《武汉工程大学学报》  2014年12期 44-48   出版日期：2014-12-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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李楼铁矿常温阴离子捕收剂反浮选


０ 引 言我国铁矿石高品位矿少、低品位矿多，９７％的铁矿石为ＴＦｅ３０％以下的低品位铁矿，目前大量未被开发利用的是难选低品位铁矿. 铁矿物种类繁多，但在当前技术条件下，具有工业开发利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等［１］. 冶炼对入炉原料的要求日益提高，就必须对低品位铁矿进一步降杂提高铁矿的品位，目前，国内外的铁矿除杂研究包括阴阳离子捕收剂反浮选工艺、选择性絮凝－反浮选工艺、高梯度磁选、直接还原法－磁选、酸浸、氯化焙烧－酸浸工艺等［２］脱磷、脱硅、脱硫. 铁矿浮选脱硅主要有以脂肪酸皂类为捕收剂的正浮选和阴阳离子捕收剂反浮选工艺. 阴离子反浮选工艺是利用Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋及铁离子活化石英，脂肪酸类的捕收剂反浮选活化的石英，当ｐＨ值大于１０时，采用淀粉、磺化木素及糊精等抑制铁矿物. 胺类阳离子反浮选工艺，用淀粉或糊精抑制铁矿物，用阳离子捕收剂浮选不需要钙离子活化的石英. 采用胺类阳离子反浮选时，生产中泡沫量大，泡沫丰富，泡沫难以管道输送，工业生产不稳定，因此工业上大部分采用阴离子反浮选工艺，此工艺面临的问题是需要加温浮选，导致选矿成本高，能耗较高，开展铁矿常温阴离子反浮选研究非常必要，目前国内选矿行业（铁矿）采用的浮选温度为（３５±５） ℃，消耗大量的燃煤，且产生大量的ＣＯ２气体，影响环境. 采用常温浮选可以降低选矿成本，增加经济效益，同时改善选矿厂的生产环境，降低劳动强度. 本文以李楼铁矿工业生产的二段强磁尾矿为原料，研究脂肪酸阴离子捕收剂常温反浮选工艺. １ 李楼铁矿矿石性质李楼铁矿矿床资源储量高，共计２．７８亿吨，其中镜铁矿资源储量有２．４亿吨［３］. 李楼铁矿由5个矿体组成，其中Ⅰ号为主矿体，约占总储量的８０％，其他４个矿体约占总储量的２０％．矿石结构以鳞片变晶结构为主［４］，其次有假象自形、半自形结构、他形粒状变晶结构、交代结构及残余结构等. 嵌布粒度主要为０．０５～０．２５ ｍｍ，其次为０．２５～０．５ ｍｍ，部分＞０．５ ｍｍ，少量＜０．０５ ｍｍ. 矿石构造以浸染状构造和带状构造为主，其次为片状构造、块状构造和造斑点状构造，带状构造以细纹、条纹为主，细条痕、条痕次之，二者常交替或重叠；浸染状构造以稠密侵染状（铁矿物质量分数２０％～８０％）为主，稀疏浸染状（铁矿物质量分数小于２０％）次之，属于难选低品位铁矿［４］. 李楼铁矿矿石的有用矿物主要为镜铁矿，其次为磁铁矿和赤铁矿，少量菱铁矿、褐铁矿. 石英为主要脉石矿物，其次为云母和角闪石，少量蓝晶石、绿泥石和石榴石，以及微量碳酸盐矿物、磷灰石等［５］. 矿石的主要化学成份为Ｆｅ２Ｏ３和ＳｉＯ２，ＭｇＯ、ＣａＯ、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２含量较少，Ｓ、Ｐ等有害元素含量甚微. 矿石中全铁质量分数最高可达６３．５０％，一般在３０％～３８％［５］. 李楼铁矿多元素分析以及物相分析结果分别见表１和表２［５］．表1 李楼原矿多元素分析结果Table 1 Multi-elements analysis of Lilou iron ore表2 李楼原矿物相分析结果Table 2 Mineral phase analysis of Lilou iron ore表3 粒度分析Table 3 Size analysis of Lilou iron ore本试验矿样是二段强磁尾矿，由安徽开发矿业有限公司李楼铁矿采取，在实验室采用环锥法分样装袋，每袋１ ｋｇ，备用. 对矿样进行了粒度分析，粒度分析如表３. ２ 试验设备仪器和药剂试验主要设备：湿式分样机：ＸＳＨＦ－２－３湿式分样机；浮选设备：ＸＦＤ３－６３型 单槽浮选机；过滤机：ＸＴＬ２Φ２６０／Φ２００多用水环式真空过滤机. 试验药剂：ＮａＯＨ 配制成１０％（质量分数，下同）水溶液；苛化玉米淀粉配制成１％水溶液；石灰作为活化剂，以石灰乳的形式添加到浮选中. ３ 阴离子捕收剂制备及性质分别以天然植物油酸（棉油油酸、米糠油酸、玉米油酸）为原料，通过磺化、氧氯化反应合成药剂，主体原料有植物油酸；螯合剂；活化剂；氧气和催化剂. 制备的工艺流程为主体原料经过预处理、螯合反应、活化反应、氧化反应和精制处理后得到产品，该产品为综褐色油（膏）状物；碘值：（８０±１０） （ｇ·Ｌ／ｇ）；酸值：ＫＯＨ（１７５±１０）×１０－２（ｍｇ／ｇ）；皂化值：ＫＯＨ（１８０±１０）×１０－２（ｍｇ／ｇ）；凝固点：（２５±５） ℃. 捕收剂部分药剂分子烃基结构上增加了氯基（—Ｃｌ）和羟基（—ＯＨ）和磺酸基团（—ＳＯ３）等活性基团，其结构模型如下：由于活性基团的引入，提高了捕收剂的活性，同时还能与矿物形成环状螯合体，因而提高了选矿效果，该类型阴离子捕收剂用于铁矿反浮选有比较好的低温分散性、选择性、溶解性. 在碱性矿浆介质中，采用此捕收剂浮选被金属离子（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）活化的石英及绿泥石、云母、辉石等含铁脉石物，由于功能基团之间有协同作用，对被金属离子活化的硅酸盐矿物具有螯合作用，在矿物表面发生物理、化学吸附，针对性地强化了捕收剂对目标矿物的选择性和药剂捕收能力，对原生泥、次生泥的适应性较强，对石英及绿泥石、云母、辉石等含铁脉石同样具有较强的选择性. 以３种不同天然植物油（棉油、豆油、玉米油）为原料，制备了3种不同的捕收剂ＹＲ－Ａ、ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ，再通过皂化配制成２％水溶液，用于浮选. ４ 试验结果与分析阴离子捕收剂反浮选试验是在碱性介质下，利用上述常温阴离子型捕收剂将硅酸盐矿物作为尾矿浮出，槽内为高品位的铁精矿. 通过条件试验确定了用粗选ＮａＯＨ用量１ ｋｇ／ｔ，粗选淀粉用量７１５ ｇ／ｔ，粗选ＣａＯ用量３６０ ｇ／ｔ，精选ＣａＯ用量６００ ｇ／ｔ. ４．１ 捕收剂的浮选性能对比与选取阴离子捕收剂反浮选工艺常采用脂肪酸类的捕收剂，大部分是以植物中脂肪酸为原料，原料不同或改性的方法不同获得的药剂浮选性能不同，在浮选温度为３５ ℃下研究了３种捕收剂ＹＲ－Ａ、ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ浮选性能，试验工艺流程图和试验结果分别见图１、图２. 图1 试验工艺流程图Fig. 1 Flow chare of flotation图2 3种捕收剂对比试验结果Fig. 2 The flotation results of three collectors experiment从图２试验结果表明：棉油油酸为原料合成的药剂作为捕收剂，获得的选矿指标都优于米糠油酸和玉米油酸为原料合成的捕收剂. 其产率较ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ分别高３．３８％、３．１２％，其品位较使用ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ分别高了０．８３％、１．１％，其回收率较ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ分别多了５．９１％、５．７８％，ＹＲ－Ａ的浮选性能优于ＹＲ－Ｂ、ＹＲ－Ｃ. ４．２ 捕收剂ＹＲＡ－５低温用量试验再以ＹＲ－Ａ为原料，复配５％的阴离子型表面活性剂ＭＥＳ，获得铁矿反浮选常温捕收剂ＹＲＡ－５．在相同的条件下，对比研究了没有复配表面活性剂ＭＥＳ与复配之后两种药剂的浮选性能，浮选温度为１７ ℃，没有复配表面活性剂的捕收剂获得精矿的回收率仅为６８．７９％，精矿品位为６２．９４％，而复配５％的ＭＥＳ之后，精矿的回收率达到了７３．５７％，精矿品位为６２．１３％，复配表面活性剂获得的捕收剂与未复配的捕收剂对比，回收率提高了４．７８％，品位仅仅降低了０．８１％，说明复配表面活性剂之后，捕收剂的捕收能力得到了提高. 研究了１７ ℃下，复配药剂ＹＲＡ－５的浮选性能. 试验流程图见图３，试验结果见图４.图3 捕收剂YRA-5低温用量试验流程图Fig. 3 Flow chare of collector YRA-5 flotation图4 捕收剂YRA-5低温用量试验结果Fig. 4 The flotation results of collector YRA-5 experiment 试验表明：随着ＹＲＡ－５捕收剂用量的增加，精矿品位逐渐提高，回收率略有降低. 当捕收剂用量达到１．０ ｋｇ／ｔ时，精矿的品位达到６５．１７％，较用量为０．７ ｋｇ／ｔ时提高了３．０４％. 在合成药剂复配了表面活性剂ＭＥＳ之后，降低浮选的温度，提高了浮选的回收率，由于ＭＥＳ具有降低了水溶液的表面张力、抗硬水性和乳化能力强，在复配中提高起泡性能［６－７］. ４．３ ＹＲＡ－５常温浮选闭路试验在反浮选温度为１７ ℃下，以ＹＲＡ－５为捕收剂，ＮａＯＨ的用量为１ ｋｇ／ｔ，淀粉用量为７１５ ｇ／ｔ，石灰用量为３６０ ｇ／ｔ，ＹＲＡ－５用量为０．５ ｋｇ／ｔ，精选添加石灰，其用量为６００ ｇ／ｔ，捕收剂用量为０．５ ｋｇ／ｔ，扫选为添加３００ ｇ／ｔ淀粉抑制剂，采用一粗一精二扫的反浮选工艺，进行了闭路试验流程见图５，常温反浮选闭路试验数质量流程见图６.图５ 闭路浮选试验流程图Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ图６ ＹＲＡ－５常温反浮选闭路试验数质量流程图Ｆｉｇ．６ Ｑｕａｎｔｉｔｙ－ｑｕａｌｉｔｙ ｆｌｏｗ ｓｈｅｅｔ采用一粗一精二扫的反浮选工艺流程，在矿浆温度为１７ ℃条件下，以ＹＲＡ－５为捕收剂，粗选ＮａＯＨ的用量为１ ｋｇ／ｔ，淀粉用量为７１５ ｇ／ｔ，石灰用量为３６０ ｇ／ｔ，ＹＲＡ－５用量为０．５ ｋｇ／ｔ，精选添加石灰，其用量为６００ ｇ／ｔ，捕收剂用量为０．５ ｋｇ／ｔ，扫选为添加３００ ｇ／ｔ淀粉抑制剂，获得了铁精矿ＴＦｅ质量分数为６５．９１％，产率６２．７６％，回收率９１．６１％的浮选指标.５ 结 语以不同植物油酸为原料，通过磺化、氧氯化反应再复配阴离子表面活性剂，制成常温反浮选阴离子捕收剂，此类捕收剂浮选性能试验研究表明，不同的原料获得的捕收剂的浮选性能不同，以棉油油酸为原料合成的捕收剂的浮选性能优于米糠油油酸和玉米油油酸；在合成药剂中添加适量的表面活性剂，获取的捕收剂可以实现常温反浮选铁矿脱硅，获得较好的选矿指标.根据李楼铁矿工业生产的二段强磁尾矿的特点，采用一粗一精二扫的反浮选工艺流程，在矿浆温度为１７ ℃条件下，粗选ＮａＯＨ的用量为１ ｋｇ／ｔ，淀粉用量为７１５ ｇ／ｔ，石灰用量为３６０ ｇ／ｔ，ＹＲＡ－５用量为０．５ ｋｇ／ｔ，精选添加石灰，其用量为６００ ｇ／ｔ，捕收剂用量为０.５ ｋｇ／ｔ，扫选为添加３００ｇ／ｔ淀粉抑制剂，获得了铁精矿ＴＦｅ质量分数为 ６５.９１％，产率６２．７６％，回收率９１．６１％的浮选指标.致 谢试验研究过程中，安徽开发矿业有限公司给予诸多建设性观点及建议，使得研究成果具有极大的推广应用价值；武汉祥辉选矿有限公司亦有相关的帮助与支持，对此表示衷心感谢.