利用純化棉籽油酸的鐵礦石常溫反浮選

魏以和，魏建勛，郭文達(dá)，周高云

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.北京礦冶研究總院，北京 102600

利用純化棉籽油酸的鐵礦石常溫反浮選

魏以和1，魏建勛1，郭文達(dá)1，周高云2

1.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.北京礦冶研究總院，北京 102600

為了解決鐵礦石陰離子加溫反浮選的高能耗問題，利用尿素包裹法分離純化的棉籽油酸復(fù)配的捕收劑進(jìn)行了常溫（15℃）反浮選試驗(yàn).以齊大山鐵礦磁鐵精礦為反浮選研究對(duì)象，確定了最佳藥劑耗量為：粗選氫氧化鈉0.7 kg／t、淀粉0.4 kg／t、氯化鈣0.1 kg／t、捕收劑0.4 kg／t、掃選淀粉0.2 kg／t.開路獲得鐵精礦品位63.64%、回收率47.88%，并經(jīng)過閉路試驗(yàn)得到鐵精礦品位63.75%、回收率89.47%的選礦指標(biāo).試驗(yàn)表明純化后的棉籽油酸常溫捕收能力增強(qiáng)，復(fù)配16.7%陰離子表面活性劑后捕收能力進(jìn)一步增強(qiáng).為解決常規(guī)加溫反浮選能耗大，成本高的問題提供了一條可能的途徑.

棉籽油酸，常溫反浮選；磁鐵精礦；尿素包裹法；陰離子捕收劑

0 引言

鐵礦石反浮選技術(shù)已取得長足的發(fā)展.鐵礦反浮選是目前鐵精礦提質(zhì)降雜的主要方法，也是鐵礦選礦的重要研究方向之一［1］.鐵礦反浮選有陰離子反浮選法和陽離子反浮選法，其中鐵礦石的陰離子反浮選方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中.陰離子反浮選對(duì)鐵礦石的礦石性質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，有較高的選礦效率和選擇性［2］.但是，作為鐵礦陰離子反浮選常用的脂肪酸類捕收劑也有其固有缺陷——即低溫時(shí)水溶性不佳，導(dǎo)致浮選過程需要加溫.通過在捕收劑分子結(jié)構(gòu)中引入活性基團(tuán)或者添加具有增效作用的表面活性劑是目前最為流行的、也比較有效的兩種捕收劑的增效方法［3］.通過在捕收劑分子結(jié)構(gòu)中引入活性基團(tuán)涉及到脂肪酸結(jié)構(gòu)的化學(xué)改變，一般會(huì)導(dǎo)致成品脂肪酸的成本較原料脂肪酸要高很多，因此，除幾種加工成本較低的產(chǎn)品如鹵代酸、磺化脂肪酸有所應(yīng)用外，改性脂肪酸在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的還不多.脂肪酸鹽的溶解性與其熔點(diǎn)高低有關(guān).一般而言，具相同碳長度數(shù)的脂肪酸，其熔點(diǎn)隨其分子結(jié)構(gòu)中不飽和的碳－碳雙鍵數(shù)目的增加而降低.如硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸，它們都是十八碳鏈的脂肪酸，分子中不飽和雙鍵的數(shù)目分別是0，1，2，3個(gè)，其熔點(diǎn)分別是65，16.5，－6.5，－12.8℃.已有試驗(yàn)表明［4－5］，棉籽油酸的低溫浮選性能與其亞油酸／油酸比值密切相關(guān)，亞油酸／油酸比值越高，即亞油酸含量越高，其低溫浮選性能就越好.因此，對(duì)普通脂肪酸進(jìn)行提純，提高其不飽和酸的比例，并通過復(fù)配增效劑的方法，是有可能制備出成本較低的低溫捕收劑的.

本研究通過對(duì)常用的棉籽油酸進(jìn)行尿素包裹法分離提純，以提高其中具有較好低溫溶解性的亞油酸和亞麻酸含量，再復(fù)配增效劑加強(qiáng)其捕收性能，獲得了一個(gè)效果較好的鐵礦石反浮選的低溫捕收劑.這種以天然原料的精加工產(chǎn)物為基礎(chǔ)的鐵礦石低溫捕收劑，具有較好的成本優(yōu)勢(shì)，是研制高效捕收劑的一個(gè)新途徑.

1 礦石性質(zhì)

試樣為鞍鋼齊大山鐵礦選廠的磁選混合精礦，試樣全鐵品位為45.69%，主要鐵礦物為赤鐵礦和磁鐵礦，主要脈石礦物為石英，含量＞30%，是主要分離對(duì)象，其他雜質(zhì)較少，硫、磷含量都很低，如表1.

表1 礦石的元素分析Table 1 Multi-elemental analysis of the ore samp le

2 試驗(yàn)方法

2.1 浮選試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用一次一因素浮選試驗(yàn)法，所用藥劑為化學(xué)純及工業(yè)級(jí).

選用0.5 L單槽浮選機(jī)浮選，每次給樣100 g，浮選產(chǎn)品經(jīng)過濾、烘干、稱重、制樣、分析化驗(yàn)各樣品TFe含量后，計(jì)算浮選精礦產(chǎn)率及回收率.

2.2 尿素包裹法的原理及其分離步驟方法

尿素包裹法是一種常用的、簡單易行的多不飽和脂肪酸的分離方法［6］.其原理是尿素分子在結(jié)晶過程中易與飽和或單不飽和脂肪酸形成較穩(wěn)定的晶體包合物，這種尿素－脂肪酸包合物在低溫條件下會(huì)結(jié)晶析出，而多不飽和脂肪酸由于雙鍵較多，碳鏈彎曲，且具有一定的空間結(jié)構(gòu)，不易被尿素所包合［7］.采用過濾方法除去飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸與尿素形成的包合物，即可獲得較高純度的多不飽和脂肪酸.

棉籽油脂肪酸的分離過程及步驟如圖1所示.

圖1 脂肪酸分離的工藝流程圖Fig.1 Flow sheet of fatty acid separation

3 脂肪酸分離工藝參數(shù)的確定

影響尿素包裹法分離效果的參數(shù)有尿素用量、溶劑用量、結(jié)晶溫度以及結(jié)晶時(shí)間、包裹次數(shù)等.分離加工脂肪酸的目的就是提高其低溫浮選效果，很明顯，母液中不飽和脂肪酸含量越高，其低溫浮選性能就越好［8］.所以可以用尿素包裹法分離所得母液配制成的捕收劑進(jìn)行浮選，以浮選效果來直接評(píng)定分離的最佳條件.

通過條件試驗(yàn)確定了在礦漿溫度15℃的條件下，齊大山混磁鐵精礦的反浮選最佳條件為：NaOH用量0.7 kg/t（pH＝11.5）、淀粉0.4 kg/t、CaCl20.1 kg/t，在捕收劑用量為0.6 kg/t時(shí)，通過浮選評(píng)價(jià)法得到棉籽油酸的最佳分離條件是：棉油脂肪酸（質(zhì)量g）∶尿素（質(zhì)量g）∶溶劑乙醇（體積mL）為1∶1.5∶4.5、結(jié)晶溫度5℃左右、結(jié)晶時(shí)間3 h、包裹次數(shù)2次為最佳分離條件.

4 復(fù)配捕收劑的試驗(yàn)結(jié)果與分析

鐵礦石陰離子反浮選是在強(qiáng)堿性礦漿條件下，用淀粉抑制鐵礦物，用鈣離子活化主要的雜質(zhì)硅酸鹽礦物，然后用陰離子脂肪酸類捕收劑來浮選鈣離子活化后的硅酸鹽礦物，從而達(dá)到提鐵降硅的目的.另外，也有采用陰離子反浮選去除鐵礦石中的有害雜質(zhì)，如磷、鈣、鋁等的實(shí)例［9-10］.

4.1 粗選捕收劑用量對(duì)浮選的影響

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：分離提純棉籽油酸后得到的母液中亞油酸和亞麻酸含量提高，低溫浮選效果也有很大提高，但在15℃浮選溫度下，其捕收能力和選擇性仍不夠強(qiáng).為進(jìn)一步加強(qiáng)其捕收性能，在上述分離的棉籽油酸母液中再復(fù)配16.7%的表面活性劑A（陰離子型）及少量烴類油作為最終復(fù)配捕收劑.為了研究復(fù)配的捕收劑的性能，用鞍鋼齊大山混磁精礦進(jìn)行低溫反浮選試驗(yàn)，在條件試驗(yàn)所確定的最佳藥劑條件下，進(jìn)行了粗選捕收劑用量試驗(yàn)，試驗(yàn)控制溫度在（15±2）℃.試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表2.

圖2 粗選捕收劑用量試驗(yàn)流程圖Fig.2 Flotation flowsheet for collector dosage in roughing

表2 粗選捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of collector dosage in roughing

從試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著捕收劑用量的增加，精礦品位會(huì)隨之升高，回收率迅速下降，在捕收劑用量為0.6 kg／t時(shí)尾礦品位急劇上升，精礦回收率很低；用量為0.4 kg／t與用量為0.5 kg／t相比，精礦品位略高，尾礦品位和回收率大致一樣.因此，粗選捕收劑用量確定為0.4 kg／t最佳.在一次粗選的條件下可得到63.5%的精礦，基本滿足要求，而尾礦品位為36.5%，需要進(jìn)行掃選.

4.2 掃選淀粉用量對(duì)浮選的影響

鐵礦石陰離子反浮選要維持在高堿度礦漿環(huán)境下是因?yàn)榛钚缘慕饘匐x子只有在高pH下才能活化石英［11-12］，所以掃選的pH值仍控制在前面粗選條件試驗(yàn)確定的最佳pH值11.5下，試驗(yàn)時(shí)用pH計(jì)控制NaOH添加量.掃選還要添加適量的淀粉來控制尾礦的鐵品位，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表3.

圖3 掃選淀粉用量試驗(yàn)Fig.3 Flowsheet for testof starch dosage in scavenger

表3 掃選淀粉用量試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results flotation test for starch dosage in scavenger

從試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著淀粉用量的增加，尾礦品位會(huì)下降，由于掃選的目的就是控制尾礦的品位，另外還要兼顧尾礦的產(chǎn)率，所以掃選淀粉用量確定為0.2 kg/t.

4.3 閉路流程試驗(yàn)

根據(jù)以上確定的藥劑制度粗選NaOH 0.7 kg/t（pH＝11.5）、淀粉0.4 kg/t、CaCl20.1 kg/t，捕收劑0.4 kg/t、掃選調(diào)pH 11.5，淀粉0.2 kg/t；在15℃溫度下進(jìn)行一粗一掃閉路浮選流程試驗(yàn)，閉路工藝流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表4.

圖4 閉路流程試驗(yàn)圖Fig.4 Flowsheet for closed circuit flotation test

閉路試驗(yàn)經(jīng)6個(gè)循環(huán)后達(dá)到平衡，取最后兩個(gè)循環(huán)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得最終浮選指標(biāo).

表4 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of closed circuit flotation

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，一粗一掃閉路流程可得到精礦品位為63.75%，回收率89.27%，尾礦品位13.39%的選礦指標(biāo).

5 結(jié)語

1）尿素包裹法分離提純脂肪酸后的母液是很好的低溫鐵礦石陰離子反浮選捕收劑原料，復(fù)配捕收劑對(duì)鐵礦石具有較強(qiáng)的捕收能力，且復(fù)配后的捕收劑整體成本較低.

2）棉油脂肪酸（質(zhì)量g）∶尿素（質(zhì)量g）∶溶劑乙醇（體積m L）為1∶1.5∶4.5、結(jié)晶溫度5℃左右、結(jié)晶時(shí)間3 h、包裹次數(shù)2次為尿素包裹法母液產(chǎn)品浮選齊大山鐵礦的最佳分離條件.

3）齊大山磁鐵精礦采用陰離子反浮選，在15℃低溫下，經(jīng)過一粗一掃浮選閉路流程可得到精礦品位63.75%，回收率89.27%，尾礦品位13.39%的選礦指標(biāo).

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Reverse flotation of iron ore using purified cotton seed fatty acid at am bient tem perature

WEIYi-he1，WEIJian-xun1，GUOWen-da1，Z HOU Gao-yun2
1.School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China 2.Beijing General Research Institute ofMining＆Metallurgy，Beijing 102600，China

To solve the problem of high energy consumption in heated reverse flotation of iron-ore，flotation tests with purified cotton seed fatty acid by urea adduct method were conducted under normal conditions（15℃）.Aimed at the reverse flotation of the magnetic concentrate of Qidashan iron ore，the optimum reagent consumption，sodium hydroxide of 0.7 kg／t，starch of 0.4 kg／t，calcium chloride of 0.1 kg／t，collector of 0.4 kg／t，and scavenging starch of 0.2 kg／t，were gotten.The grade of iron concentrate of 63.64%and recovery rate of 47.88%were obtained in open circuit test.The grade of iron concentrate of 63.55%and recovery rate of 89.47%were obtained in closed circuit test.The test results show that the collecting capacity of purified cotton seed fatty acid under normal conditions is strengthened，which is further enhanced after mixed with an anionic surfactant of 16.7%.It provides a potential way for solving the problem of high energy consumption and high cost in conventional heated reverse flotation.

cottonseed fatty acid；reverse flotation at ambient temperature；magnetic concentrate；urea adduct method；anionic collector

TD923

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.12.008

1674－2869（2015）12－0036－05

本文編輯：龔曉寧

2015－12－02

魏以和（1962－），男，湖北廣水人，教授.研究方向：選礦理論、藥劑及設(shè)備.