 用量300 g/t、RA-935捕收劑用量480 g/t。通過(guò)閉路試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證，最終確定4 種藥劑的最佳用量分別為NaOH 用量875 g/t、KDF 用量1 280 g/t、CaO 用量250 g/t和捕收劑用量480 g/t。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)藥劑用量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

按當(dāng)前生產(chǎn)采用的藥劑制度進(jìn)行開(kāi)路試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4 可知，5 號(hào)試驗(yàn)取得的浮精鐵品位達(dá)到了65%以上，鐵回收率和選礦效率均較高，NaOH 用量1 050 g/t、淀粉用量800 g/t、CaO 用量400 g/t和捕收劑用量420 g/t 可作為閉路流程浮選試驗(yàn)的較優(yōu)藥劑制度。

2.3 閉路試驗(yàn)

新型抑制劑KDF 與現(xiàn)場(chǎng)捕收劑及其他藥劑組合［6］，在各自的較優(yōu)條件下分別開(kāi)展閉路對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5 可知，使用新型抑制劑KDF，在礦漿溫度（36～37 ℃）相同的條件下，浮選尾礦品位從14.31%降到11.63%，降低了2.68 個(gè)百分點(diǎn)，鐵回收率從85.41%提高到了88.83%，提高了3.42個(gè)百分點(diǎn)，優(yōu)化效果顯著［7］。

2.4 閉路流程驗(yàn)證試驗(yàn)及結(jié)果

在試驗(yàn)設(shè)備、藥劑制度等不變的條件下，重復(fù)開(kāi)展閉路流程試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，使用新型抑制劑KDF與現(xiàn)場(chǎng)玉米淀粉抑制劑相比，浮精鐵品位從65.36% 提高到65.57%，提高了0.21個(gè)百分點(diǎn)，浮尾品位從13.94%降至10.84%，降低了3.10 個(gè)百分點(diǎn)，作業(yè)回收率提高了3.66個(gè)百分點(diǎn)，效果明顯。

2.5 工業(yè)應(yīng)用效果

2019 年1 月開(kāi)始在浮選1 個(gè)系列試用KDF 高效抑制劑，并于4月10日浮選3個(gè)系列同時(shí)投用高效抑制劑，與未投用時(shí)的生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表7。

注：由于5、6月份入浮品位相比2、3月份降低0.43個(gè)百分點(diǎn)，如果按照2、3月份的入浮品位計(jì)算金屬回收率，相比抑制劑投用以前可以提高2.14個(gè)百分點(diǎn)。

由表7可知，3個(gè)系列同時(shí)使用高效抑制劑后，精礦鐵品位提升0.30 個(gè)百分點(diǎn)，尾礦品位降低0.90 個(gè)百分點(diǎn)，精礦品位穩(wěn)定率提升20.60 個(gè)百分點(diǎn)，尾礦品位合格率提升29.29 個(gè)百分點(diǎn)，浮選作業(yè)金屬回收率提升1.42 個(gè)百分點(diǎn)，若消除入浮品位的影響，浮選作業(yè)金屬回收率可提升2.14個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

（1）袁家村鐵礦鐵礦物嵌布粒度微細(xì)，尤其是浮選給礦F80需達(dá)到30 μm，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際檢測(cè)浮選給礦中-19 μm含量達(dá)65%～70%，玉米淀粉對(duì)微細(xì)粒級(jí)鐵礦物的選擇性抑制效果較差，浮選尾礦夾帶部分細(xì)粒鐵礦導(dǎo)致尾礦品位偏高。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明，KDF抑制劑有效解決了袁家村鐵礦-19 μm 微細(xì)粒鐵礦物損失率高的難題。通過(guò)KDF 抑制劑的合成應(yīng)用，精礦品位提升了0.30 個(gè)百分點(diǎn)，尾礦品位降低了0.90 個(gè)百分點(diǎn)，精礦品位穩(wěn)定率提升20.60 個(gè)百分點(diǎn)，尾礦品位合格率提升29.29個(gè)百分點(diǎn)，浮選作業(yè)金屬回收率提升1.42 個(gè)百分點(diǎn)，若消除入浮品位的影響，浮選作業(yè)金屬回收率可提升2.14 個(gè)百分點(diǎn)。KDF 高效抑制劑的研發(fā)以及在工業(yè)生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，證明了該類(lèi)型鐵礦物抑制劑可有效提高對(duì)微細(xì)粒級(jí)礦物的抑制能力，大幅提高浮選作業(yè)金屬回收率。