用油酸鈉浮選貴州某針鐵礦的試驗研究

張 誼，鄧朝勇，徐本軍，3，楊茂麟，3

（1.貴州正業(yè)工程技術(shù)投資有限公司，貴州 貴陽 550005；2.貴州大學(xué) 材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003；3.首鋼水城鋼鐵集團技術(shù)中心，貴州 六盤水 553028）

全球鐵礦資源十分豐富，然而分布卻極其不均［1－4］。我國鐵礦資源貧礦多、富礦少、分布廣、利用難［5－7］。隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)礦石明顯不足，需要大量進口［8］。而國際鐵礦石價格不斷上漲，造成國內(nèi)鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟效益不同程度受到影響。

國內(nèi)鐵礦石品位較低，“提鐵降硅”多采用陰離子反浮選脫硅法。此法的優(yōu)點是浮選過程穩(wěn)定，易控制［9］。試驗研究了用常用的陰離子捕收劑油酸鈉浮選貴州某鐵礦石。

1 試驗部分

1.1 試驗礦樣

礦樣由貴州某鐵礦礦業(yè)公司提供，成分見表1。礦石中鐵主要以針鐵礦形式存在，硅以二氧化硅形式存在。礦石經(jīng)球磨細化，過200目篩，通過率分別為65%、75%、85%、95%。

表1 礦樣組分 %

1.2 試劑及設(shè)備

試驗所用試劑：分析純淀粉，貴州習(xí)水淀粉廠；分析純氧化鈣，安徽華隆鈣業(yè)公司；分析純油酸鈉，安徽油脂科技公司。

試驗設(shè)備：球磨機，JR137～8，常州科冶礦山機械制造廠；單槽浮選機，RK／FD0.75L，武漢洛克儀器和設(shè)備公司；X衍射分析儀，DX－2800，丹東浩元儀器有限公司。

1.3 浮選工藝流程

用油酸鈉浮選鐵礦石的工藝流程如圖1所示。

圖1 用油酸鈉浮選鐵礦石工藝流程

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 試劑用量對浮選的影響

2.1.1 油酸鈉用量對浮選的影響

用淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；用CaO作活化劑，用量為100g／t；用20%的油酸鈉作捕收劑，考察其用量對浮選的影響。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 油酸鈉用量對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

由圖2看出：油酸鈉用量在100～300g／t范圍內(nèi)，隨其用量增加，礦石品位迅速升高，回收率逐漸降低；當(dāng)油酸鈉用量超過300g／t后，礦石品位迅速下降，而回收率則在400g／t后迅速上升。這主要是因為捕收劑油酸鈉用量過高，其分散性降低，易聚集成團狀，選擇性明顯降低；同時，油酸鈉在捕獲脈石上浮的過程中也夾帶部分鐵礦物上浮，礦物為連生體時，這種情況尤為明顯。綜合考慮，確定油酸鈉用量為300g／t，此時∑Fe品位為61.37%，回收率為79.38%。

2.1.2 淀粉用量對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 淀粉用量對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖3看出：淀粉用量在1.2～1.8kg／t范圍內(nèi)，隨淀粉用量增加，∑Fe品位和回收率都迅速增大，說明淀粉用量在這個范圍內(nèi)對鐵礦石具有很好的抑制作用，鐵、硅分離效果較好；當(dāng)?shù)矸塾昧砍^1.8kg／t時，∑Fe品位開始下降，回收率則保持上升趨勢，表明淀粉用量超過1.8kg／t時開始出現(xiàn)過度抑制現(xiàn)象。綜合考慮，確定淀粉最佳用量為1.8kg／t。

2.1.3CaO用量對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑；其他條件不變。試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 CaO用量對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖4看出：當(dāng)CaO用量在60～100g／t之間時，隨CaO用量增加，∑Fe品位和回收率都迅速增大，說明活化劑CaO用量在這個范圍內(nèi)對鐵礦石具有很好的活化作用；當(dāng)CaO用量超過100 g／t后，∑Fe品位開始下降，而回收率仍呈上升趨勢，這可能是因為Ca2＋濃度過高，導(dǎo)致消耗了過多的油酸鈉引起的。所以，CaO最佳用量以100 g／t為宜。

2.2 其他因素的影響

2.2.1 礦石粒度對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。礦石粒度對浮選的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 礦石粒度對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖5看出：礦石粒度為－200目占55%～85%范圍內(nèi)，∑Fe品位升高，回收率下降；粒度－200目占85%或更細后，∑Fe品位下降，回收率下降速度更快。這主要是因為粒度較大時，鐵礦石和二氧化硅不能很好地分離開來，二者緊密結(jié)合，難以分選。綜合考慮，確定磨礦粒度以－200目占85%為最佳，此時∑Fe品位為60.14%，回收率為77.66%。

2.2.2 液固體積質(zhì)量比對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8g／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。液固體積質(zhì)量比對浮選的影響試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 液固體積質(zhì)量比對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖6看出：∑Fe品位在液固體積質(zhì)量比3∶1時最高，回收率則隨液固體積質(zhì)量比的增大而逐漸升高。礦漿濃度過大，鐵礦物和硅礦物無法充分分散；而礦漿濃度過小，捕收劑與硅礦物相互接觸的機會減少，捕收效率降低。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比為3∶1，即礦漿濃度為25%，此時∑Fe品位為60.23%，回收率為77.79%。

2.2.3 礦漿pH對浮選的影響

質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO 作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。礦漿pH對浮選的影響試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7 礦漿pH對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖7看出，∑Fe品位隨礦漿pH增大而變化：pH為9時，∑Fe品位最大；pH超過9后，∑Fe品位開始下降。試驗確定pH等于9，此條件下對浮選最有利，此時，∑Fe品位為60.32%，回收率為79.12%。

2.2.4 浮選時間對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。浮選時間對浮選的影響試驗結(jié)果如圖8所示。

圖8 浮選時間對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖8看出：隨浮選的進行，∑Fe品位迅速升高；超過15min后，∑Fe品位變化不大?；厥章试谡麄€浮選過程中都是下降的，在浮選25min時僅僅為70.26%。綜合考慮，確定浮選時間以15min為最佳，此時，∑Fe品位為60.45%，回收率為80.87%。

2.2.5 攪拌速度對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。攪拌速度對浮選的影響試驗結(jié)果如圖9所示。

圖9 攪拌速率對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖9看出，∑Fe品位隨攪拌速率增大而增大，攪拌速率在1 800時，∑Fe的品位達到最大，之后迅速降低。這是因為，適宜的攪拌速率可以比較好地將鐵礦物和二氧化硅分離開來，使捕收劑更好地捕獲二氧化硅；攪拌速率過快時，捕收劑與二氧化硅表面所形成的靜電力被破壞，使原本因為靜電吸附在一起的捕收劑與二氧化硅開始分離，從而導(dǎo)致∑Fe品位迅速降低?；厥章蕜t隨攪拌速度升高而持續(xù)降低，這是由于攪拌過程中，一部分鐵礦物被攪拌到浮選槽的表面上來而被夾帶出去所致。綜合考慮，確定最佳攪拌速率為1 800r／min，此時∑Fe品位為60.47%，回收率為78.93%。

2.2.6 吹氣流量對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。吹氣流量對浮選的影響如圖10所示。

圖10 吹氣流量對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖10看出：隨吹氣流量增大，∑Fe品位變化較大；吹起流量為0.3L／s時，∑Fe品位最大；回收率則逐漸下降。出現(xiàn)這種情況的原因可能有兩種。一種是在吹氣流量較小，即低于0.3L／s時，吹氣流量的增大有利于鐵礦物與二氧化硅的充分分離；當(dāng)吹氣流量過大，即高于0.3L／s時，捕收劑與二氧化硅表面所形成的靜電力被破壞，使原本因為靜電吸附在一起的捕收劑與二氧化硅發(fā)生分離，導(dǎo)致∑Fe品位迅速降低。另一種解釋是，吹氣流量與產(chǎn)生的氣泡的大小及均勻性密切相關(guān)：氣流量較小時，氣泡的大小適中且均勻，有利于浮選；而當(dāng)氣流量過大時，所產(chǎn)生的氣泡大小不均勻，導(dǎo)致浮選性能下降，浮選效率降低?；厥章实闹饾u降低則主要是因為隨吹氣流量增大，浮選槽內(nèi)紊流劇烈，部分鐵礦石被吹到浮選槽的表面而被夾帶出去所致。綜合考慮，確定浮選時的吹氣流量以0.3L／s為最佳，此時的∑Fe品位為60.92%，回收率為79.48%。

2.2.7 溫度對浮選的影響

以20%的油酸鈉作捕收劑，用量為300g／t；淀粉作抑制劑，用量為1.8kg／t；CaO作活化劑，用量為100g／t；其他條件不變。溫度對浮選的影響試驗結(jié)果如圖11所示。

圖11 溫度對浮選精礦鐵品位及回收率的影響

從圖11看出，隨溫度升高，∑Fe品位升高，回收率降低。這是因為，低溫時，捕收劑油酸鈉幾乎與礦物不發(fā)生作用；隨溫度升高，捕收劑的捕收性能逐漸升高，捕收效果更好。綜合考慮，溫度以25～30℃為宜。

2.2.8 正交試驗

考慮到影響鐵礦石浮選的因素復(fù)雜多樣，并且一些主要影響因素之間也可能產(chǎn)生交互作用，針對礦樣粒度、液固體積質(zhì)量比、pH、油酸鈉用量和淀粉用量等5因素進行正交試驗。正交試驗采用5因素4水平設(shè)計方案，試驗結(jié)果見表2。

由表2可知：pH為最顯著影響因素，油酸鈉用量和礦石粒度的影響次之，淀粉用量和液固體積質(zhì)量比為不顯著影響因素。正交試驗確定的最優(yōu)方案為A3B2C3D3E2，即礦石粒度為－200目占85%，液固體積質(zhì)量比為2∶1，pH＝9，油酸鈉用量為300g／t，淀粉用量為1.4kg／t。

根據(jù)正交試驗確定的最佳條件進行浮選試驗，攪拌速度為1 800r／min，吹氣流量為0.3L／s，浮選時間15min，最終得到∑Fe品位為62.42%，回收率為79.61%，效果較好。

表2 正交試驗結(jié)果

3 礦物表面的荷電機制

礦物表面雙電層的形成是礦物能夠通過浮選分離的前提。礦物表面電性產(chǎn)生的根本原因是其表面酸基的形成及溶解，這種行為導(dǎo)致礦物表面與溶液形成電位差［10］。礦物表面荷電的正負(fù)及相對大小可以通過Zeta電位加以表征。同時，通過Zeta電位也可以直觀地判斷2種或多種礦物之間能否通過浮選方法進行有效分離。當(dāng)然，也可以通過添加一些藥劑，即捕收劑、調(diào)整劑、抑制劑等，改變礦物表面的物理、化學(xué)性質(zhì)，如親水性、疏水性等，增加礦物之間的可浮性差異，最終實現(xiàn)礦物的分離。石英在水中的荷電機制［11］為：石英晶體破裂后，硅氧鍵斷裂；在水溶液中吸附定位離子生成羥基表面；在不同介質(zhì)pH條件下，產(chǎn)生解離或吸附，形成不同的表面電性。

硅酸鹽表面荷電機制可表示為［12］

針鐵礦（FeO（OH））表面荷電機制可表示為

通常，硅酸鹽的零電點低于鐵礦物的零電點，H＋和OH－是硅酸鹽及鐵礦物表面的定位離子，所以浮選槽內(nèi)溶液的pH對礦物表面的電性影響很大。

4 結(jié)論

1）通過對影響針鐵礦浮選的各因素進行考察，并選取對浮選影響較大的礦樣粒度、液固體積質(zhì)量比、pH、油酸鈉用量和淀粉用量等因素進行正交試驗，確定最佳浮選條件為：溫度30℃，礦石粒度－200目占85%，液固體積質(zhì)量比2∶1，pH＝9，油酸鈉用量200g／t，淀粉用量1.4kg／t，攪拌速度1 800r／min，吹氣流量0.3L／s，浮選時間15min。最佳條件下，∑Fe品位為62.42%，回收率為79.61%。

2）用油酸鈉浮選鐵礦石，pH的影響最為顯著，所以，生產(chǎn)過程中，在補加水時需要補加適量堿液，或者直接補加調(diào)整好的堿液。

3）浮選過程中，油酸鈉發(fā)泡量大，消泡難，泡沫黏度大，難抽濾，容易堵塞抽濾漏斗。這些問題需要進一步研究解決。

［1］王凱金.新型鐵礦捕收劑的合成及其應(yīng)用研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2007.

［2］松權(quán)衡，劉忠，楊復(fù)頂，等.國內(nèi)外鐵礦資源簡介［J］.吉林地質(zhì)，2008，27（3）：5－8.

［3］楊斌.菱鐵礦與赤鐵礦分選工藝及機理研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2010.

［4］陳亮亮，劉養(yǎng)浩.世界鐵礦資源分布對我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的影響［J］.經(jīng)濟研究導(dǎo)報，2010，79（5）：35－37.

［5］蔡立軍.中國鐵礦資源與鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展——訪原天津地質(zhì)研究院院長、中國金屬學(xué)會常務(wù)理事、教授級高工侯宗林［J］.天津冶金，2005，131（6）：13－15.

［6］平海波，張歡.我國鐵礦資源稟賦特征與地質(zhì)勘查基本思路［J］.冶金管理，2008（1）：44－46.

［7］孫富來.中國鐵礦資源［J］.礦產(chǎn)資源利用，1995（7）：4－6.

［8］陳井偉.中國鐵礦資源消費及附加環(huán)境壓力研究［J］.中國礦業(yè)，2007，16（9）：18－20.

［9］王海燕，孫敬鋒，樊麗麗，等.難選赤鐵礦浮選試驗研究［J］.濕法冶金，2012，31（2）：92－94.

［10］Shibata J，F(xiàn)uerstenau D W.Flocculation and flotation characteristics of fine hematite with sodium oleate［J］.International Journal of Mineral Processing，2003，72（1／4）：25－32.

［11］Deshpande R J，Natarajan K A，Kittur S G.Reverse Flotation of Silica from Kudremukh Iron Ore Part［M］.Bhubaneswar：Indian Institute of Metals，1997：397－398.

［12］Manser R M.Handbook of Silicate Flotation［M］.國外金屬礦選礦，1979（7）：20－37.