陽離子捕收劑浮選透輝石的試驗研究

金子橋，孫啟亮

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

試驗研究

陽離子捕收劑浮選透輝石的試驗研究

金子橋，孫啟亮

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

通過陽離子浮選試驗，研究了胺類捕收劑對透輝石的捕收性能。試驗結果表明：不同的胺類捕收劑，其適宜的pH值不同；捕收劑結構對于透輝石浮選效果的影響非常顯著，N原子上引入烷基較少的多胺浮選效果最好，支鏈多且長的季銨鹽類捕收劑對透輝石的浮選效果最差，伯胺類捕收劑性能位于二者之間。

透輝石；浮選；捕收劑；空間位阻效應

接觸交代作用是鐵礦石富集的主要方式，這類鐵礦在我國分布十分廣泛，其儲量、產地數量和開采量居全國第二位［1］，礦石中的主要金屬礦物為磁鐵礦、赤鐵礦等，非金屬礦物為透輝石、鈣鐵輝石等。隨著冶金行業(yè)對優(yōu)質鐵精礦需求量的日益增加，利用反浮選工藝進行提鐵降硅的試驗研究引起國內外學者的廣泛重視，因此對透輝石等硅酸鹽礦物的浮選性能進行探索，進而指導接觸交代型鐵礦石的反浮選，具有重要的意義。本研究對取自山東平度某地的透輝石進行陽離子浮選試驗。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗樣品及試劑

試驗用透輝石取自山東平度某地，礦樣采用0.074 mm標準篩進行濕法篩分，篩下物烘干后，用于浮選試驗，純度為98%以上。透輝石［2］為單鏈硅酸鹽礦物，單鏈由硅氧四面體的兩個角頂連接而成，鏈與鏈之間通過硅氧四面體剩下的兩個活性氧與堿土金屬離子（Ca2+、Mg2+）以離子鍵形式相結合。因此，礦物破碎時，首先是礦物表面鏈與鏈之間發(fā)生解理，其次是鏈上Si-O鍵發(fā)生斷裂。在水溶液中，由于礦物表面能吸附OH-或表面陽離子與H+形成交換等因素，形成一個依賴于pH值的負電荷表面，易用陽離子捕收劑浮選。

試驗用pH調整劑為分析純的鹽酸和氫氧化鈉，配成濃度為10%的溶液備用。

試驗用捕收劑為分析純，有伯胺［十二胺（RN1）、十八胺（RN2）］，多胺［N，N-12，14烷基-1，3丙二胺（DN1）、N，N-16，18烷基-1，3丙二胺（DN2）、GE系列（601、609）］及季銨鹽［十二烷基二甲基芐基氯化銨（1227）、十二烷基三甲基氯化銨（1231）、十四烷基三甲基氯化銨（1431）、十六烷基三甲基氯化銨（1631）］，分別按質量比配制成1%的水溶液備用。取1.0 g捕收劑與0.5 g鹽酸混合，加熱至70℃左右，不斷攪拌至溶解完全，然后將混合液轉移到1 L容量瓶中，待冷卻后定容。

2.2 試驗方法

浮選試驗在XFD－1L型單槽浮選機（武漢探礦機械廠）中進行。具體操作過程為：取100 g透輝石加入到1 L浮選槽中，調漿1 min后加入pH調整劑，攪拌3 min，加入捕收劑再攪拌2 min后浮選，充氣量為100 L/h。泡沫產品烘干稱重，計算回收率。試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 浮選試驗工藝流程

2 試驗結果及分析

2.1 pH值對透輝石回收率的影響

在水溶液中胺類捕收劑以胺分子和胺離子的形式存在，但兩者的濃度不相等，隨介質pH值的變化呈現很大的差別。在強堿性范圍內，溶液中主要是胺分子，在弱堿性及酸性的廣大區(qū)域里，胺主要是以胺離子的方式存在。胺類捕收劑與礦物表面的相互作用，在大多數情況下，主要是由胺離子在礦物表面雙電層依靠靜電引力吸附在荷負電的礦物表面，因此要將礦漿調至有利于形成以RNH3+為主的pH值。

在捕收劑用量為800 g/t的條件下，考察了礦漿pH值對透輝石浮選效果的影響，試驗結果如圖2～4所示。

圖2 伯胺類捕收劑對透輝石回收率的影響

圖3 多胺類捕收劑對透輝石回收率的影響

圖4 季銨鹽類捕收劑對透輝石回收率的影響

圖5 伯胺用量對透輝石回收率的影響

圖7 季銨鹽用量對透輝石回收率的影響

圖2～4表明：溶液pH值的變化，對捕收劑的浮選效果影響很靈敏。在整個試驗pH值范圍內，伯胺類、多胺類捕收劑對透輝石的回收率都是先升高后降低，而季銨鹽類捕收劑則呈現多種變化趨勢。其中RN1、601、609及1431捕收劑在中性條件下浮選效果最好，DN1、DN2及1231捕收劑在弱酸條件下效果最好，1227及1631捕收劑在強酸條件下效果最好，而RN2在弱堿性條件下效果最好。

此外，從圖2～4還可以看出，在捕收劑用量為800 g/t的條件下，在整個pH值范圍內，RN1、601、609和1231對透輝石的回收率變化幅度相對較小，且都保持在相對較高的水平，效果好于其它捕收劑；DN1、DN2及1631捕收劑在酸性條件下對透輝石的回收率影響較大，而在中性及堿性條件下基本不影響；RN2及1227兩種捕收劑在整個pH值區(qū)間內，效果都較差，回收率不足10%。

因此，對不同的胺類捕收劑而言，其適宜的pH值是不同的。捕收劑的極性基團及非極性基團對其捕收性能的影響均不能被忽視，即使結構相似而僅有某種差別的藥劑，捕收性能仍有顯著差異。

2.2 捕收劑用量對透輝石回收率的影響

根據圖2～4的試驗結果，在幾種捕收劑各自的最佳pH值條件下，考察了捕收劑用量對透輝石回收率的影響，試驗結果見圖5～7。

圖5～7表明，透輝石的回收率隨著捕收劑用量的增加而不斷增加，在整個藥劑用量范圍內，RN1、DN1及GE系列捕收劑呈明顯增加趨勢，對透輝石浮選效果，捕收劑用量增加到1 500 g/t時，浮選回收率達到75%以上，其中RN1、601及609均達到93%以上；RN2、DN2及1227捕收劑增加趨勢緩慢，捕收劑用量增加到1 500 g/t時，RN2和1227對透輝石的浮選回收率還不足20%；而其他季銨鹽類捕收劑（1231、1431及1631）的變化趨勢及浮選效果接近，介于二者之間。

此外，從圖5～7還可看出，RN1效果好于RN2，DN1效果好于DN2，1231效果好于1431、1631，可以認為捕收劑烴基過長對浮選透輝石不利。

從圖6可以看出，在多胺類捕收劑中，GE系列捕收劑整體效果要好于DN1、DN2，GE系列捕收劑含有-NH-及-NH2-基團，而DN1、DN2捕收劑含有-N-及-NH2-基團，因此DN1、DN2捕收劑N原子上比GE系列捕收劑多含有一個長碳鏈的烴基，可以認為烴基的引入，增加了捕收劑的空間位阻，捕收劑分子不能更緊密地靠攏，受空間位阻的影響會妨礙極性基與礦物表面的接近，加之烴鏈間締合作用的減弱，影響捕收劑的親固能力，惡化浮選效果。

從圖7可以看出，1231效果好于1227，1227捕收劑N原子上比1231中多含有一個苯環(huán)，認為苯環(huán)的引入惡化了1227對透輝石的浮選效果。

可見，捕收劑結構對于透輝石浮選效果的影響非常明顯，N原子上引入烷基較少的多胺浮選效果最好，而季銨鹽類捕收劑對透輝石的整體浮選效果都很差，伯胺類捕收劑性能位于二者之間。

3 陽離子捕收劑捕收性能討論

胺類捕收劑可以看作是氨（NH3）的有機衍生物，即氨分子（NH3）中的氫原于被烷基取代后的生成物。烷基是斥電子基，氨分子中的氫原子被烷基取代后，在取代烴基誘導效應的影響下會使負三價氮原子的電子云密度增大，吸引溶液中質子（H+）的能力增強，所以常以陽離子形式存在；另一方面，取代烴基數及其空間結構對胺類在礦物表面的吸附密度可產生空間位阻影響，所以胺類作為陽離子捕收劑時，以伯胺的捕收作用最強，仲胺以上的捕收能力將有較大程度的減弱［3］。

在DN1、RN1、609及1231四種捕收劑的最佳pH值條件下，捕收劑用量對透輝石回收率的影響的試驗結果見圖8。

圖8 捕收劑用量對透輝石回收率的影響

從圖中可以看出，在濃度較低（＜600 g/t）時，RN1對透輝石的浮選效果最差，609、DN1及1231的效果接近，認為取代烴基的誘導效應占主導作用；隨著濃度的增加，四種捕收劑對透輝石的浮選回收率發(fā)生變化，回收率從大到小依次為：609＞RN1＞DN1＞1231，認為取代烴基的空間位阻效應對胺類捕收劑在礦物表面的吸附產生顯著影響，惡化了浮選效果。此外，多胺型捕收劑（GE-609）所含N數多，藥劑的陽離子化趨勢增強，親固能力增強，與礦物吸附作用增強，捕收能力增強。

4 結論

4.1 對不同的胺類捕收劑而言，其適宜的pH值是不同的。捕收劑的極性基團及非極性基團對其捕收性能的影響均不能被忽視，即使結構相似而僅有某種差別的藥劑，捕收性能仍可能有顯著差異。

4.2 捕收劑結構對于透輝石浮選的影響非常明顯，N原子上引入烷基較少的多胺浮選效果最好，支鏈多且長的季銨鹽類捕收劑對透輝石的浮選效果最差，伯胺類捕收劑性能位于二者之間。

4.3 取代烴基的誘導效應及空間位阻效應對胺類捕收劑在礦物表面的吸附均可產生影響。濃度較低時，誘導效應占主導作用，隨著濃度的增加，空間位阻效應對胺類捕收劑在礦物表面的吸附產生顯著影響。

［1］邱俊，呂憲俊，陳平，等.鐵礦選礦技術［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2009：8-11.

［2］孫傳堯，印萬忠.硅酸鹽礦物浮選原理［M］.北京：科學出版社，2001：19-26.

［3］胡熙庚，黃和慰.浮選理論與工藝［M］.長沙：中南工業(yè)大學出版社，1991：124-130.

Experimental Study on Cationic Collector in theDiopsideFlotation

JIN Ziqiao,SUN Qiliang

（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

On the basis of experiments of flotation,collecting properties of cationic amine collector were studied in the diopside flotation.The results showed that for the agent of different amine collector,the appropriate pH value is different;The influence of structure of collector was obvious in the diopside flotation;Flotation effect of polyamines with less alkyl in the N atom was best,and that of quaternary ammonium salts with excessive and long branched chain was worst,and that of primary amines was between two kinds.

diopside;flotation;collector;space steric effect

TD923+.13

A

1004-4620（2014）03-0041-03

2013-11-18

金子橋，男，1985年生，2011年畢業(yè)于山東科技大學礦物加工工程專業(yè)，碩士。現為山東省冶金設計院股份有限公司助理工程師，從事燒結、選礦及資源綜合利用研究工作。