油酸鈉體系下細(xì)粒赤鐵礦精礦過(guò)濾影響因素研究

潘 登 張 芹 吳 梅 曾 睿 李 煉(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

我國(guó)高品位赤鐵礦石資源極度匱乏，普遍可見(jiàn)的為細(xì)粒嵌布的低品位赤鐵礦石資源[1]，單一磁選工藝處理這類赤鐵礦石資源難以獲得高品位鐵精礦，以油酸鈉為捕收劑，對(duì)磁選鐵精礦進(jìn)行浮選能顯著提高精礦鐵品位。然而，細(xì)粒赤鐵礦的油酸鈉浮選泡沫不僅豐富，而且礦漿發(fā)黏，影響精礦過(guò)濾效率[2]。要解決油酸鈉浮選體系下細(xì)粒赤鐵礦精礦的過(guò)濾問(wèn)題，就必須查明哪些因素是影響過(guò)濾的顯著因素，為后續(xù)解決問(wèn)題指明方向。

1 試樣與藥劑

1.1 試 樣

試樣為武鋼工業(yè)港巴西某赤鐵礦精礦，密度為4.1 g/cm3，鐵品位為64.22%，用行星磨磨至表1所示的粒度。

表1 試樣粒度分析結(jié)果Table 1 Particle size distribution of the sample

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)用油酸鈉(C18H33NaO2)為分析純?cè)噭?，由?guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，配制成濃度為0.1%的溶液使用；玉米淀粉((C6H10O5)n)為食品級(jí)試劑，由廣西橫縣嘉輝工貿(mào)有限公司生產(chǎn)，配制成濃度為0.3%的溶液使用；pH調(diào)整劑NaOH、H2SO4均為分析純?cè)噭?，由?guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，配制成濃度為1 mol/L的溶液使用。

2 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取20 g試樣置于100 mL燒杯中，加入蒸餾水及藥劑定容至50 mL，以350 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min，將已潤(rùn)濕的濾紙(φ150 mm)置于φ120 mm漏斗中，再將攪拌好的礦漿注入漏斗中，使過(guò)濾系統(tǒng)的真空度穩(wěn)定在0.06 MPa情況下打開(kāi)閥門，恒壓過(guò)濾2.5 min，記錄每獲得5 mL濾液所需的時(shí)間[3]。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1，參照文獻(xiàn)[4]對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

圖1 真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Vacuum filtration experimental apparatus1—過(guò)濾漏斗；2—盛液量筒；3—抽濾瓶；4—閥門;5—壓力表;6—閥門;7—緩沖瓶;8—真空泵

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 油酸鈉用量對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦過(guò)濾效果的影響

在礦漿自然pH(pH=6.3)、不添加淀粉、溫度為20 ℃情況下進(jìn)行油酸鈉的用量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 油酸鈉用量對(duì)赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.2 Effect of the dosage of sodium oleate on the filter cake resistance of hematite concentrate

由圖2可知：隨著油酸鈉用量的增加，赤鐵礦精礦濾餅的比阻持續(xù)增大，當(dāng)油酸鈉用量超過(guò)1 600 g/t后，濾餅比阻急劇增大，使得過(guò)濾過(guò)程幾乎無(wú)法進(jìn)行。

添加油酸鈉后，濾餅比阻增大可能是由于油酸鈉吸附于赤鐵礦表面，使物料表面荷負(fù)電，顆粒間的相互排斥阻礙了顆粒的靠近，從而阻礙了顆粒間液體的排出。

3.2 油酸鈉不同用量下礦漿pH對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦過(guò)濾效果的影響

礦漿pH對(duì)赤鐵礦吸附油酸鈉后表面電位有較大的影響，為此在不同油酸鈉用量下探究赤鐵礦精礦濾餅比阻與礦漿pH的關(guān)系。礦漿pH試驗(yàn)在不添加淀粉、溫度為20 ℃情況下進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)圖3.

圖3 不同油酸鈉用量下pH對(duì)赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.3 Effect of pH on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由圖3可知：pH≤4時(shí)，油酸鈉用量為0情況下的濾餅比阻變化不大，添加了油酸鈉后，隨著礦漿酸性的增強(qiáng)，濾餅比阻逐漸減小，且油酸鈉用量越大比阻減小幅度越大；pH=4～10時(shí)，赤鐵礦精礦的濾餅比阻受礦漿pH變化的影響不大；繼續(xù)增大礦漿pH，濾餅比阻不同程度增大。強(qiáng)酸性條件下油酸鈉對(duì)赤鐵礦精礦過(guò)濾的阻礙作用較小可能是由于此時(shí)油酸鈉幾乎不能吸附于赤鐵礦表面，因而無(wú)法影響過(guò)濾過(guò)程所致。強(qiáng)堿性條件下，油酸鈉用量較低或不添加油酸鈉情況下，濾餅比阻較低可能與物料表面的Zeta電位的變化有關(guān)[5]；pH=12、油酸鈉用量為1 200 g/t和1 600 g/t時(shí)的濾餅比阻相當(dāng)，說(shuō)明油酸鈉用量為 1 200 g/t時(shí)可能已達(dá)到吸附飽和。同時(shí)，堿性環(huán)境下OH-的加入，在赤鐵礦表面形成Fe(OH)2與 Fe(OH)3親水性表面膜，不利于濾餅中水分的流動(dòng)也可能是導(dǎo)致濾餅比阻增大的原因。

3.3 油酸鈉不同用量下溫度對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦過(guò)濾效果的影響

溫度試驗(yàn)在礦漿自然pH、不添加淀粉情況下進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知：無(wú)論在何溫度下，油酸鈉用量越大，濾餅比阻越大；相同油酸鈉用量下，提高溫度，濾餅比阻小幅下降，這可能是由于溫度升高，礦漿的黏度和物料的表面張力下降，顆粒親水性變?nèi)?，水化膜變薄所致[6]。

圖4 油酸鈉不同用量下溫度對(duì)赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.4 Effect of temperature on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

3.4 油酸鈉不同用量下淀粉添加量對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦過(guò)濾效果的影響

淀粉添加量試驗(yàn)在礦漿自然pH、溫度為20 ℃情況下進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 油酸鈉不同用量下淀粉用量對(duì) 赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.5 Effect of starch dosage on filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由圖5可知：赤鐵礦精礦濾餅的比阻隨著淀粉添加量的增大先減小后增大，油酸鈉用量越大，這種變化趨勢(shì)越明顯，這可能是由于少量的淀粉能促進(jìn)顆粒間的絮團(tuán)，使得濾餅結(jié)構(gòu)中平均粒徑增大，孔隙率增加，從而促進(jìn)過(guò)濾；然而淀粉在礦漿中帶負(fù)電，過(guò)量的淀粉分子之間會(huì)相互排斥，淀粉分子將難以舒展，加之油酸鈉為陰離子捕收劑，這樣淀粉分子將很難吸附在赤鐵礦表面，導(dǎo)致橋架作用減弱，濾餅比阻升高。

4 結(jié) 論

(1)油酸鈉用量對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦的過(guò)濾有顯著影響，隨著油酸鈉用量的增加，赤鐵礦精礦濾餅比阻增大。

(2)礦漿pH對(duì)赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響較大，強(qiáng)酸性條件能減弱甚至消除油酸鈉對(duì)赤鐵礦精礦過(guò)濾的阻礙作用，近中性條件下赤鐵礦精礦濾餅比阻變化不大，強(qiáng)堿性條件下赤鐵礦精礦的過(guò)濾效果變差。

(3)礦漿溫度對(duì)赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響較小，隨著溫度的升高濾餅比阻減小。

(4)添加少量的淀粉可促進(jìn)赤鐵礦精礦的過(guò)濾，過(guò)量的淀粉會(huì)增大赤鐵礦精礦濾餅的比阻。

[1] 王淑麗．我國(guó)鐵礦資源評(píng)估與可供性研究[D]．北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010．

Wang Shuli．Assessment and Availability of China′s Iron Ore Resources[D]．Beijing：China University of Geosiciences，2010．

[2] 陳婉琦，張 芹，王天正，等．絮凝劑對(duì)細(xì)粒赤鐵礦精礦沉降效果的影響[J]．金屬礦山，2015(10)：95-99．

Chen Wanqi，Zhang Qin，Wang Tianzheng，et al．Influence of flocculant on sedimentation effect of ultrafine hematite[J]．Metal Mine，2015(10)：95-99．

[3] 楊守志．固液分離[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003．

Yang Shouzhi．Solid-liquid Separation[M]．Beijing：Metallurgical Industry Press,2003．

[4] 許 莉，李文革，魯淑群，等．過(guò)濾理論與濾餅結(jié)構(gòu)的研究[J]．流體機(jī)械，2000(10)：10-13．

Xu Li,Li Wenge,Lu Shuqun，et al．Study on filter theory and structure of filter cake[J]．Fluid Machinery，2000(10)：10-13．

[5] 張國(guó)范，朱陽(yáng)戈，馮其明，等．油酸鈉對(duì)細(xì)粒鈦鐵礦的捕收機(jī)理[J]．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2009(2)：372-377．

Zhang Guofan,Zhu Yangge,Feng Qiming，et al．Accumulation mechanism of sodium oleate to precipitated titanite[J]．Chinese Journal of Nonferrous Metals，2009(2)：372-377．

[6] 盛忠杰，陶 敏，郭長(zhǎng)閣，等．影響過(guò)濾過(guò)程的諸因素及機(jī)理研究[J]．礦冶工程，1996(3):33-37．

Sheng Zhongjie,Tao Min,Guo Changge，et al．Study on the factors and mechanism of influencing filtration[J]．Mining and Metallurgy Engineering，1996(3):33-37．