中低品位膠磷礦復(fù)配低溫捕收劑作用機理研究

李冬蓮,張 央

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

非硫化礦物常用的捕收劑是各種羧酸化合物,如脂肪酸及其皂、氧化石蠟皂、塔爾油等.羧酸捕收劑來源廣泛,價格便宜,但選擇性欠佳.長碳鏈烴基磺酸鹽和硫酸脂也可用作非硫化礦物捕收劑,性能與羧酸捕收劑相當(dāng).羥肟酸、有機膦酸、有機胂酸由于選擇性好,在近二三十年得到較多研究并工業(yè)應(yīng)用,如7～9羥肟酸、苯乙烯膦酸、甲苯胂酸、芐基胂酸等,但由于這些藥劑生產(chǎn)成本高,故還只用于浮選錫石、黑鎢礦、氧化鉛鋅礦等一些經(jīng)濟價值較高的非硫化礦物.中低品位膠磷礦常用脂肪酸類捕收劑,常需要加溫,目的在于提高藥劑的分散性和水溶性,改善其捕收性能,但能耗增加,投資加大,成本增大,為此,選礦工作者[1-5]對磷礦的常溫浮選做了大量的研究工作,得到了幾種捕收劑,而這些捕收劑在冬天的捕收性能仍會降低,解決的方法是加熱或是增加捕收劑的用量,可這兩種方法要么造成資源浪費要么藥劑的選擇性降低,在現(xiàn)有資源愈來愈緊張的情況下,顯然是下下之策,因此開發(fā)研究低溫捕收劑是解決問題的關(guān)鍵.

本文采用來源廣泛而且價格便宜的棉油皂腳工業(yè)品作為主體藥劑,通過添加增效劑復(fù)配的方式,在溫度為13～15 ℃條件下,對篩選出的低溫捕收劑DWB9-3進(jìn)行了實際礦石閉路試驗,并對此捕收劑的作用機理進(jìn)行了理論上的探討.

1 試樣及其性質(zhì)

1.1 浮選試樣的性質(zhì)及制備

試樣由宜昌中孚化工有限公司提供,用顎式破碎機和對輥式破碎機破碎至-2 mm;采用環(huán)錐法分樣裝袋,每袋1 kg備用.

膠磷礦化學(xué)多元素分析分析結(jié)果見表1.

表1 原礦化學(xué)多元素分析

1.2 高品位膠磷礦(純礦物)的制備

高品位的膠磷礦也是由宜昌中孚化工有限公司提供.把高品位的膠磷礦用顎式破碎機破碎篩分,取其中+2 mm～10 mm粒級部分用密度為2.96 g/mL的四溴乙烷分選,取密度大于2.96 g/mL的部分[6]用無水乙醇清洗三次、再用蒸餾水清洗后烘干.將烘干后的礦物用盤磨機磨細(xì)用于機理研究,高品位試樣的P2O5品位為36.23%.

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 閉路浮選試驗

將表面活性劑Tween20、Tween80、SDBS、SDS、OP乳化劑、AOS、CTAB、SDBS+SDS等質(zhì)復(fù)配、SDS+某有機物復(fù)配后作增效劑,按皂腳質(zhì)量的2.5%、5.0%、7.5%、10.0%和皂腳混合均勻后配成捕收劑溶液進(jìn)行粗選試驗[7],篩選出低溫捕收劑DWB9-3(10.0%SDS+7.5%某有機物+82.5%皂腳)進(jìn)行低溫與加溫浮選閉路試驗,試驗流程見圖1,試驗結(jié)果見表2.

閉路試驗結(jié)果表明:當(dāng)溫度13～15 ℃,正浮選粗選捕收劑的用量為2.4 kg/t時,磷精礦的品位達(dá)到30.40%,回收率達(dá)到81.36%.為了比較捕收劑的浮選性能,做加溫浮選對比試驗.發(fā)現(xiàn)在礦漿溫度為28～30 ℃時,捕收劑的用量為1.8 kg/t時,精礦就可以達(dá)到30.55%,回收率達(dá)到82.37%.加溫前后藥劑的用量相差為0.6 kg/t,說明溫度對此種藥劑的影響不大,可以在冬天用于浮選生產(chǎn).

圖1 閉路浮選試驗流程

表2 閉路浮選試驗

2.2 機理研究

在以下的敘述中為了方便起見,將10.0%的SDS和7.5%的十二醇與棉油皂腳復(fù)配成的捕收劑標(biāo)記為A;10.0%的SDS與棉油皂腳復(fù)配成的捕收劑標(biāo)記為B;棉油皂腳捕收劑標(biāo)記為C;10.0%的SDS水溶液標(biāo)記為D;10.0%SDS和7.5%十二醇配成的水溶液標(biāo)記為E.礦物與藥劑作用的溫度控制在15 ℃左右,pH=10.5,浮選試驗時捕收劑的浮選濃度為800 mg/L.

2.2.1 表面張力的測定 稱取2 g純礦物加入浮選濃度下的Na2CO3、Na2SiO3后與A、B、C、D、E五種捕收劑充分?jǐn)嚢?0 min(總體積為200 mL),保持pH值不變.將礦漿靜置10 min后,用Jk99B型全自動張力儀的鉑金板法測定礦漿的表面張力,試驗結(jié)果如圖2所示.

圖2 五種藥劑礦漿表面張力與藥劑濃度關(guān)系曲線

從圖2可以看出:隨著藥劑濃度的增加,礦漿的表面張力降低.藥劑C降低礦漿的能力不如藥劑A強,因此A比較容易分散在礦漿中從而能充分的與礦粒接觸,其浮選效果比藥劑C和B的效果好,這與浮選試驗的結(jié)果相一致.

藥劑D(SDS)雖然也能降低礦漿的表面張力但是其能力不如加入了十二醇后的藥劑E強.這是因為少量極性有機物的存在,能導(dǎo)致表面活性劑在水溶液中的CMC發(fā)生很大的變化,同時也常常增加表面活性劑的表面活性,少量極性有機物的存在導(dǎo)致溶液表面張力有最低值.因此實際應(yīng)用的表面活性劑配方中,為了調(diào)節(jié)配方的應(yīng)用性能,也常常加入極性有機物作為添加劑.

2.2.2 相對接觸角 粉體的潤濕接觸角往往只有相對的意義,測定其準(zhǔn)確的數(shù)值很困難.將五種藥劑與礦物作用后,pH調(diào)至10.5,用Jf99A粉體接觸角測定儀測定其與礦物作用的相對接觸角,試驗結(jié)果見表3.

表3 膠磷礦與五種捕收劑作用的相對接觸角

從表3中可以看出:藥劑A與膠磷礦作用時,其相對接觸角最大;水與膠磷礦作用的相對接觸角最小.礦物的潤濕性可用cosθ表示,而疏水性或可浮性可用(1-cosθ)表示.由此可知,藥劑A與礦物作用時,其可浮性最好,有利于浮選效果的提高.

2.2.3 脂肪酸皂吸附量的測定 捕收劑在礦物表面吸附量的大小直接影響到浮選的效果.若捕收劑的礦物表面的吸附量較大,則礦物的疏水性增加,容易上浮,浮選效果較好;反之則浮選效果差.

本次試驗使用上海精密有限公司產(chǎn)722型光柵分光光度計,采用乙酸銅比色法[8]間接測定棉油皂腳在礦物表面的吸附量.溫度13 ℃時,稱取2 g純礦物與浮選濃度下的藥劑充分?jǐn)嚢?0 min(總體積為50 mL),保持pH=10.5不變,作用達(dá)平衡后用離心機固液分離,時間為5 min.取10 mL清液用乙酸銅比色法測定廢液中殘留的捕收劑量,然后用加入的捕收劑的量減去殘留的捕收劑量即可測得捕收劑在礦物的吸附量.測量結(jié)果如圖3所示.

圖3 膠磷礦表面吸附量與藥劑濃度關(guān)系曲線

從圖3可以看出:在相同溫度和藥劑濃度條件下,藥劑A在膠磷礦的吸附量比其它兩種藥劑大,說明在相同的溫度下,藥劑A更容易在礦物表面吸附.這與粗選試驗的結(jié)果一致,從另一方面說明了SDS和十二醇可促進(jìn)棉油皂腳中有效成份在礦物表面的吸附,改善了浮選性能,提高了膠磷礦浮選回收率.

2.2.4 動電位測定 礦物表面荷電情況的變化一定程度上可反映藥劑的吸附特性.試驗采用上海上立檢測儀器廠生產(chǎn)的BDL-B型表面電位粒徑儀,測定藥劑作用時礦物表面的藥劑A和C與礦物作用前后的ξ電位,ξ電位與pH值的關(guān)系如圖4和圖5所示.

圖4 藥劑A與礦物作用的ξ電位—pH圖

圖5 藥劑C與礦物作用的ξ電位—pH圖

結(jié)果表明:此膠磷礦純礦物的PZC=5.4,當(dāng)pH<5.4時,礦物表面荷正電;當(dāng)pH>5.4時,礦物表面荷負(fù)電.當(dāng)pH<5.4時礦物的動電位降低但還是正值,說明捕收劑在礦物表面的吸附量較少,發(fā)生的吸附可能是由靜電吸引而引起的物理吸附;當(dāng)pH>5.4時礦物的動電位為負(fù)值,與藥劑作用后動電位值變得更負(fù),此時在礦物表面發(fā)生的不可能是靜電吸附而可能是化學(xué)吸附.

3 結(jié) 語

a.在低溫條件下,采用棉油皂腳,通過添加增效劑可以達(dá)到加溫條件下相當(dāng)?shù)母∵x指標(biāo),增效劑的用量只需皂腳的10.0%.

b.10.0%的SDS和7.5%的十二醇與棉油皂腳復(fù)配的捕收劑DWB9-3用于宜昌膠磷礦的浮選,當(dāng)浮選流程為一正粗選、三次正精選、一次正掃選、一次反粗選、一次反精選和一次反掃選,藥劑用量為Na2CO36.0 kg/t,Na2SiO30.9 kg/t,H2SO420.4 kg/t,13～15 ℃時,獲得了P2O530.40%以上,回收率81.36%的優(yōu)良指標(biāo).

c.復(fù)配的捕收劑DWB9-3降低礦漿表面張力的能力明顯比棉油皂腳強,體系更穩(wěn)定,有利于藥劑的分散.

d.相對接觸角、吸附量測定表明:DWB9-3在礦物表面的吸附量比棉油皂腳大,吸附后的接觸角增大,疏水性增強,可浮性增大.

e.ξ電位研究表明:在pH=10.5,溫度為13～15 ℃條件下,該捕收劑在礦物表面發(fā)生化學(xué)吸附,有利于低溫浮選.

參考文獻(xiàn):

[1]謝恒星,李冬蓮,張傲?xí)r.增效劑Tween80對磷灰石浮選特性的影響[J].金屬礦山,1998(9):32-33.

[2]李冬蓮,盧壽慈.磷灰石浮選增效劑作用機理研究[J].國外金屬礦選礦,1999(8):19-21.

[3]李冬蓮,盧壽慈,謝恒星.磷灰石常溫浮選溶液化學(xué)研究[J].礦業(yè)工程,1999,19(1):3-4.

[4]羅廉明,樂華斌,劉鑫.一種新型磷礦低溫浮選捕收劑[J].化工礦物與加工,2005(12):35-37.

[5]羅惠華,劉麗芬,柏中能.云南?？谥衅肺涣椎V常溫浮選試驗[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報,2005,27(2):31-34.

[6]李冬蓮,羅惠華,張央,等.中孚化工磷礦可選性實驗室小型試驗研究報告[R].武漢:武漢化工學(xué)院,2005.

[7]張央,李冬蓮.幾種表面活性劑在磷礦低溫浮選中的應(yīng)用.化工礦物與加工,2007(4):8-9.

[8]礦冶研究總院《有機浮選藥劑分析》組.有機浮選藥劑分析[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1978.