《武汉工程大学学报》 2013年09期
39-43
出版日期：2013-10-10
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
中低品位胶磷矿新型捕收剂的浮选性能
0引言 目前，中低品位难选胶磷矿的选矿方法以浮选方法为主，高效能的浮选药剂是实现“贫、细、杂”矿物选择性分选的关键因素.低毒、低成本的浮选药剂已成为未来浮选药剂发展的一个重要方向.目前磷矿浮选捕收剂研制的趋势是多官能团化、官能团中心多样化、聚氧乙烯基化、异极性即两性化、弱解离或非离子化以及混合协同化［1］.磷矿浮选常采用动植物脂肪酸(皂) 类捕收剂，但该类型捕收剂存在熔点高，在矿浆中溶解度小、分散性差等缺点.因此在工业生产过程中往往进行加温浮选［２］，以提高脂肪酸类捕收剂在矿浆中的分散，从而利于矿物表面与药剂接触.浮选加温必然增加选矿厂的能耗,同时降低了捕收剂的选择性［3］.所以，如何实现磷矿常温浮选一直是选矿界感兴趣的研究课题.实现磷矿常温浮选途径很多,其中最主要的方式是对脂肪酸类捕收剂进行改性，药剂的改性工作主要分合成和复配两种.笔者通过脂肪酸原料的选取，气相色谱分析以及酰胺化和复配技术［4］，研制出常温下溶解性好、分散性好，捕收性、选择性强的高效浮选药剂，用于中低品位胶磷矿的浮选，获得了较好的选矿效果.1试验的矿样与仪器设备1.1试验的矿样性质 试验样品来自瓮福白岩矿区，属于沉积型硅钙质磷块岩.其中主要矿物为磷灰石、白云石、石英（玉髓）、水云母、少量硫化物，方解石、褐铁矿、炭质等碎屑矿物.根据X射线荧光光谱，矿样的主要元素分析见表1.表1试验矿样元素分析表Table 1Element analysis of test sample组分P2O5SiO2CaOMgOCO2Fe2O3Al2O3Fw/%22.7016.5439.775.413.951.865.351.681.2试验设备及仪器 磨矿机：XMB\|67型200×240棒磨机 分样机：XSHF\|2\|3湿式分样机 浮选机：XFD3\|63型单槽浮选机 过滤机：XTL2Φ260/Ф200多用水环式真空过滤机 烘箱：101\|4A型电热鼓风干燥箱2浮选药剂的合成与复配 通过脂肪酸原料的选取，气相色谱分析以及不同碘值脂肪酸皂化后的浮选性能研究［4］，根据浮选效果的比较，筛选出高碘值（碘值为135）的棉油脂肪酸为高效浮选药剂的主要原料，其组成见表2.表2碘值135棉油脂肪酸组分Table 2Composition of the iodine value 135 cotton oil fatty acid组分C6\|12C16C18∶0C18∶1C18∶2C18∶3w/%0.158.453.5527.9257.322.61在此脂肪酸中油酸、亚油酸含量较高，其碘值高，在碳链结构中双键、三键不饱和键数目多，作为捕收剂其选择性、分散性比其他脂肪酸要好［4］，但是如果直接皂化后作为捕收剂使用，仍然存在选择性差、分散性差等问题.必须进一步对其改性，在其结构上引入其他极性基团，以提高其选择性，同时添加表面活性剂作为增效剂进一步提高其浮选性能.在脂肪酸分子中引入酰胺基团，即将脂肪酸酰胺化，酰胺键的存在，使脂肪酸在较广的pH范围内具有良好的化学稳定性、分散性、以及增溶、增稠、润滑作用［5\|6］，同时将酰胺化后的药剂复配一种聚氧乙烯醚类的表面活性剂，聚氧乙烯基团具有一定的亲水性，且亲水极性基团带有一定的负电荷，从而具备配伍性和分散性，从而使脂肪酸类阴离子型捕收剂在水中的分散性提高，更容易与矿物表面发生作用［7］.同时聚氧乙烯基团含有的醚基能与水形成氢键，不但能增加捕收剂在水中的溶解性还能提高其对矿物的选择性.3试验结果与分析3.1浮选条件试验 胶磷矿正浮选是在碱性矿浆介质中，在各种药剂的综合作用下，通过抑制脉石矿物、浮选磷酸盐矿物，从而达到矿物分离的过程.矿物的单体解离是实现目的矿物和脉石矿物有效分离的基本条件，如果磨矿细度较粗，将导致矿石解离不够充分，而无法进行有效分选；磨矿细度过细，则导致泥化程度严重，增加了分选的难度.药剂也是影响浮选效果好坏的关键因素.以一种阴离子型脂肪酸（皂）类为捕收剂其用量为2.0 kg/t，采用一次一因素的试验方法研究了磨矿细度，碳酸钠、水玻璃对浮选的影响，试验的流程图如图1所示，最终确定磨矿细度-0.074 mm 79.83%、碳酸钠用量为5.0 kg/t、水玻璃用量为2.0 kg/t的药剂制度.图1浮选试验原则流程图Fig.1The flow chart of flotation test3.2合成药剂浮选性能试验第9期罗惠华，等：中低品位胶磷矿新型捕收剂的浮选性能武汉工程大学学报第35卷 以碘值135的棉油脂肪酸作为原料［4］，控制反应温度和时间，合成酰胺化脂肪酸（皂）捕收剂，命名为H\|02.在磨矿细度\|0.074 mm 79.83%，浮选温度为20 ℃，浮选所用的药剂为碳酸钠、水玻璃，其用量分别为5.0 kg/t、2.0 kg/t、充气量120 L/h的条件下，分别研究碘值135的棉油脂肪酸与合成捕收剂H\|02的浮选性能，试验流程如图1，试验结果如图2.图2浮选药剂用量试验结果Fig.2The test results of reagent dosage of flotation 从试验结果来看，合成药剂的浮选回收率明显高于未酰胺化的脂肪酸（皂）捕收剂的回收率，随着H\|02捕收剂用量的增加，回收率随之增加，当合成药剂的用量为1.8 kg/t时回收率仅为82.92%，只有用量增加到2.4 kg/t时，回收率才达到93.21%，而且尾矿品位最低也有14.76%，损失率较高.所以为了进一步提高回收率，降低尾矿品位，在合成的浮选药剂中复配一定量聚氧乙烯醚类OP\|10表面活性剂，进一步改善捕收剂的浮选性能.3.3复配药剂浮选性能试验 在磨矿细度为\|0.074 mm 79.83%的条件下，碳酸钠，水玻璃用量分别为5.0 kg/t，2.0 kg/t，低充气量60 L/h，研究了表面活性剂OP\|10对合成药剂浮选性能的影响，由于表面活性剂OP\|10具有较强的表面活性，因此采用较低的充气量，充气量为60 L/h.复配后捕收剂用量为2.0 kg/t.试验结果如图3.通过上述试验，可以看出随着复配比例提高，回收率提高，在比例为100∶15（质量比，下同）时，回收率可以达到94.04%，尾矿品位为10.83%.因此选择复配比为100∶15，命名为EM\|03.研究了EM\|03用量对浮选指标的影响，试验药剂制度及试验流程见图1，试验结果见图4.图3OP\|10与H\|02不同复配比试验结果Fig.3The test results of OP\|10 and H\|02 different compound ratio图4捕收剂试验用量结果Fig.4The test results of collector dosage 试验结果可知：随着EM\|03用量的增加，精矿回收率呈上升的趋势，高用量的捕收剂使精矿品位降低，在捕收剂用量为1.5 kg/t时，正浮选的尾矿品位小于10%，且选矿效率最高， EM\|03用量为1.5 kg/t，回收率达到95%以上.3.4捕收剂EM\|03正反浮选流程试验 通过一次一因素的开路流程试验，确定正浮选采用一次粗选工艺流程，捕收剂EM\|03为分段加药，第一次添加1.0 kg/t，第二次添加0.5 kg/t，浮选温度为20 ℃，反浮选为一次粗选一次扫选，粗选硫酸用量为7.0 kg/t，抑制剂ST\|4为0.5 kg/t，不添加捕收剂，扫选硫酸用量为1.0 kg/t，进行闭路试验，试验流程图如图5，试验的结果见图6.在磨矿细度为\|0.074 mm 79.83%，采用正反浮选工艺，正浮选一粗联合反浮选一粗一扫中矿顺序返回，正浮选碳酸钠用量为5.0 kg/t，水玻璃用量为2.0 kg/t，EM\|03用量为1.5 kg/t，反浮选粗选添加硫酸7.0 kg/t，抑制剂ST\|4用量0.5 kg/t，扫选硫酸用量为1.0 kg/t.可以得到含P2O5 30.12%精矿，产率为71.20%，P2O5回收率为92.90%.图5浮选闭路试验流程图Fig.5The flow chart of closed\|circuit flotation 图6数质量流程图Fig.6Quantity\|quality flow\|sheet4结语 a.碘值135的脂肪酸中油酸、亚油酸含量较高，其碘值高，在碳链结构中双键、三键数目多，导致其在磷矿浮选过程中的选择性、分散性较好. b.碘值135的脂肪酸经过酰胺化和复配15%的表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚时，提高脂肪酸对磷酸盐矿物的浮选性能，在常温下，保证较好选矿指标的同时，降低了捕收剂的用量. c.在磨矿细度为\| 0.074 mm 79.83%，采用正反浮选工艺，正浮选一粗联合反浮选一粗一扫中矿顺序返回，正浮选碳酸钠用量为5.0 kg/t，水玻璃用量为2.0 kg/t，EM\| 03用量为1.5 kg/t，反浮选粗选添加硫酸7.0 kg/t，抑制剂ST\|4用量0.5 kg/t，扫选硫酸用量为1.0 kg/t.可以得到含P2O5 30.12%精矿，产率为71.20%，P2O5回收率为92.90%.致谢: 本论文的研究工作获得了中国地质调查局、国家自然科学基金委员会、湖北省自然科学基金的资助，在本课题组成员的共同协作下完成的.衷心感谢武汉工程大学和中国地质科学院矿产综合利用研究所的该项目组全体成员，感谢中国地质科学院矿产综合利用研究所以及武汉工程大学环境与城市建设学院的支持.