中低品位膠磷礦新型捕收劑的浮選性能

羅惠華，湯家焰，李成秀，陳炳炎，張澤強(qiáng)，池汝安

（1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041；3.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

目前，中低品位難選膠磷礦的選礦方法以浮選方法為主，高效能的浮選藥劑是實現(xiàn)“貧、細(xì)、雜”礦物選擇性分選的關(guān)鍵因素.低毒、低成本的浮選藥劑已成為未來浮選藥劑發(fā)展的一個重要方向.目前磷礦浮選捕收劑研制的趨勢是多官能團(tuán)化、官能團(tuán)中心多樣化、聚氧乙烯基化、異極性即兩性化、弱解離或非離子化以及混合協(xié)同化［1］.磷礦浮選常采用動植物脂肪酸（皂）類捕收劑，但該類型捕收劑存在熔點高，在礦漿中溶解度小、分散性差等缺點.因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中往往進(jìn)行加溫浮選［2］，以提高脂肪酸類捕收劑在礦漿中的分散，從而利于礦物表面與藥劑接觸.浮選加溫必然增加選礦廠的能耗，同時降低了捕收劑的選擇性［3］.所以，如何實現(xiàn)磷礦常溫浮選一直是選礦界感興趣的研究課題.實現(xiàn)磷礦常溫浮選途徑很多，其中最主要的方式是對脂肪酸類捕收劑進(jìn)行改性，藥劑的改性工作主要分合成和復(fù)配兩種.筆者通過脂肪酸原料的選取，氣相色譜分析以及酰胺化和復(fù)配技術(shù)［4］，研制出常溫下溶解性好、分散性好，捕收性、選擇性強(qiáng)的高效浮選藥劑，用于中低品位膠磷礦的浮選，獲得了較好的選礦效果.

1 試驗的礦樣與儀器設(shè)備

1.1 試驗的礦樣性質(zhì)

試驗樣品來自甕福白巖礦區(qū)，屬于沉積型硅鈣質(zhì)磷塊巖.其中主要礦物為磷灰石、白云石、石英（玉髓）、水云母、少量硫化物，方解石、褐鐵礦、炭質(zhì)等碎屑礦物.根據(jù)X射線熒光光譜，礦樣的主要元素分析見表1.

表1 試驗礦樣元素分析表Table 1 Element analysis of test sample

1.2 試驗設(shè)備及儀器

磨礦機(jī)：XMB－67型200×240棒磨機(jī)

分樣機(jī)：XSHF－2－3濕式分樣機(jī)

浮選機(jī)：XFD3－63型單槽浮選機(jī)

過濾機(jī)：XTL2Φ260／Ф200多用水環(huán)式真空過濾機(jī)

烘箱：101－4A型電熱鼓風(fēng)干燥箱

2 浮選藥劑的合成與復(fù)配

通過脂肪酸原料的選取，氣相色譜分析以及不同碘值脂肪酸皂化后的浮選性能研究［4］，根據(jù)浮選效果的比較，篩選出高碘值（碘值為135）的棉油脂肪酸為高效浮選藥劑的主要原料，其組成見表2.

表2 碘值135棉油脂肪酸組分Table 2 Composition of the iodine value 135cotton oil fatty acid

在此脂肪酸中油酸、亞油酸含量較高，其碘值高，在碳鏈結(jié)構(gòu)中雙鍵、三鍵不飽和鍵數(shù)目多，作為捕收劑其選擇性、分散性比其他脂肪酸要好［4］，但是如果直接皂化后作為捕收劑使用，仍然存在選擇性差、分散性差等問題.必須進(jìn)一步對其改性，在其結(jié)構(gòu)上引入其他極性基團(tuán)，以提高其選擇性，同時添加表面活性劑作為增效劑進(jìn)一步提高其浮選性能.在脂肪酸分子中引入酰胺基團(tuán)，即將脂肪酸酰胺化，酰胺鍵的存在，使脂肪酸在較廣的pH范圍內(nèi)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、分散性、以及增溶、增稠、潤滑作用［5－6］，同時將酰胺化后的藥劑復(fù)配一種聚氧乙烯醚類的表面活性劑，聚氧乙烯基團(tuán)具有一定的親水性，且親水極性基團(tuán)帶有一定的負(fù)電荷，從而具備配伍性和分散性，從而使脂肪酸類陰離子型捕收劑在水中的分散性提高，更容易與礦物表面發(fā)生作用［7］.同時聚氧乙烯基團(tuán)含有的醚基能與水形成氫鍵，不但能增加捕收劑在水中的溶解性還能提高其對礦物的選擇性.

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 浮選條件試驗

膠磷礦正浮選是在堿性礦漿介質(zhì)中，在各種藥劑的綜合作用下，通過抑制脈石礦物、浮選磷酸鹽礦物，從而達(dá)到礦物分離的過程.礦物的單體解離是實現(xiàn)目的礦物和脈石礦物有效分離的基本條件，如果磨礦細(xì)度較粗，將導(dǎo)致礦石解離不夠充分，而無法進(jìn)行有效分選；磨礦細(xì)度過細(xì)，則導(dǎo)致泥化程度嚴(yán)重，增加了分選的難度.藥劑也是影響浮選效果好壞的關(guān)鍵因素.以一種陰離子型脂肪酸（皂）類為捕收劑其用量為2.0kg／t，采用一次一因素的試驗方法研究了磨礦細(xì)度，碳酸鈉、水玻璃對浮選的影響，試驗的流程圖如圖1所示，最終確定磨礦細(xì)度－0.074mm 79.83%、碳酸鈉用量為5.0kg／t、水玻璃用量為2.0kg／t的藥劑制度.

圖1 浮選試驗原則流程圖Fig.1 The flow chart of flotation test

3.2 合成藥劑浮選性能試驗

以碘值135的棉油脂肪酸作為原料［4］，控制反應(yīng)溫度和時間，合成酰胺化脂肪酸（皂）捕收劑，命名為 H－02.在磨礦細(xì)度－0.074mm 79.83%，浮選溫度為20℃，浮選所用的藥劑為碳酸鈉、水玻璃，其用量分別為 5.0kg／t、2.0kg／t、充氣量120L／h的條件下，分別研究碘值135的棉油脂肪酸與合成捕收劑H－02的浮選性能，試驗流程如圖1，試驗結(jié)果如圖2.

圖2 浮選藥劑用量試驗結(jié)果Fig.2 The test results of reagent dosage of flotation

從試驗結(jié)果來看，合成藥劑的浮選回收率明顯高于未酰胺化的脂肪酸（皂）捕收劑的回收率，隨著H－02捕收劑用量的增加，回收率隨之增加，當(dāng)合成藥劑的用量為1.8kg／t時回收率僅為82.92%，只有用量增加到2.4kg／t時，回收率才達(dá)到93.21%，而且尾礦品位最低也有14.76%，損失率較高.所以為了進(jìn)一步提高回收率，降低尾礦品位，在合成的浮選藥劑中復(fù)配一定量聚氧乙烯醚類OP－10表面活性劑，進(jìn)一步改善捕收劑的浮選性能.

3.3 復(fù)配藥劑浮選性能試驗

在磨礦細(xì)度為－0.074mm 79.83%的條件下，碳酸鈉，水玻璃用量分別為5.0kg／t，2.0kg／t，低充氣量60L／h，研究了表面活性劑OP－10對合成藥劑浮選性能的影響，由于表面活性劑OP－10具有較強(qiáng)的表面活性，因此采用較低的充氣量，充氣量為60L／h.復(fù)配后捕收劑用量為2.0kg／t.試驗結(jié)果如圖3.通過上述試驗，可以看出隨著復(fù)配比例提高，回收率提高，在比例為100∶15（質(zhì)量比，下同）時，回收率可以達(dá)到94.04%，尾礦品位為10.83%.因此選擇復(fù)配比為100∶15，命名為EM－03.研究了EM－03用量對浮選指標(biāo)的影響，試驗藥劑制度及試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見圖4.

圖3 OP－10與H－02不同復(fù)配比試驗結(jié)果Fig.3 The test results of OP－10and H－02different compound ratio

圖4 捕收劑試驗用量結(jié)果Fig.4 The test results of collector dosage

試驗結(jié)果可知：隨著EM－03用量的增加，精礦回收率呈上升的趨勢，高用量的捕收劑使精礦品位降低，在捕收劑用量為1.5kg／t時，正浮選的尾礦品位小于10%，且選礦效率最高，EM－03用量為1.5kg／t，回收率達(dá)到95%以上.

3.4 捕收劑EM－03正反浮選流程試驗

通過一次一因素的開路流程試驗，確定正浮選采用一次粗選工藝流程，捕收劑EM－03為分段加藥，第一次添加1.0kg／t，第二次添加0.5kg／t，浮選溫度為20℃，反浮選為一次粗選一次掃選，粗選硫酸用量為7.0kg／t，抑制劑ST－4為0.5kg／t，不添加捕收劑，掃選硫酸用量為1.0kg／t，進(jìn)行閉路試驗，試驗流程圖如圖5，試驗的結(jié)果見圖6.

在磨礦細(xì)度為－0.074mm 79.83%，采用正反浮選工藝，正浮選一粗聯(lián)合反浮選一粗一掃中礦順序返回，正浮選碳酸鈉用量為5.0kg／t，水玻璃用量為2.0kg／t，EM－03用量為1.5kg／t，反浮選粗選添加硫酸7.0kg／t，抑制劑ST－4 用量0.5kg／t，掃選硫酸用量為1.0kg／t.可以得到含P2O530.12%精礦，產(chǎn)率為71.20%，P2O5回收率為92.90%.

圖5 浮選閉路試驗流程圖Fig.5 The flow chart of closed－circuit flotation

圖6 數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.6 Quantity－quality flow－sheet

4 結(jié) 語

a.碘值135的脂肪酸中油酸、亞油酸含量較高，其碘值高，在碳鏈結(jié)構(gòu)中雙鍵、三鍵數(shù)目多，導(dǎo)致其在磷礦浮選過程中的選擇性、分散性較好.

b.碘值135的脂肪酸經(jīng)過酰胺化和復(fù)配15%的表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚時，提高脂肪酸對磷酸鹽礦物的浮選性能，在常溫下，保證較好選礦指標(biāo)的同時，降低了捕收劑的用量.

c.在磨礦細(xì)度為－0.074mm 79.83%，采用正反浮選工藝，正浮選一粗聯(lián)合反浮選一粗一掃中礦順序返回，正浮選碳酸鈉用量為5.0kg／t，水玻璃用量為2.0kg／t，EM－03用量為1.5kg／t，反浮選粗選添加硫酸7.0kg／t，抑制劑 ST－4用量0.5kg／t，掃選硫酸用量為1.0kg／t.可以得到含P2O530.12%精礦，產(chǎn)率為71.20%，P2O5回收率為92.90%.

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