新型陽(yáng)離子捕收劑對(duì)東鞍山鐵礦的浮選試驗(yàn)研究

朱一民，郭文達(dá)，楊艷平，李艷軍，韓躍新

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

新型陽(yáng)離子捕收劑對(duì)東鞍山鐵礦的浮選試驗(yàn)研究

朱一民，郭文達(dá)，楊艷平，李艷軍，韓躍新

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

摘要：對(duì)東鞍山燒結(jié)廠選礦車間的混合磁選精礦(鐵品位(TFe)47.93%)進(jìn)行“提鐵降硅”時(shí)，采用了陰離子捕收劑加溫反浮選工藝。對(duì)礦漿進(jìn)行加溫，不僅需要消耗大量蒸汽，增加能耗；而且使浮選車間的工作環(huán)境相對(duì)較差。針對(duì)物料特性研發(fā)了一種新型陽(yáng)離子捕收劑DYP。在常溫下，按東鞍山燒結(jié)廠1粗1精3掃，中礦順序返回閉路浮選的現(xiàn)場(chǎng)工藝流程進(jìn)行反浮選，最終獲得精礦鐵品位(TFe)65.31%、回收率79.24%的良好指標(biāo)，藥劑制度簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)離子型捕收劑；東鞍山鐵礦；混合磁選精礦；反浮選

東鞍山鐵礦石包含礦物種類多，嵌布粒度細(xì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1]。東鞍山燒結(jié)廠處理此類礦石采用兩段連續(xù)磨礦、中礦返回再磨、重選、弱磁-強(qiáng)磁選以及陰離子捕收劑反浮選的生產(chǎn)工藝流程。反浮選最終得到鐵品位(TFe)和鐵回收率分別達(dá)64.80%和68.79%左右[2-3]。陰離子捕收劑以羧酸類捕收劑為主，由于該類捕收劑原料來(lái)源廣，可供選擇的捕收劑種類多，在我國(guó)大多選礦廠得到應(yīng)用[4]。但陰離子捕收劑反浮選工藝浮選藥劑制度相對(duì)復(fù)雜，多數(shù)需要在35℃左右才能有較好的浮選性能，加溫浮選必定會(huì)增加生產(chǎn)成本降低經(jīng)濟(jì)效率。

陽(yáng)離子捕收劑反浮選藥劑制度簡(jiǎn)單，反浮選脫硅通常不需要加活化劑；陽(yáng)離子捕收劑有著良好的耐低溫性能，可以在10℃左右就可以進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。而且陽(yáng)離子捕收劑與礦物的反應(yīng)速度較快，可以減少浮選時(shí)間[5-6]。本研究以東鞍山燒結(jié)廠磁選后的混合磁選精礦為試樣，以新型陽(yáng)離子捕收劑DYP為捕收劑進(jìn)行反浮選實(shí)驗(yàn)，研究東鞍山燒結(jié)廠實(shí)現(xiàn)常溫浮選的可行性。

1試樣性質(zhì)

1.1試樣組成分析

試樣的X射線衍射分析、多元素分析、鐵物相分析結(jié)果分別如圖1、表1、表2所示。

表1　試樣化學(xué)多元素分析

表2　試樣鐵物相分析結(jié)果

從圖1可以看出，試樣中的主要礦物有赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦以及石英。

從表1可以看到，試樣鐵品位(TFe)為47.93%。主要元素有鐵、硅，還有少量的鋁、鈣、錳等元素。有害元素磷、硫的含量較少，主要脈石礦物是二氧化硅。

從表2可以看到，試樣中鐵礦物主要有赤鐵礦(占55.97%)、磁鐵礦(占38.18%)；兩者之和占試樣總鐵礦物的94.15%，所以主要回收赤鐵礦、磁鐵礦。

1.2試樣粒度分析

試樣的粒度分析如表3所示。

圖1　試樣X(jué)RD分析圖譜

粒級(jí)/mm產(chǎn)率/%品位(TFe)/%鐵分布率/%+0.150.2027.990.12-0.15+0.0743.6618.891.44-0.074+0.0454.3418.691.70-0.045+0.0386.6522.723.16-0.03885.1452.6293.58合計(jì)100.0047.87100.00

從表3可以看出，試樣粒度小于0.074mm的占96.14%，可見(jiàn)無(wú)需額外磨礦。粒度小于0.038mm的占85.14%且此粒級(jí)鐵品位(TFe)為52.62%，分布率占到93.58%，可見(jiàn)試樣中目的回收礦物的粒度較細(xì)。

2實(shí)驗(yàn)方案

試樣主要脈石礦物是二氧化硅，使用新型陽(yáng)離子捕收劑DYP作為捕收劑，以羧甲基淀粉為鐵的抑制劑，在常溫25℃下反浮選脫硅提鐵。首先進(jìn)行條件實(shí)驗(yàn)確定最佳的浮選條件；然后在最佳的條件下進(jìn)行開(kāi)路實(shí)驗(yàn)以確定各浮選階段的浮選精礦鐵品位(TFe)和回收率；最后進(jìn)行浮選閉路實(shí)驗(yàn)，確定最佳浮選流程及得到的最終指標(biāo)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1條件實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用了型號(hào)為XFGC150的掛槽式浮選機(jī)，配備400ml的浮選槽。每次浮選實(shí)驗(yàn)取150.00g試樣，并加自來(lái)水配制成37.5%的礦漿。浮選機(jī)攪拌速度1992r/min。礦漿攪拌3min，加入pH調(diào)整劑(1%H2SO4或2%NaOH)控制pH=7.56，攪拌3min后加入抑制劑羧甲基淀粉，接著攪拌3min，加入捕收劑DYP；繼續(xù)攪拌5min，最后浮選刮泡5min。浮選條件實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

圖2　浮選條件實(shí)驗(yàn)流圖

3.1.1粗選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮選溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為1992r/min，礦漿濃度37.5%，礦漿pH值為7.56，抑制劑羧甲基淀粉用量1400g/t時(shí)，改變捕收劑用量，分別為150g/t、160g/t、180g/t、200g/t、220g/t。按圖2所示浮選流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究捕收劑用量對(duì)浮選結(jié)果的影響。DYP用量對(duì)浮選效果的影響如圖3所示。

從圖3 可以看出，當(dāng)粗選捕收劑DYP用量從150g/t增加到220g/t時(shí)，精礦鐵品位(TFe)呈緩慢上升的趨勢(shì)，但變化不大。然而回收率卻從63.27%下降到52.59%；當(dāng)捕收劑用量超過(guò)180g/t后回收率下降幅度增大。綜合考慮精礦的鐵品位(TFe)及回收率，粗選捕收劑DYP用量選擇180g/t，此時(shí)粗選精礦鐵品位(TFe)60.16%、回收率62.57%。

3.1.2抑制劑用量實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮選溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為1992r/min，礦漿濃度37.5%，礦漿pH值為7.56，捕收劑DYP用量180g/t，改變抑制劑羧甲基淀粉的用量，分別為1200g/t、1300g/t、1400g/t、1500g/t、1600g/t。按圖2所示浮選流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究捕收劑用量對(duì)浮選結(jié)果的影響。羧甲基淀粉對(duì)浮選效果的影響見(jiàn)圖4。

圖3　DYP用量對(duì)浮選效果的影響

圖4　羧甲基淀粉對(duì)浮選效果的影響

從圖4 可以看出，當(dāng)抑制劑用量從1200g/t增至1300g/t時(shí)精礦回收率和鐵品位(TFe)均有所增加；進(jìn)一步增加抑制劑用量，回收率雖然上升了，但是精礦品位卻下降，說(shuō)明此時(shí)抑制劑不僅抑制了鐵礦物而且開(kāi)始抑制脈石石英。綜合考慮精礦回收率和鐵品位(TFe)，抑制劑羧甲基淀粉的用量為1400g/t合適，此時(shí)精礦鐵品位(TFe)為60.86%，回收率為66.52%。

3.1.3礦漿pH值實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮選溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為1992r/min，礦漿濃度37.5%，抑制劑用量為1400g/t，捕收劑DYP用量為180g/t，調(diào)節(jié)礦漿pH值分別為3.37、5.50、7.56、9.36、11.31、12.03。按圖2所示浮選流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究礦漿pH對(duì)浮選結(jié)果的影響。礦漿pH值對(duì)浮選效果的影響見(jiàn)圖5。

圖5　礦漿pH值對(duì)浮選效果的影響

從圖5 可以看出，隨著礦漿pH值的增加，精礦鐵品位(TFe)先上升后下降，說(shuō)明強(qiáng)酸或強(qiáng)堿下捕收劑浮選效果均不理想；這與pH對(duì)石英單礦物的浮選影響是一致的[7]。礦漿pH呈中性(即pH=5.5～9.36)時(shí)就能達(dá)到較好的浮選效果，為了簡(jiǎn)化流程以及節(jié)約藥劑費(fèi)用，礦漿pH值為7.56(即礦漿自然pH值)較為合理，此時(shí)精礦鐵品位(TFe)和回收率分別為60.50%和73.17%。

3.1.4精選捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

當(dāng)浮選溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為1992r/min，礦漿濃度37.5%，pH值為7.56，抑制劑用量為1400g/t，粗選捕收劑DYP用量為180g/t。改變精選捕收劑用量分別為10g/t、20g/t、30g/t、40g/t、50g/t。按如圖6 所示流程進(jìn)行浮選，探究最佳精選捕收劑用量，精選DYP對(duì)浮選效果的影響圖7。

圖6　精選捕收劑用量條件試驗(yàn)流程

圖7　精選DYP對(duì)浮選效果的影響

從圖7可以看出，精選捕收劑用量從10g/t增至50g/t過(guò)程中精礦鐵品位(TFe)從62.49%升至65.13%，然而鐵回收率卻從47.16%降至28.89%。綜合考慮精礦鐵品位(TFe)、回收率，精選捕收劑用量為30g/t合適，此時(shí)精礦鐵品位(TFe)為64.41%，回收率為37.13%。

3.2浮選開(kāi)路實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過(guò)上述條件實(shí)驗(yàn)確定了浮選的藥劑制度，操作條件。在最佳條件下進(jìn)行如圖8所示的開(kāi)路實(shí)驗(yàn)。

從表4中可以看出，使用新型陽(yáng)離子捕收劑DYP反浮選，經(jīng)過(guò)1粗1精3掃的開(kāi)路流程，最終獲得精礦鐵品位(TFe)65.39%，回收率41.17%；尾礦品位18.19%的指標(biāo)。

3.3浮選閉路試驗(yàn)

根據(jù)開(kāi)路實(shí)驗(yàn)確定的浮選流程和藥劑制度，進(jìn)行閉路實(shí)驗(yàn)。確定新型捕收劑處理此礦石的最終指標(biāo)。最終數(shù)質(zhì)量流程圖如圖9所示。

從閉路實(shí)驗(yàn)的數(shù)質(zhì)量流程圖9可以看出，在常溫25℃下，新型陽(yáng)離子捕收劑DYP作為捕收劑反浮選東鞍山燒結(jié)廠的混合磁選精礦，進(jìn)行1粗1精3掃中礦順序返回閉路浮選，能獲得精礦鐵品位(TFe)65.31%、回收率79.24%，尾礦中鐵品位(TFe)23.03%、回收率20.76%的良好指標(biāo)。

4藥劑與石英相互作用機(jī)理

石英在蒸餾水中、捕收劑DYP中、以及抑制劑羧甲基淀粉和捕收劑DYP共同作用體系下，表面ζ-電位與礦漿pH的關(guān)系見(jiàn)圖10。捕收劑DYP濃度為50mg·L-1，抑制劑羧甲基纖維素濃度為20mg·L-1。

圖8　開(kāi)路試驗(yàn)流程圖和藥劑制度

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率%品位/%回收率/%精礦30.3065.3941.17中礦116.3354.6918.56中礦210.3159.6512.78中礦39.0757.6610.87中礦47.2045.516.81尾礦26.8018.1910.13原礦100.0048.12100.00

圖9　浮選閉路試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程

圖10　藥劑對(duì)石英表面動(dòng)電位的影響

石英在蒸餾水中表面ζ-動(dòng)電位曲線可知，石英的零電點(diǎn)為pH值2.20。當(dāng)pH值小于2.20時(shí)，石英表面荷正點(diǎn)，與捕收劑DPY無(wú)法發(fā)生靜電吸附。石英中硅原子屬于P區(qū)元素，其價(jià)電子構(gòu)型為3s23p2沒(méi)有空軌道，不能與含有孤電子對(duì)的基團(tuán)發(fā)生配位鍵合，所以捕收劑DYP與石英之間不存在鍵合吸附。而石英在捕收劑DPY體系中表面電位卻發(fā)生了微量變化所以此時(shí)石英與捕收劑之間以氫鍵形式發(fā)生吸附。當(dāng)pH值大于2.20時(shí)，石英表面荷負(fù)電，與捕收劑DYP發(fā)生靜電吸附。

石英與捕收劑DYP作用后的表面ζ-電位曲線可知，在捕收劑DYP體系下，石英的零電點(diǎn)降至pH值9，說(shuō)明石英表面吸附大量的捕收劑DPY。

石英與抑制劑羧甲基淀粉和DYP同時(shí)作用后的表面ζ-電位曲線，同石英與DYP作用后ζ-電位曲線相比可知，發(fā)現(xiàn)兩條曲線的變化趨勢(shì)和程度非常

接近，證明在捕收劑DYP體系下，抑制劑羧甲基淀粉在石英表面的吸附很弱。

5結(jié)論

1)實(shí)驗(yàn)室合成的新型陽(yáng)離子捕收劑DYP可以作為東鞍山燒結(jié)廠混合磁選精礦的有效反浮選捕收劑，可以適當(dāng)降低浮選溫度。在常溫下經(jīng)過(guò)1粗1精3掃中礦順序返回的浮選流程將入選鐵品位(TFe)從48.12%提高到65.31%，作業(yè)回收率為79.24%的良好指標(biāo)。

2)捕收劑DYP作為反浮選捕收劑浮選東鞍山燒結(jié)廠混合磁選精礦的藥劑制度簡(jiǎn)單，不需要加pH調(diào)整劑、活化劑。

3)新型陽(yáng)離子捕收劑DPY能有效吸附在脈石礦物石英表面，存在靜電吸附和氫鍵吸附。

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Flotation experiments of a new cationic collector for Donganshan’s iron ore

ZHU Yi-min，GUO Wen-da，YANG Yan-ping，LI Yan-jun，HAN Yue-xin

(College of Resources and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819，China)

Abstract:During the process of increasing iron and reducing silicon from the mixed magnetic concentrate (iron grade 47.93%) adopted by Donganshan sintering plant，anionic collector reverse flotation at high temperature has been undertaking.Heating the pulp not only need to consume a lot of steam，which increases energy consumption but also make flotation plant working environment bad.After studying the characters of mixed magnetic concentrate in Donganshan sintering plant，a new cationic collector DYP was prepared by Northeastern University.At the temperature 25℃，collector DYP acts the reverse flotation collector and imitates the actual product flow(one time of rough flotation，one time of concentration and three times of scavenging in closed circuit) taking the flotation experiments.Finally，a product with a iron grade of 65.31%and a iron recovery of 79.24% is obtained and the reagent system is more easy.

Key words：cationic collector；Donganshan’s iron ore；mixed magnetic concentrate；reverse flotation

收稿日期：2015-02-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：51274056；51474055)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目資助( 編號(hào)：20120BAB14B05)；中國(guó)地質(zhì)大調(diào)查計(jì)劃項(xiàng)目資助( 編號(hào)：12120113086600)。

作者簡(jiǎn)介：朱一民(1964-)，女，教授，博士。 通訊作者：郭文達(dá)(1991-)，男，碩士生，攻讀東北大學(xué)礦物加工浮選藥劑方向。E-mail：gedaya123@163.com。

中圖分類號(hào)：TD923+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)03-0097-05