幾種檸檬酸改性脂肪酸的浮選性能

饒歡歡，羅惠華*，楊婕，李成秀，陳炳炎，張澤強(qiáng)，池汝安

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041

幾種檸檬酸改性脂肪酸的浮選性能

饒歡歡1，羅惠華1*，楊婕1，李成秀2，陳炳炎2，張澤強(qiáng)1，池汝安1

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041

為了研究檸檬酸對(duì)脂肪酸的改性效果，以檸檬酸和不同種類(lèi)的脂肪酸反應(yīng)生成檸檬酸改性脂肪酸類(lèi)捕收劑，并用于四川某中低品位膠磷礦的浮選試驗(yàn)，浮選試驗(yàn)在20℃下進(jìn)行.結(jié)果表明，采用檸檬酸對(duì)脂肪酸進(jìn)行改性，不同脂肪酸的改性效果不同.棉油脂肪酸表現(xiàn)出良好的捕收能力，但未表現(xiàn)出顯著的改性效果.椰油脂肪酸、棕櫚油脂肪酸和硬脂酸未表現(xiàn)出好的改性效果；純油酸、低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸和米糠油脂肪酸的改性效果相似，產(chǎn)率和回收率均得到12%～15%的提高，改性效果較好；豆油脂肪酸經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后，精礦產(chǎn)率、回收率、選礦效率分別提高了25.96%、30.80%、4.84%，浮選指標(biāo)得到較大提高，改性效果良好.檸檬酸對(duì)幾種脂肪酸的改性效果為豆脂肪酸＞純油酸/低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸/米糠油脂肪酸＞棉油脂肪酸＞椰油脂肪酸＞棕櫚油脂肪酸/硬脂酸.

脂肪酸；檸檬酸；改性；捕收劑；膠磷礦

0 引言

目前，磷礦浮選捕收劑仍以脂肪酸及其皂類(lèi)為主［1－2］，但該類(lèi)捕收劑存在溶解性能差、低溫浮選性能差等缺點(diǎn)，常需要加溫浮選［3］.對(duì)脂肪酸捕收劑進(jìn)行改性，如引入極性基團(tuán)、多官能團(tuán)化、官能團(tuán)中心多樣化等，可以提高其溶解度或分散性或選擇性，從而改善其浮選性能［4］.有學(xué)者認(rèn)為脂肪酸類(lèi)捕收劑的作用機(jī)理［5－6］是脂肪酸及其皂類(lèi)解離產(chǎn)生的脂肪酸陰離子RCOO－與礦物晶格上的陽(yáng)離子作用，在礦物表面產(chǎn)生比較穩(wěn)定的脂肪酸鹽，由于脂肪酸非極性基的疏水作用而使礦物可浮性增大，從而富集于礦漿表面泡沫層被浮選刮出.理論上，檸檬酸上的羥基可以與脂肪酸上的羧基反應(yīng)［7－9］，主反應(yīng)為：

檸檬酸中的羥基與脂肪酸上的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，生成檸檬酸酯基脂肪酸，相當(dāng)于向脂肪酸上引入酯基的同時(shí)引入三個(gè)羧基，極性基團(tuán)的引入可以增加藥劑的溶解度、離解度和耐鹽性.副反應(yīng)為檸檬酸的分子間加聚反應(yīng).

本研究以脂肪酸和檸檬酸為原料合成新型捕收劑，對(duì)一元脂肪酸進(jìn)行改性，并將改性脂肪酸產(chǎn)物皂化后用于磷礦浮選試驗(yàn).

1 試驗(yàn)部分

1.1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)所用礦樣取自我國(guó)四川省清平地區(qū)，屬于什邡磷礦，該礦石中含有一類(lèi)很罕見(jiàn)的磷礦類(lèi)型，磷鍶鋁石礦，其理論化學(xué)式為SrAl3（PO4）2（OH）5H2O，什邡磷礦中的硫磷鍶鋁是一種含硫和鈣的變種.該巖系主要包括磷塊巖、磷鍶鋁石巖、含磷的高嶺石和水云母粘土巖.礦樣X(jué)射線熒光光譜分析結(jié)果見(jiàn)表1.

1.2 設(shè)備和藥劑

試驗(yàn)設(shè)備：XMB－67型200×240棒磨機(jī)、XSHF－2－3型濕式分樣機(jī)、XFD－0.5型單槽浮選機(jī)、RK／ZLΦ260／Φ200多功能真空過(guò)濾機(jī)、101－4A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、HH－6恒溫水浴鍋、HJ－6多頭恒溫磁力攪拌器、Nicolet6700型傅立葉紅外光譜儀.

表1 清平磷礦XRF分析結(jié)果Table 1 Resultof XRF analysis of qingping collophanie%

試驗(yàn)藥劑：Na2CO3（工業(yè)級(jí)）配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%水溶液、水玻璃（工業(yè)級(jí)）配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%水溶液、氫氧化鈉（化學(xué)純）、各種脂肪酸（工業(yè)級(jí)）、檸檬酸（工業(yè)級(jí)）.

1.3 試驗(yàn)方法

控制浮選溫度為20℃，采用一次一因素法研究了磨礦細(xì)度、調(diào)整劑碳酸鈉用量、抑制劑水玻璃用量對(duì)清平磷礦浮選效果的影響，所用捕收劑為T(mén)SM－46，用量為1.2 kg/t，試驗(yàn)采用單一正浮選流程，確定該礦石浮選適宜的磨礦細(xì)度為－0.074mm百分含量91.6%、碳酸鈉用量為6.0 kg/t、水玻璃用量為2.0 kg/t，在此條件下研究了不同脂肪酸及其檸檬酸改性脂肪酸產(chǎn)物的浮選性能.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同種類(lèi)脂肪酸浮選性能試驗(yàn)

對(duì)幾種植物脂肪酸采用GC－102AF氣相色譜儀進(jìn)行了分析，用歸一法進(jìn)行處理，分析結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 幾種植物脂肪酸組成成分Table 2 Components of fatty acids of several plant%

從表2分析結(jié)果可以看出，低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸中亞油酸含量高達(dá)61%，其次為棉油脂肪酸的57%，再次是豆油脂肪酸和米糠油脂肪酸，椰油脂肪酸、棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸主要成分為飽和脂肪酸.分別稱(chēng)取10 g上述脂肪酸加熱至70～90℃，加入10 g質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行皂化，完全皂化之后的產(chǎn)物全部溶解并定容至1 000mL的容量瓶中，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的水溶液作為捕收劑進(jìn)行浮選試驗(yàn).試驗(yàn)條件為磨礦細(xì)度－0.074mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)91.6%、碳酸鈉用量6.0 kg/t、水玻璃用量2.0 kg/t、捕收劑用量0.9 kg/t，浮選溫度為20℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 幾種脂肪酸的浮選效果對(duì)比Table 3 Comparison of flotation efficiency of several fatty acids%

浮選試驗(yàn)過(guò)程中，棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸基本不產(chǎn)生浮選泡沫，即使添加起泡劑，浮選過(guò)程也不能順利進(jìn)行，說(shuō)明棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸不宜直接作為該磷礦浮選捕收劑使用.從表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在相同的捕收劑用量條件下，棉油脂肪酸的捕收性能最強(qiáng)，精礦產(chǎn)率、回收率均顯著高于其余脂肪酸捕收劑，尾礦品位也明顯較低，表現(xiàn)出較為良好的浮選性能，這可能與其不飽和雙鍵成分含量高且飽和脂肪酸含量較低有關(guān)［10］.而低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸的亞油酸含量最高，浮選性能卻比棉油脂肪酸差，這可能是與其成分含量變化和低凍點(diǎn)的性能有關(guān).

2.2 不同種類(lèi)脂肪酸檸檬酸酯浮選性能試驗(yàn)

以純油酸和檸檬酸為原料，通過(guò)大量的前期探索試驗(yàn)，確定了檸檬酸和脂肪酸改性反應(yīng)的合成條件，合成比例為檸檬酸：脂肪酸摩爾比0.4∶1，合成溫度為130～150℃，合成時(shí)間為45min.然后在相同的合成反應(yīng)條件下，對(duì)上述脂肪酸進(jìn)行檸檬酸改性，合成反應(yīng)產(chǎn)物為棕紅色液態(tài)混合物，經(jīng)皂化后配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的水溶液作為捕收劑用于浮選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.由表3、4數(shù)據(jù)作脂肪酸與改性脂肪酸回收率對(duì)比圖如圖1.

表4 幾種脂肪酸檸檬酸改性產(chǎn)物的浮選效果對(duì)比Table 4 Comparison flotation efficiency of several fatty acids%

圖1 脂肪酸與改性脂肪酸回收率對(duì)比圖Fig.1 C omparison diagram of r ecovery of fatty acids and fatty acidsmodified with citric acid

對(duì)比表3與表4數(shù)據(jù)可知，純油酸經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后，合成改性產(chǎn)物比純油酸的浮選精礦產(chǎn)率、回收率、選礦效率分別提高11.83%、14.65%、2.82%，尾礦品位從18.10%降至15.38%，通過(guò)改性后改善了油酸對(duì)磷礦的浮選效果.綜合表3、4及圖1，檸檬酸對(duì)棉油脂肪酸的改性效果不明顯但浮選指標(biāo)最優(yōu)，這可能與棉油酸組成及自身捕收能力較好有關(guān)；椰油脂肪酸經(jīng)檸檬酸改性后浮選效果惡化，可能與椰油脂肪酸中C6－14飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)82%有關(guān)，飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)育達(dá)90%以上的棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸未經(jīng)檸檬酸改性時(shí)泡沫現(xiàn)象很差，基本浮不出泡沫產(chǎn)物，經(jīng)改性后的產(chǎn)物用于磷礦浮選，浮選現(xiàn)象的改變并不明顯，說(shuō)明檸檬酸改性不適用于飽和脂肪酸含量較高的椰油脂肪酸、棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸；檸檬酸對(duì)豆油脂肪酸、低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸和米糠油脂肪酸均有不同程度的改性促進(jìn)效果，對(duì)脂肪酸的改性效果豆油脂肪酸優(yōu)于低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸和米糠油脂肪酸.豆油脂肪酸經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后，改性脂肪酸比豆油脂肪酸的浮選精礦產(chǎn)率、回收率、選礦效率分別提高25.96%、30.80%、4.84%，尾礦品位從20.29%降至16.60%，浮選指標(biāo)明顯得到改善，說(shuō)明檸檬酸對(duì)豆油脂肪酸的改性促進(jìn)作用顯著.

2.3 純油酸及其檸檬酸改性合成藥劑紅外分析

對(duì)純油酸及其檸檬酸改性合成藥劑進(jìn)行了紅外特征峰檢測(cè)，如圖2.

圖2 藥劑紅外光譜圖（1）.（a）檸檬酸；（b）純油酸（c）；合成藥劑Fig.2 IR spectr a of different collector s（1）.（a）Citric a cids；（b）Pure oleic acids；（c）Synthetic drugs

分析圖2中曲線（b）純油酸紅外光譜，3 009.66 cm－1是甲基（—CH3）中的C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 463.82 cm－1是甲基的反對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)，1 377.97 cm－1是甲基的對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)的特征吸收峰；2 854.80 cm－1是亞甲基（—CH2—）的C—H鍵對(duì)稱(chēng)伸縮吸收，在2 925.09 cm－1是亞甲基的C—H鍵反對(duì)稱(chēng)伸縮；1 712.41 cm－1位于羰基（C＝O）的紅外吸收峰最常出現(xiàn)的區(qū)域1 755～1 670 cm－1內(nèi)，且由于C＝O的偶極矩較大，一般吸收都很強(qiáng)烈，常成為IR光譜中的第一強(qiáng)峰，具有非常的特征性，因此，1 712.41 cm－1吸收峰可以判別有羰基（C＝O）存在；723.20 cm－1是一個(gè)弱吸收峰，對(duì)于分子中含有（—CH2—）n鏈節(jié)，當(dāng)n≥4時(shí)才會(huì)出現(xiàn).檸檬酸改性合成藥劑的紅外光譜（c）中，純油酸特征吸收峰均會(huì)存在，但峰936.10 cm－1偏移至940.71 cm－1和峰1 119.31 cm－1偏移至1 145.28 cm－1，出現(xiàn)1777.93、1145.28、1089.73 cm－1和626.79 cm－1四個(gè)新的吸收峰，此四個(gè)新的吸收峰在檸檬酸的紅外光譜（a）中并未出現(xiàn)，基本可排除檸檬酸原料的干擾，且1 145.28 cm－1和1 089.73 cm－1在酯基（—CO—O—）的吸收峰1 300～1 050 cm－1范圍內(nèi)，說(shuō)明可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了多元羧基酯基羧酸.因?yàn)闄幟仕岚l(fā)生自聚反應(yīng)生成的短鏈環(huán)酯理論上對(duì)浮選藥劑性能沒(méi)有促進(jìn)效果，而本試驗(yàn)合成藥劑的浮選性能得到較大改善，結(jié)合紅外光譜分析，故推斷生成了目標(biāo)產(chǎn)物檸檬酸酯基羧酸.

2.4 棉油酸及其檸檬酸改性合成藥劑紅外分析

對(duì)棉油酸及其檸檬酸改性合成藥劑進(jìn)行了紅外特征峰檢測(cè)，如圖3.

圖3 不同藥劑紅外光譜圖（2）.（a）檸檬酸；（b）棉油酸；（c）合成藥劑Fig.3 IR spectrum chart of different collectors（2）.（a）Citric a cids；（b）Cotton oil fatty acid；（c）Synthetic drugs

對(duì)比圖2和圖3，兩種合成藥劑的紅外光譜圖曲線十分相似，棉油酸與檸檬酸改性合成藥劑的紅外光譜中，棉油脂肪酸的特征吸收峰均存在，同時(shí)出現(xiàn)了1 777.93、1 145.28、1 089.73 cm－1和626.79 cm－1四個(gè)新的吸收峰，且1 145.28 cm－1和1 089.73 cm－1在酯基（—CO—O—）的吸收峰1 300～1 050 cm－1范圍內(nèi)，證明經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成了檸檬酸酯基脂肪酸.

3 結(jié)語(yǔ)

1）棉油脂肪酸的捕收性能較強(qiáng)，精礦產(chǎn)率、回收率均顯著高于其余脂肪酸捕收劑，尾礦品位也明顯較低，表現(xiàn)出較為良好的浮選性能，且來(lái)源廣泛，綠色無(wú)污染，可將棉油酸作為磷礦浮選捕收劑的來(lái)源.

2）檸檬酸對(duì)不同脂肪酸改性效果不同.棉油脂肪酸由于自身較好的捕收性能，未表現(xiàn)出顯著的改性效果；低于十六碳鏈脂肪酸含量較高的椰油酸及飽和脂肪酸含量較高的棕櫚油脂肪酸和植物硬脂酸，不適宜作為該磷礦常溫浮選捕收劑，未表現(xiàn)出好的改性效果；純油酸、低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸和米糠油脂肪酸的改性效果相似，產(chǎn)率和回收率均得到12%~15%的提高，改性效果較好；豆油脂肪酸經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后，浮選精礦產(chǎn)率、回收率、選礦效率分別提高了25.96%、30.80%、4.84%，浮選指標(biāo)明顯得到改善，改性效果良好.檸檬酸對(duì)幾種脂肪酸的改性效果為豆脂肪酸＞純油酸／低凍點(diǎn)棉籽油脂肪酸／米糠油脂肪酸＞棉油脂肪酸＞椰油脂肪酸＞棕櫚油脂肪酸／硬脂酸.

3）棉油酸及其檸檬酸改性合成藥劑的紅外光譜分析結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后，棉油脂肪酸的特征吸收峰均存在，且出現(xiàn)了1 777.93、1 145.28、1 089.73 cm－1和626.79 cm－1這四個(gè)新的吸收峰，且1 145.28 cm－1和1 089.73 cm－1在酯基（—CO—O—）的吸收峰1 300～1 050 cm－1范圍內(nèi)，從而說(shuō)明改性過(guò)程經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成了檸檬酸酯基脂肪酸.

致謝

感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和科技部對(duì)本研究提供了資助！

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Flotation performance of citric acid m odified w ith citric acid

RAO Huan－h(huán)uan1，LUO Hui－h(huán)ua1，YANG Jie1，LICheng－xiu2，CHEN Bi ng－yan2，ZHANG Ze－qiang1，CHIRu-an1
1.School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；2.Institute ofMultipurpose Utilization of Mineral Resources，CAGS，Chengdu 610041，China

To study themodification effect of fatty acids modified with citric acid，we prepared collectors by reaction of citric acid with different fatty acids，and used them in the flotation test of low－and－middle grade collophanite in Sichuan at 20℃.The results show that the fatty acids have differentmodification effects after modification by citric acid.Cotton oil fatty acid does not show greatmodification effect，but shows excellent collecting ability.Coconutoil fatty acid，palm oil fatty acid and stearic acid did notexhibit positivemodification effect.Themodification effects of the pure oleic acid，low freezing point cottonseed oil acid and rice bran oil acid are good，and the yield and recovery increase 12%－15%.Soybean oil fatty acid shows impressive modification effectwith great flotation index improvement，and the yield，recovery and beneficiation efficiency boost 25.96%，30.80%and 4.84%，respectively.The strong－to－weak sequence ofmodification effects of different fatty acids is soybean oil fatty acid＞pure oleic acid／low freezing point cottonseed oil fatty acid／rice bran oil fatty acid＞cotton oil fatty acid＞coconutoil fatty acid＞palm oil fatty acid／stearic acid.

fatty acid；citric acid；modification；collector；collophanite

TD923+.1

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.12.005

1674－2869（2015）12－0021－06

本文編輯：張瑞

2015－11－03

十二·五科技支撐項(xiàng)目（2013BAB07B01）；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目（12120111308750）

饒歡歡（1991－），女，湖北黃岡人，碩士研究生.研究方向：選礦理論、工藝及浮選藥劑.*通信聯(lián)系人