《武汉工程大学学报》 2015年12期
36-40
出版日期：2016-01-14
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
利用纯化棉籽油酸的铁矿石常温反浮选
０ 引 言铁矿石反浮选技术已取得长足的发展． 铁矿反浮选是目前铁精矿提质降杂的主要方法，也是铁矿选矿的重要研究方向之一［１］． 铁矿反浮选有阴离子反浮选法和阳离子反浮选法，其中铁矿石的阴离子反浮选方法已经广泛应用于生产实践中． 阴离子反浮选对铁矿石的矿石性质适应能力强，有较高的选矿效率和选择性［２］． 但是，作为铁矿阴离子反浮选常用的脂肪酸类捕收剂也有其固有缺陷——即低温时水溶性不佳，导致浮选过程需要加温． 通过在捕收剂分子结构中引入活性基团或者添加具有增效作用的表面活性剂是目前最为流行的、也比较有效的两种捕收剂的增效方法［３］． 通过在捕收剂分子结构中引入活性基团涉及到脂肪酸结构的化学改变，一般会导致成品脂肪酸的成本较原料脂肪酸要高很多，因此，除几种加工成本较低的产品如卤代酸、磺化脂肪酸有所应用外，改性脂肪酸在生产实践中应用的还不多． 脂肪酸盐的溶解性与其熔点高低有关． 一般而言，具相同碳长度数的脂肪酸，其熔点随其分子结构中不饱和的碳－碳双键数目的增加而降低． 如硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸，它们都是十八碳链的脂肪酸，分子中不饱和双键的数目分别是０，１，２，３个，其熔点分别是６５，１６．５，－６．５，－１２．８ ℃． 已有试验表明［４－５］，棉籽油酸的低温浮选性能与其亚油酸／油酸比值密切相关，亚油酸／油酸比值越高，即亚油酸含量越高，其低温浮选性能就越好． 因此，对普通脂肪酸进行提纯，提高其不饱和酸的比例，并通过复配增效剂的方法，是有可能制备出成本较低的低温捕收剂的．本研究通过对常用的棉籽油酸进行尿素包裹法分离提纯，以提高其中具有较好低温溶解性的亚油酸和亚麻酸含量，再复配增效剂加强其捕收性能，获得了一个效果较好的铁矿石反浮选的低温捕收剂． 这种以天然原料的精加工产物为基础的铁矿石低温捕收剂，具有较好的成本优势，是研制高效捕收剂的一个新途径． １ 矿石性质试样为鞍钢齐大山铁矿选厂的磁选混合精矿，试样全铁品位为４５．６９％，主要铁矿物为赤铁矿和磁铁矿，主要脉石矿物为石英，含量＞３０％，是主要分离对象，其他杂质较少，硫、磷含量都很低，如表１．表1 矿石的元素分析Table 1 Multi-elemental analysis of the ore sample２ 试验方法２．１ 浮选试验方法试验采用一次一因素浮选试验法，所用药剂为化学纯及工业级． 选用０．５ Ｌ单槽浮选机浮选，每次给样１００ ｇ，浮选产品经过滤、烘干、称重、制样、分析化验各样品ＴＦｅ含量后，计算浮选精矿产率及回收率． ２．２ 尿素包裹法的原理及其分离步骤方法尿素包裹法是一种常用的、简单易行的多不饱和脂肪酸的分离方法［６］． 其原理是尿素分子在结晶过程中易与饱和或单不饱和脂肪酸形成较稳定的晶体包合物，这种尿素－脂肪酸包合物在低温条件下会结晶析出，而多不饱和脂肪酸由于双键较多，碳链弯曲，且具有一定的空间结构，不易被尿素所包合［７］． 采用过滤方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的包合物，即可获得较高纯度的多不饱和脂肪酸． 棉籽油脂肪酸的分离过程及步骤如图１所示．图１ 脂肪酸分离的工艺流程图Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗsheet ｏｆ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ３ 脂肪酸分离工艺参数的确定影响尿素包裹法分离效果的参数有尿素用量、溶剂用量、结晶温度以及结晶时间、包裹次数等． 分离加工脂肪酸的目的就是提高其低温浮选效果，很明显，母液中不饱和脂肪酸含量越高，其低温浮选性能就越好［8］． 所以可以用尿素包裹法分离所得母液配制成的捕收剂进行浮选，以浮选效果来直接评定分离的最佳条件． 通过条件试验确定了在矿浆温度１５ ℃的条件下，齐大山混磁铁精矿的反浮选最佳条件为：ＮａＯＨ用量０．７ ｋｇ/ｔ（ｐＨ＝１１．５）、淀粉０．４ ｋｇ/ｔ、ＣａＣｌ２ ０．１ ｋｇ/ｔ，在捕收剂用量为０．６ ｋｇ/ｔ时，通过浮选评价法得到棉籽油酸的最佳分离条件是：棉油脂肪酸（质量g）∶尿素（质量g）∶溶剂乙醇（体积mL）为１∶１．５∶４．５、结晶温度５ ℃左右、结晶时间３ ｈ、包裹次数２次为最佳分离条件． ４ 复配捕收剂的试验结果与分析铁矿石阴离子反浮选是在强碱性矿浆条件下，用淀粉抑制铁矿物，用钙离子活化主要的杂质硅酸盐矿物，然后用阴离子脂肪酸类捕收剂来浮选钙离子活化后的硅酸盐矿物，从而达到提铁降硅的目的． 另外，也有采用阴离子反浮选去除铁矿石中的有害杂质，如磷、钙、铝等的实例［9-10］． ４．１ 粗选捕收剂用量对浮选的影响试验发现：分离提纯棉籽油酸后得到的母液中亚油酸和亚麻酸含量提高，低温浮选效果也有很大提高，但在１５ ℃浮选温度下，其捕收能力和选择性仍不够强． 为进一步加强其捕收性能，在上述分离的棉籽油酸母液中再复配16.7％的表面活性剂Ａ（阴离子型）及少量烃类油作为最终复配捕收剂． 为了研究复配的捕收剂的性能，用鞍钢齐大山混磁精矿进行低温反浮选试验，在条件试验所确定的最佳药剂条件下，进行了粗选捕收剂用量试验，试验控制温度在（１５±２） ℃． 试验流程见图２，试验结果见表2． 图２ 粗选捕收剂用量试验流程图Ｆｉｇ．２ Flotation flowsheet for ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ dosage in roughing表2 粗选捕收剂用量试验结果Table 2 Test results of collector dosage in roughing从试验结果可知：随着捕收剂用量的增加，精矿品位会随之升高，回收率迅速下降，在捕收剂用量为０．６ ｋｇ／ｔ时尾矿品位急剧上升，精矿回收率很低；用量为０．４ ｋｇ／ｔ与用量为０．５ ｋｇ／ｔ相比，精矿品位略高，尾矿品位和回收率大致一样． 因此，粗选捕收剂用量确定为０．４ ｋｇ／ｔ最佳． 在一次粗选的条件下可得到６３．５％的精矿，基本满足要求，而尾矿品位为３６．５％，需要进行扫选． ４．２ 扫选淀粉用量对浮选的影响铁矿石阴离子反浮选要维持在高碱度矿浆环境下是因为活性的金属离子只有在高ｐＨ下才能活化石英［11-12］，所以扫选的ｐＨ值仍控制在前面粗选条件试验确定的最佳ｐＨ值１１．５下，试验时用ｐＨ计控制ＮａＯＨ添加量． 扫选还要添加适量的淀粉来控制尾矿的铁品位，试验流程见图３，试验结果见表3． 图３ 扫选淀粉用量试验Ｆｉｇ．３ Flowsheet for test of ｓｔａｒｃｈ dosage in scavenger表 3 扫选淀粉用量试验结果Table 3 Results flotation test for starch dosage in scavenger从试验结果可知：随着淀粉用量的增加，尾矿品位会下降，由于扫选的目的就是控制尾矿的品位，另外还要兼顾尾矿的产率，所以扫选淀粉用量确定为０．２ ｋｇ/ｔ． ４．３ 闭路流程试验根据以上确定的药剂制度粗选ＮａＯＨ ０．７ ｋｇ/ｔ（ｐＨ＝１１．５）、淀粉０．４ ｋｇ/ｔ、ＣａＣｌ２ ０．１ ｋｇ/ｔ，捕收剂０．４ ｋｇ/ｔ、扫选调ｐＨ １１．５，淀粉０．２ ｋｇ/ｔ；在１５ ℃温度下进行一粗一扫闭路浮选流程试验，闭路工艺流程见图４，试验结果见表４． 图 ４ 闭路流程试验图Ｆｉｇ．４ Flowsheet for ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ test表4 闭路试验结果Table 4 Test results of closed circuit flotation闭路试验经6个循环后达到平衡，取最后两个循环的试验数据计算得最终浮选指标． 从试验数据计算得出，一粗一扫闭路流程可得到精矿品位为６３．７５％，回收率８９．２７％，尾矿品位１３．３９％的选矿指标． ５ 结 语1）尿素包裹法分离提纯脂肪酸后的母液是很好的低温铁矿石阴离子反浮选捕收剂原料，复配捕收剂对铁矿石具有较强的捕收能力，且复配后的捕收剂整体成本较低． 2）棉油脂肪酸（质量g）∶尿素（质量g）∶溶剂乙醇（体积mL）为１∶１．５∶４．５、结晶温度５ ℃左右、结晶时间３ ｈ、包裹次数２次为尿素包裹法母液产品浮选齐大山铁矿的最佳分离条件． 3）齐大山磁铁精矿采用阴离子反浮选，在１５ ℃低温下，经过一粗一扫浮选闭路流程可得到精矿品位６３．７５％，回收率８９．２７％，尾矿品位１３．３９％的选矿指标．