十二碳酰胺的合成及其浮選性能研究

于 偉，趙錫榮

(1.西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國(guó)石油化工潤(rùn)滑油分公司，山東 濟(jì)南 250101)

十二碳酰胺的合成及其浮選性能研究

于 偉1，趙錫榮2

(1.西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中國(guó)石油化工潤(rùn)滑油分公司，山東 濟(jì)南 250101)

本文研究以十二碳酸和尿素為原料，通過一系列反應(yīng)最終合成得到十二碳酰胺。首先通過單因素試驗(yàn)考察溫度、時(shí)間和物料比對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響，然后利用正交試驗(yàn)對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化。得到十二碳酰胺的最佳合成條件：物料比1∶1、溫度170℃、時(shí)間4h，最高轉(zhuǎn)化率88.52%。利用合成的產(chǎn)物作捕收劑對(duì)鋁土礦試樣進(jìn)行分選，在不加抑制劑和分散劑的情況下，得出十二碳酰胺的適宜pH值為5，最佳用量為160g/t，氧化鋁回收率可達(dá)到80.85%，具有良好的浮選性能。

十二碳酰胺；鋁土礦；浮選

我國(guó)鋁土礦資源豐富，但絕大部分屬于低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦，不宜直接采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，必須通過選礦方法預(yù)先脫硅，才能為拜耳法提供合格的高鋁硅比精礦[1]?；瘜W(xué)選礦、生物選礦和物理選礦是提高鋁土礦鋁硅比的三種主要方法，其中物理選礦中應(yīng)用最廣泛、研究最多的是浮選法，它主要包括正浮選和反浮選兩種方法[2]。與正浮選相比，鋁土礦反浮選脫硅是浮少抑多，浮出的是鋁硅酸鹽礦物，留在母液當(dāng)中的是水鋁石，上浮產(chǎn)品產(chǎn)率較小，藥劑用量較少，且浮選精礦有利于過濾脫水，具有廣闊的發(fā)展前途。

目前胺類陽離子捕收劑是鋁土礦反浮選脫硅的主要捕收劑[3]，Ishchenko等用十二胺作捕收劑，對(duì)鋁硅比為2.7的三水鋁石進(jìn)行反浮選試驗(yàn)，獲得了鋁硅比大于7的精礦[4]。Anishchenko等用氯化月桂胺作捕收劑，通過反浮選實(shí)現(xiàn)了三水鋁石與綠泥石的分離[5]。酰胺基胺類捕收劑是胺類陽離子捕收劑的一種，占有比較重要的地位，酰胺基胺類化合物捕收礦石的能力比較強(qiáng)，同時(shí)合成酰胺基胺類化合物的條件比較溫和，操作簡(jiǎn)便。趙世民等人研究了N-(3-氨丙基)-月桂酰胺和N-(2-氨乙基)-月桂酰胺對(duì)葉蠟石、伊利石和高嶺石等鋁硅酸鹽礦物的浮選試驗(yàn)，結(jié)果表明這兩種捕收劑均可對(duì)葉蠟石、伊利石和高嶺石具有較高的浮選回收率，且受礦漿pH值的影響較小[6,7]。本論文研究主要以十二碳酸和尿素為原料，進(jìn)行鋁土礦浮選捕收劑十二碳酰胺的合成，并將其應(yīng)用于鋁土礦的浮選實(shí)踐，考察其實(shí)際捕收性能。

1 合成步驟及礦樣性質(zhì)分析

1.1 十二碳酰胺的合成步驟

稱量適量的十二碳酸與尿素，并將其混合后置于反應(yīng)器中，加熱待混合物熔化后，啟動(dòng)電動(dòng)攪拌裝置，升溫至150～160℃，加熱兩小時(shí)，撤去空氣冷凝管和吸收裝置，繼續(xù)攪拌升溫至180℃持續(xù)反應(yīng)，結(jié)束后，趁熱轉(zhuǎn)移物料，冷卻，稱重。取少量產(chǎn)品，用氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，計(jì)算酸值，從而計(jì)算得到轉(zhuǎn)化率。進(jìn)行單因素試驗(yàn)以及正交試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過程中要控制好溫度，掌握好油浴的安全性。為了防止多余的氨氣污染環(huán)境，裝置中需要增加酸吸收裝置，本試驗(yàn)用30%的鹽酸作為酸吸收裝置。十二碳酰胺的合成以及可能發(fā)生副反應(yīng)的方程式見式(1)、式(2)和式(3)。

CH3(CH2)10COOH+NH2CONH2→

CH2(CH2)10CONH2+NH3↑+CO2↑

(1)

CH3(CH2)10COOH+NH3→

CH3(CH2)10CONH2+NH2CONH2→

CH3(CH2)10CONH2+CO2↑+H2O↑

(2)

2NH2CONH2→NH2CONHCONH2+NH3↑

(3)

1.2 礦樣性質(zhì)分析

礦樣來源：河南氧化鋁廠，將取得的礦樣進(jìn)行制樣后，用X-熒光進(jìn)行元素定量分析，結(jié)果見表1。

從表1可以看出：該礦樣的主要組成元素為鋁、硅、鐵、鈦、鈣、鎂、鉀、硫等，礦樣中的鋁元素含量最高，其次便是硅元素，礦樣鋁硅比為4.45。

采用X射線衍射儀對(duì)礦樣進(jìn)行礦物組成分析，如圖1所示。

圖1 鋁土礦的X-射線衍射分析圖譜

由圖1可以看出，礦樣中的有用鋁礦物為一水硬鋁石，脈石礦物主要為高嶺石、伊利石、方解石、石英、金紅石、赤鐵礦、綠泥石、銳鈦礦等，它們?cè)诘V樣中的含量如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 十二碳酰胺合成條件的優(yōu)化

2.1.1 物料比對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

固定反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)，考察尿素與十二碳酸的摩爾比分別為0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1五種情況下對(duì)最終轉(zhuǎn)化率的影響，確定出最佳物料比，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

表1 鋁土礦的主要元素組成/%

表2 鋁土礦的礦物組成/%

從圖2可以得出，在反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間不變的情況下，隨著物料比的增大，轉(zhuǎn)化率先增大后減小，在物料比為1∶1時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)到85.81%，之后再隨著物料比的增大，產(chǎn)率始終不如這一點(diǎn)，所以選取反應(yīng)物料比為1∶1。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

固定尿素與十二碳酸的摩爾比為1∶1，反應(yīng)溫度為180℃，考察反應(yīng)時(shí)間分別為3h、3.5h、4h、4.5h、5h時(shí)反應(yīng)的最終轉(zhuǎn)化率，確定相對(duì)較佳的反應(yīng)溫度，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3可以得出，在反應(yīng)物料的摩爾比和反應(yīng)溫度不變的情況下，隨著反應(yīng)時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間到達(dá)4h時(shí)，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率到達(dá)85.81%，再繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，轉(zhuǎn)化率的增加趨于平緩，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為4h。

2.1.3 反應(yīng)溫度對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響

固定尿素與十二碳酸的反應(yīng)摩爾比為1∶1，反應(yīng)時(shí)間為4h，考察反應(yīng)溫度分別為150℃、160℃、170℃、180℃、190℃時(shí)對(duì)最終轉(zhuǎn)化率的影響，確定出最佳反應(yīng)溫度，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖2 物料比-轉(zhuǎn)化率關(guān)系圖

圖3 反應(yīng)時(shí)間-轉(zhuǎn)化率關(guān)系圖

圖4 反應(yīng)溫度-轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖

從圖4可以看出，在反應(yīng)物料的摩爾比和反應(yīng)時(shí)間不變的情況下，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化率增大，當(dāng)溫度升至170℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到85.92%，再繼續(xù)升高溫度時(shí)，轉(zhuǎn)化率的增加變得相當(dāng)緩慢，在試驗(yàn)的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)的溫度不宜過高，當(dāng)反應(yīng)溫度超過190℃時(shí)，反應(yīng)器中的物料開始焦化顏色變深，直接影響到了產(chǎn)品的色澤和轉(zhuǎn)化率，所以確定170℃為較佳的反應(yīng)溫度。

2.1.4 正交實(shí)驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)考察了尿素與十二碳酸的物料摩爾比，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響，得出物料摩爾比為1∶1、反應(yīng)時(shí)間為4h、反應(yīng)溫度為170℃時(shí)，為十二碳酰胺的相對(duì)較優(yōu)合成條件。同時(shí)這三個(gè)單因素之間存在著交互作用，需要利用正交試驗(yàn)考察三因素之間的相互影響以及對(duì)整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的影響，選取三因素三水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，見表3。查閱正交試驗(yàn)表，按照L9(34)安排實(shí)驗(yàn)，見表4。

表3 因素水平表

按照正交表安排試驗(yàn)，所得回收率進(jìn)行正交試驗(yàn)結(jié)果分析，見表5。

通過正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響最大，是最顯著因素，其次是物料比，再次是反應(yīng)時(shí)間。這三個(gè)因素的最優(yōu)條件組合是：物料比為1∶1、反應(yīng)溫度為170℃、反應(yīng)時(shí)間為4h。將三因素最優(yōu)水平組合起來，即A2B1C2就是最優(yōu)的反應(yīng)條件。進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)兩次，結(jié)果見6。

由表6可知，在最優(yōu)條件下合成十二碳酰胺反應(yīng)的平均轉(zhuǎn)化率為88.52%。

表4 正交實(shí)驗(yàn)安排

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 十二碳酰胺浮選性能研究

利用合成的十二碳酰胺作捕收劑對(duì)鋁土礦試樣進(jìn)行分選，通過實(shí)際的分選效果考察十二碳酰胺的捕收性能，實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用實(shí)驗(yàn)室XFD-1.5L型單槽浮選機(jī)，配套過濾脫水以及化驗(yàn)裝置。

表6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2.2.1 十二碳酰胺浮選性能與pH的關(guān)系

控制十二碳酰胺捕收劑用量為100g/t，不添加任何調(diào)整劑進(jìn)行浮選試驗(yàn)，考察pH值對(duì)精礦A/S和Al2O3回收率的影響，結(jié)果見表7和圖5。

由表7和圖5可以看出，隨著pH值的逐漸升高，氧化鋁的回收率逐漸下降，但精礦的A/S比逐漸升高。鋁硅比在偏堿性條件下較高，而氧化鋁的回收率在偏酸性條件下較高，綜合考察選定礦漿pH值為5，此時(shí)精礦的鋁硅比約為6.15，氧化鋁的回收率為80.55%。

2.2.2 十二碳酰胺浮選性能與藥劑用量的關(guān)系

通過對(duì)pH值試驗(yàn)的考察，選定pH值為5時(shí)，考察十二碳酰胺浮選性能與用量之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見表8和圖6。

表7 不同pH條件下十二碳酰胺浮選性能試驗(yàn)結(jié)果

圖5 十二碳酰胺浮選性能與 pH的關(guān)系

圖6 十二碳酰胺的浮選性能與藥劑用量的關(guān)系

表8 不同十二碳酰胺用量下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

捕收劑/(g/t)原礦/%精礦/%尾礦/%Al2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/S產(chǎn)率/%回收率/%8058．3113．614．2863．429．696．5546．0116．522．7970．6576．8410058．3113．614．2862．659．486．6145．8217．732．5874．2179．7315058．3113．614．2864．189．396．8342．1518．572．6773．3580．7320058．3113．614．2862．0510．196．1046．2418．512．5176．2181．1025058．3113．614．2861．8911．165．5547．9519．372．4874．3278．88

由表8和圖6可以看出，隨著十二碳酰胺藥劑用量的增加，精礦的鋁硅比和氧化鋁的回收率均為先增大后逐漸減小，主要原因是隨著十二碳酰胺捕收劑用量的增加，浮出泡沫量加大，氧化鋁回收率和精礦的鋁硅比都逐漸增加，在藥劑用量為160g/t左右時(shí)兩條曲線相交，繼續(xù)增加十二碳酰胺的用量，則使得部分一水硬鋁石隨著泡沫上浮而成為泡沫產(chǎn)品，導(dǎo)致鋁硅比和氧化鋁的回收率逐漸下降。所以選定十二碳酰胺捕收劑的合理用量為160g/t，此時(shí)精礦的鋁硅比達(dá)到6.65，氧化鋁的回收率約為80.85%。通過浮選實(shí)踐證明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一種進(jìn)行鋁土礦反浮選的有效藥劑。

3 結(jié)論

1)在實(shí)驗(yàn)室條件下以十二碳酸和尿素為原料合成鋁土礦陽離子捕收劑十二碳酰胺，通過試驗(yàn)研究考察了物料比、合成溫度、時(shí)間等反應(yīng)條件對(duì)合成轉(zhuǎn)化率的影響，最終合成得到十二碳酰胺的轉(zhuǎn)化率高達(dá)88.52%，產(chǎn)物純度高，反應(yīng)易控制。

2)以合成的十二碳酰胺作為捕收劑進(jìn)行鋁土礦的浮選試驗(yàn)研究，調(diào)節(jié)礦漿pH值為5，合成產(chǎn)物用量為160g/t，經(jīng)過一次粗選，浮選精礦的鋁硅比可達(dá)到6.65，氧化鋁的回收率達(dá)到80.85%。通過浮選實(shí)踐證明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一種鋁土礦反浮選的有效藥劑。

[1] 凌石生，劉四清.鋁土礦反浮選脫硅藥劑評(píng)述[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2008，28(3)：49-54.

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[3] 王淀佐，胡岳華.浮選溶液化學(xué)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1988.

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[5] Anishchenko N M.Interaction of caption reagents in the flotation of chanosite bauxites[J].Izv VUZ Tsvet Metal，1972 (4)：12-16.

[6] 趙世民，胡岳華，王淀佐，等.N-(2-氨乙基)-月桂酰胺浮選鋁硅酸鹽礦物的研究[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，19(6)：573-576.

[7] 趙世民，胡岳華，王淀佐，等.N-(3-氨丙基)-月桂酰胺對(duì)鋁硅酸鹽礦物的浮選[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2003，15(5)：1273-1277.

Study on the synthesis of lauramide and performances as the flotation collector

YU Wei1，ZHAO Xi-rong2

(1.School of Chemistry & Chemical Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Shanxi 710054，China；2.SINOPEC Lubricant Company，Jinan 250101，China)

In this paper，lauramide was synthesized by a series of reactions and the raw materials were urea and lauric acid.First，the influence of single factor on conversion rate was investigated，which include the ratio of materials，reaction time and reaction temperature.Then，the reaction conditions were optimized by orthogonal experiments.The results were as follows：The maximum conversion rate of lauramide was 88.52%.Its optimum conditions were that the material ratio was 1∶1，reaction temperature was 170℃，and reaction time was 4h.The product of synthesis was used as the collector for the bauxite samples flotation.Without any dispersants or inhibitors，the results came out as follows：the optimum pH of lauramide was 5，and the better collector dosage was 160g/t，under these conditions，the recovery of Al2O3could be reached 80.85%.

lauramide；bauxite；flotation

2014-01-20

于偉(1985-)，男，山東昌邑人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)榧?xì)粒礦物浮選提質(zhì)。E-mail：yuweiba@163.com。

TD952

A

1004-4051(2015)03-0123-05