浮選藥劑概述

胡繼文丁 國邢 軼

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古包鋼（集團(tuán)）股份有限公司 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

浮選藥劑概述

胡繼文1,2丁 國1邢 軼2

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古包鋼（集團(tuán)）股份有限公司 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

本文簡要介紹了白云鄂博鐵礦主要成分、分布狀況，簡單敘述了白云鄂博是內(nèi)蒙古地區(qū)最大的鋼鐵能源基地，是以鐵、稀土、釷、鈮等為主的多元素共生礦，及儲(chǔ)量分布。概述了鐵礦浮選基本流程及鐵礦浮選藥劑種類。介紹了鐵礦浮選藥劑的的研究開發(fā)狀況，對(duì)新型鐵礦浮選藥劑的性能進(jìn)行了評(píng)述并指出鐵礦浮選藥劑的發(fā)展趨勢(shì)。

鐵礦；浮選藥劑； 陽離子捕收劑 ；陰離子捕收劑；抑制劑

1.前言

白云鄂博鐵礦是以鐵、稀土、釷、旎為主的多元素共生礦，按其數(shù)量和用途應(yīng)以鐵為主，但按其價(jià)值講稀土則為重要資源，特別是釷、鈮礦物因其特殊用途，雖然數(shù)量較少，但其重要性卻不亞于鐵。白云鄂博的稀上資源中有98％是輕稀土。稀土可應(yīng)用于冶金、電子、化學(xué)等領(lǐng)域，在激光以及耐熱合金和超導(dǎo)體方面有廣泛的應(yīng)用前景。釷在發(fā)展核電方面有著巨大的潛力，白云鄂博礦釷儲(chǔ)量221412噸（二氧化釷），占我國釷總儲(chǔ)量286335噸的77.3％，僅次于世界第一的印度343000噸。美國國防部和日本防衛(wèi)廳都把釷、鈾等除钷以外的16種稀土元素定為戰(zhàn)略元素，法律規(guī)定國家要有一定量的儲(chǔ)備。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，白云鄂博的稀土、釷、鈮等資源具有比鐵資源更大的開發(fā)利用價(jià)值。2005年徐光憲、師昌緒等十五位院士聯(lián)名向國務(wù)院建議，應(yīng)該保護(hù)白云鄂博釷和稀土資源，逐步減少開采主礦和東礦而增加開采西礦，并最終封存主礦和東礦。具體來說，2004年主東礦實(shí)際開采1000萬噸，建議2005年起逐年減少，至2007年底減至500萬噸，2009年減至300萬噸，2012年起停止開采，把主礦和東礦封存起來，用尾礦壩提供稀土的需要，并恢復(fù)植被。

2.鐵礦浮選藥劑

鐵礦石中的主要脈石礦物是石英。浮選是富集細(xì)粒嵌布（＜149μm）礦石的常用方法。主要有幾種不同的浮選鐵礦石的流程：1.用陽離子捕收劑反浮選石英；2.用陰離子捕收劑正浮選鐵礦物；3.用陰離子捕收劑反浮選活化后的石英。在1930年～1940年期間，大多數(shù)這類研究在美國進(jìn)行。Hanna Mining和Cyanamid公司聯(lián)合開發(fā)了兩種陰離子捕收劑浮選流程。后一種流程20世紀(jì)50年代美國礦業(yè)局（USBM）在密歇根和明尼蘇達(dá)開發(fā)了陽離子捕收劑反浮選流程，該工藝以后成為美國和其它西方國家十分流行的鐵礦浮選方法。陽離子捕收劑反浮選的第一次應(yīng)用主要依賴于脂肪胺，后來用更有效的醚胺替代。

長期以來陽離子捕收劑反浮選流程成為最廣泛應(yīng)用的方法。用乙酸部分中和的醚胺（R-(OCH2)3-NH2）浮選石英。中和度是一個(gè)很重要的參數(shù)。較高的中和度可增加捕收劑的溶解度,但會(huì)削弱浮選行為。目前供應(yīng)的大多數(shù)醚胺中和度為25％～30％。醚二胺和單醚胺混合應(yīng)用可改善某些類型的鐵礦的浮選行為。在一些選礦廠中，用燃料油部分代替胺[1]。燃料油的乳化在工藝中起著相當(dāng)重要的作用，考慮到燃料油的價(jià)格比胺低，用普通起泡劑部分代替胺的可能性已經(jīng)被研究，但是還需要做進(jìn)一步研究。

氧化鐵礦的陰離子捕收劑正浮選似乎是對(duì)低品位礦石或目前尾礦庫中堆存的物料富集有吸引力。用脂肪酸作捕收劑，但脈石礦物的抑制劑一直是個(gè)需要攻克的難題[2]。

2.1 脫泥

USBM制定的陽離子捕收劑反浮選鐵礦物前需要脫泥作業(yè)。礦粒在礦漿中的適當(dāng)分散度是有效脫泥的必備條件。一種簡單而廉價(jià)的方法是用大量的NaOH提高pH，使礦粒得到高度分散，這可增大礦粒間的電荷排斥力。簡單和可靠的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提供了分散度與脫泥效果的相關(guān)性，這是預(yù)測浮選指標(biāo)方法。Peres等研究了采自巴西CVRD礦山的9個(gè)樣品的上述相關(guān)性。pH值高于8時(shí)，全部樣品的分散度沒有明顯的增加。除了兩個(gè)樣品具有天然的高分散度外，含泥量(浮選給礦中定量測定的含泥量) 對(duì)鐵礦的浮選性均有影響。

Queiroz證明，對(duì)鐵英巖型鐵礦石采用擦洗可增加礦泥產(chǎn)率和浮選精礦產(chǎn)率，降低浮選尾礦和礦泥鐵品位，同時(shí)降低精礦中的SiO2、Al2O3和P含量，提高Gaudin選擇性指數(shù)。除了改善浮選工藝性能外，擦洗還可降低捕收劑消耗量。

2.2 陽離子捕收劑

在早期USBM制定的工藝中使用的脂肪伯胺現(xiàn)在不再用于浮選鐵礦了[3]。在脂肪伯胺的R基團(tuán)和NH2極性基之間插入(O-CH2)3極性基團(tuán)來改進(jìn)伯胺的性質(zhì)。由于有具有機(jī)醚官能特性的C-O共價(jià)鍵存在，所以，這類藥劑屬于所謂的醚胺類。親水基團(tuán)的存在改善了藥劑的溶解性，促進(jìn)藥劑進(jìn)入固—液和液—?dú)饨缑嫔?，增?qiáng)氣泡周圍液膜的彈性，也影響極性基團(tuán)的偶極矩，縮短主要介電弛豫時(shí)間（偶極重新定向的時(shí)間）。這個(gè)特性可能與胺的起泡性能有關(guān)。起泡劑影響礦粒與氣泡之間的粘附動(dòng)力學(xué)，使弛豫時(shí)間比接觸時(shí)間短。在這些條件下，碰撞時(shí)間比氣泡周圍水膜變薄和破裂所需要的時(shí)間要長。

Papini等人完成了巴西Iron Quadrangle鐵礦的大量小型浮選粗選試驗(yàn)。選擇了不同陽離子捕收劑：脂肪一元胺、脂肪二胺、一元醚胺、二元醚胺、縮合物、煤油與胺的混合物。脂肪胺和縮合物浮選得到的精礦硅含量非常高。對(duì)于所研究的特定礦石來說，試驗(yàn)表明，一元醚胺的捕收效果優(yōu)于二元醚胺，與預(yù)料不同的是，第二個(gè)極性基團(tuán)增加了它的捕收能力。另一方面,對(duì)于同樣的礦物，當(dāng)與煤油聯(lián)合使用時(shí)，二元胺比一元胺更有效。在大型選礦廠中，為了降低精礦中的硅含量，常?；旌鲜褂枚泛鸵辉?。當(dāng)需要生產(chǎn)直接還原鐵精礦的時(shí)候，二元胺的用量比例可以大些。在選礦廠實(shí)踐中，混合使用醚胺和巴西“柴油”。這種產(chǎn)品類似于廣泛應(yīng)用于美國佛羅里達(dá)磷酸鹽礦物浮選的ASTM5#燃料油。將油乳化到胺溶液中是這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵。捕收劑混合物中油的比例約為20％。采用這個(gè)比例可以減少胺的消耗，并且不影響浮選回收率。對(duì)應(yīng)用柴油的選礦廠尾礦庫中的廢水分析已超過一年，試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)有害的影響。廢水的特性類似于使用柴油以前的情況。檢測到苯酚的含量增加，但是這些苯酚可能來自另外的源頭（如維修車間）的可能性。脂肪酸乳化的非極性油曾經(jīng)在瑞典和俄羅斯氧化鐵礦陰離子捕收劑浮選中得到成功的應(yīng)用。

2.3 陰離子捕收劑

氧化鐵礦陰離子捕收劑浮選是過去鐵選礦廠工業(yè)實(shí)踐的代表[4]。Gelmbotsky指出：“顯然，陽離子捕收劑反浮選比陰離子捕收劑正浮選沒有基本的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于每一種特定的情況，捕收劑的選擇主要決定于經(jīng)濟(jì)性和調(diào)整劑的效果”。對(duì)低品位鐵礦、表外礦和老尾礦，氧化鐵礦的正浮選似乎仍具有吸引力。然而，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室研究表明，用陰離子捕收劑（脂肪酸）或兩性捕收劑（肌氨酸和磺化琥珀酸鹽）浮選氧化鐵礦可生產(chǎn)含硅量高的精礦。在這個(gè)體系中，硅酸鈉不是有效的抑制劑。由于其價(jià)格高,羥肟酸的應(yīng)用潛力還未顯示出來。

2.4 抑制劑

在鐵礦浮選中，淀粉是氧化鐵礦物的常用抑制劑，淀粉可以從幾種植物（如玉米、木薯、馬鈴薯、小麥、大米和竹芋等）中提取。在礦物工業(yè)中，玉米淀粉至今是應(yīng)用最廣泛的一種。

從1978年，巴西就在鐵礦浮選中使用玉米淀粉[5]。這種藥劑的商品名為Collamil，它由非常細(xì)和純的產(chǎn)品組成。直鏈淀粉和支鏈淀粉的干基總含量達(dá)到98％～99％，還含有少量的纖維、礦物質(zhì)、油和蛋白質(zhì)。這種淀粉用于Samarco選礦廠，也用在磷酸鹽選礦廠中。

工業(yè)實(shí)踐結(jié)果表明，非傳統(tǒng)淀粉的使用不會(huì)損害選礦廠的冶金指標(biāo),即鐵的回收率和精礦中有害雜質(zhì)的含量。

替代的非傳統(tǒng)抑制劑的價(jià)格約為傳統(tǒng)淀粉價(jià)格的一半。有8個(gè)較強(qiáng)競爭力的不同的供應(yīng)商，因此，淀粉用戶比先前壟斷時(shí)候有更寬松的環(huán)境。

盡管工業(yè)實(shí)踐證實(shí)，兩種淀粉的性能相近,但傳統(tǒng)淀粉的供應(yīng)商認(rèn)為，淀粉中的蛋白質(zhì)對(duì)浮選可能有害。改進(jìn)的哈里蒙德管微浮選試驗(yàn)結(jié)果表明，蛋白質(zhì)含量最豐富的玉米蛋白是赤鐵礦的抑制劑，其抑制能力與支鏈淀粉和傳統(tǒng)玉米淀粉相同。

非傳統(tǒng)淀粉提供合適的工業(yè)指標(biāo)不是偶然的。從Pinto等人的微量浮選試驗(yàn)結(jié)果可知，支鏈淀粉是抑制赤鐵礦更有效的淀粉化合物。一個(gè)玉米淀粉產(chǎn)品供應(yīng)商開發(fā)出了一種普通的改性淀粉產(chǎn)品——“Waxy玉米淀粉”，它的支鏈淀粉含量為96％，而普通的黃玉米制成的淀粉中支鏈淀粉與直鏈淀粉之比為75％：25％。在工業(yè)上使用Waxy玉米淀粉的優(yōu)勢(shì)并沒有看到，而產(chǎn)品也相當(dāng)昂貴。

淀粉含油量高于1.8％，就應(yīng)考慮泡沫穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)問題。如果礦石的燒損成分高，這種危險(xiǎn)還增大。

為了增大玉米淀粉的溶解度，有兩個(gè)可能的方法：在56℃的水中加熱淀粉懸浮液或添加NaOH。由于在選礦廠中應(yīng)用熱水有一定的危險(xiǎn)性，所以，目前所有公司均采用苛性鈉方案。由于NaOH成本高，價(jià)格波動(dòng)大，加熱方案應(yīng)受到關(guān)注，有可能變得具有吸引力。

從其它原料提供的抑制劑中，羧甲基纖維素（CMC）是目前潛力最大的一種。從技術(shù)上已證明這種藥劑可以替代淀粉。分別對(duì)Quadrangle鐵礦的不同鐵礦石開展使用商業(yè)品級(jí)的CMC系列實(shí)驗(yàn)室研究計(jì)劃，包括替代的用量和不同分子量的CMC試驗(yàn)。通常，全部CMC試驗(yàn)獲得的精礦硅含量比使用淀粉時(shí)低些，但迄今為止,CMC試驗(yàn)獲得的尾礦鐵品位略高。

從運(yùn)行成本的競爭力來考慮，CMC的操作用量至多為淀粉的1/5。CMC試驗(yàn)的用量范圍是淀粉用量的1/10～1/5。即使CMC用量為淀粉量的1/10時(shí)，一些CMC獲得了相當(dāng)好的結(jié)果。在研究中的另一個(gè)選擇是使用合成的絮凝劑類聚合物，部分替代淀粉。對(duì)陰離子、陽離子和非離子聚丙烯酰胺進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)。這些藥劑高得多的價(jià)格可以通過低得多的用量獲得應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[6-7]。

2.5 起泡劑

盡管在美國鐵礦反浮選中使用專用的起泡劑（乙醇和聚丙烯乙二醇）存有記錄。但它們的使用不是常用的工業(yè)實(shí)踐。浮選是在胺類陽離子和分子組分穩(wěn)定的pH范圍內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)陽離子組分起捕收劑作用，而分子組分起到起泡劑作用。用專用的起泡劑部分替代胺的實(shí)驗(yàn)室研究正在進(jìn)行中（單礦物浮選和礦石浮選）。目前獲得的結(jié)果是具有吸引力的。

在一系列試驗(yàn)中，用合成的聚乙二醇類起泡劑約替代10％胺總用量可提高浮選鐵回收率和選擇性。松醇油起泡劑替代胺時(shí)也取得較好的結(jié)果。另一方面，直鏈醇試驗(yàn)結(jié)果表明，與單用胺相比，浮選指標(biāo)沒有改善。

2.6 非離子表面活性劑

Filho L等人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的非離子表面活性劑對(duì)用醚胺陽離子捕收劑浮選石英的影響試驗(yàn)。所試驗(yàn)的藥劑是乙氧化的壬基苯酚，其中有兩個(gè)或四個(gè)乙烯氧化物和乙氧化的脂肪醇。有兩個(gè)乙烯氧化物的壬基苯酚與醚胺按1∶4比例聯(lián)合使用，可提高石英的可浮性20％。藥劑也明顯改善了系統(tǒng)的泡沫特性,降低了系統(tǒng)的表面張力。

3.結(jié)語

我國鐵礦資源豐富,但隨著開采的深入,易選富礦越來越少,取而代之的是難選貧礦越來越多。對(duì)于難選貧礦來說,僅靠傳統(tǒng)的磁選工藝難以達(dá)到冶煉的要求,于是浮選在鐵礦選礦中所占的地位越來越重要。浮選之所以能被廣泛應(yīng)用于礦物加工,重要的原因在于它能通過浮選藥劑靈活有效的控制浮選過程,成功的將礦物按人們的要求加以分開,使資源得到綜合利用。高效的、選擇性好的浮選藥劑的研究和發(fā)展,成為引領(lǐng)浮選工藝發(fā)展的重要因素。

[1]胡龍,鄭懷昌,肖剛.鐵礦浮選工藝的發(fā)展[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010, (1): 23-27.

[2]劉靜,張建強(qiáng),劉炯天.鐵礦浮選藥劑現(xiàn)狀綜述[J].中國礦業(yè), 2007,16(2): 106-108.

[3]羅秋良.鉀礦浮選藥劑進(jìn)展[J].國外金屬礦選礦,1988, (1): 34-36.

[4]H·K·阿爾蓋布拉依斯多娃, 汪鏡亮, 雨田. 浮選含金礦石的新藥劑[J]. 國外金屬礦選礦, 2006, (1): 11-12.

[5]朱建光.2008年浮選藥劑的進(jìn)展[J]. 國外金屬礦選礦, 2009, (1): 2-8.

[6]葛英勇,余俊,朱鵬程.鐵礦浮選藥劑評(píng)述[J]. 現(xiàn)代礦業(yè),2009, (11): 6-10.

[7]A·C·阿魯基奧,周海波,肖力子.浮選鐵礦的藥劑[J].國外金屬礦選礦, 2009, (Z1): 4-7.

Summary of flotation reagents

HU Ji-wen1,212., DING Guo, XING Yi1, Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia, Baotou 014010, China; 2, Inner Mongolia Baotou Steel (group) co., LTD., Inner Mongolia, Baotou 014010, China

This paper briefly introduced the main composition, distribution of baiyun obo ore, simple describes the baiyun obo is one of the largest steel in Inner Mongolia energy base, is the iron, rare earth, thorium, niobium multielement GongShengKuang, distribution and reserves. Outlines the iron ore flotation basic flow and kinds of iron ore flotation reagents. Of iron ore flotation reagents introduced the research and development status, the performance of the new iron ore flotation reagents are reviewed and pointed out the development trend of iron ore flotation reagents.

Iron ore; Flotation reagents; Cationic collector; Anionic collector; Inhibitors

O658.6+6

A

1009-5624-（2016）03-0004-03