新型螯合型捕收劑DXL對(duì)金紅石捕收性能研究

朱一民 張 毓 李小雪 李艷軍 韓躍新

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110004；2.東北大學(xué)2011鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，遼寧沈陽(yáng)110004；3.遼寧省難采選鐵礦石高效開(kāi)發(fā)利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽(yáng)110004）

浮選是分選細(xì)粒金紅石的有效方法，金紅石新型浮選藥劑及其作用機(jī)理的研究是金紅石浮選的重要研究方向，也是金紅石資源高效綜合利用的關(guān)鍵。金紅石浮選藥劑的開(kāi)發(fā)在金紅石的浮選中占有重要的地位，研究高效、低毒、低成本的捕收劑，具有重要意義［1-2］。

目前，關(guān)于金紅石浮選捕收劑進(jìn)行了很多研究。王軍等［3］以油酸鈉作為捕收劑進(jìn)行金紅石單礦物浮選單因素條件試驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)溶液pH=7.3～7.7、油酸鈉用量為20 mg/L時(shí)，金紅石回收率最高，為85.27%，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的金紅石表面Zeta電位測(cè)定、紅外光譜分析及浮選溶液化學(xué)計(jì)算表明，油酸鈉在金紅石表面主要發(fā)生了化學(xué)吸附；劉貝等［4］以棗陽(yáng)難選金紅石礦為研究對(duì)象進(jìn)行浮選試驗(yàn)，證明了組合捕收劑的選礦指標(biāo)要優(yōu)于單一捕收劑，且所需藥劑總用量較少；孫偉等［5］分別以水楊羥肟酸（SHA）與新型捕收劑TPRO為捕收劑進(jìn)行了金紅石、石英的單礦物浮選和人工混合礦浮選試驗(yàn)。結(jié)果表明，與SHA相比，TPRO具有更強(qiáng)的捕收性能和更好的選擇性，且無(wú)需活化預(yù)處理；李文軍等［6］通過(guò)單礦物和人工混合礦浮選試驗(yàn)證明，新型有機(jī)藥劑TBC對(duì)金紅石有較強(qiáng)的捕收能力和選擇性，可以有效分離金紅石和方解石混合礦及金紅石和石英混合礦。

本文采用實(shí)驗(yàn)室自制新型螯合捕收劑DXL對(duì)金紅石、角閃石、石英單礦物進(jìn)行浮選條件試驗(yàn)，且對(duì)該捕收劑對(duì)金紅石的捕收性能及作用機(jī)理進(jìn)行研究，為金紅石浮選藥劑的研制提供借鑒。

1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)所用礦物為金紅石、石英和角閃石單礦物，均由購(gòu)買的高純礦物經(jīng)破碎、瓷球磨干磨和篩分獲得，篩取0.038～0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)品用于浮選試驗(yàn)。金紅石、石英、角閃石XRF多元素定性分析結(jié)果見(jiàn)表1，金紅石、石英、角閃石X射線衍射分析結(jié)果如圖1所示。

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綜合表1和圖1分析結(jié)果，經(jīng)推算得試驗(yàn)所用金紅石單礦物純度為90.201%，石英單礦物純度為99.492%，角閃石單礦物純度在90%以上，均滿足純礦物浮選試驗(yàn)要求。

試驗(yàn)所用試劑如表2所示。捕收劑為實(shí)驗(yàn)室合成的螯合型捕收劑DXL，pH調(diào)整劑為NaOH和HCl。為了適應(yīng)未來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)，采用自來(lái)水調(diào)制礦漿，由于溶液中鈣離子會(huì)對(duì)石英浮選產(chǎn)生影響，測(cè)得所用自來(lái)水和蒸餾水中的鈣離子濃度分別為43.20 mg/L和0.12 mg/L。

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2 試驗(yàn)方法

2.1 浮選試驗(yàn)

單礦物浮選試驗(yàn)在XFGⅡ型掛槽式浮選機(jī)上進(jìn)行，量取20 mL的自來(lái)水加入到槽體容積為35 mL的浮選槽中，然后加入2.00 g試樣，調(diào)整浮選機(jī)轉(zhuǎn)速為1 992 r/min，攪拌2 min，然后加入pH調(diào)整劑，攪拌2 min，最后加入捕收劑DXL，攪拌3 min，手動(dòng)刮泡5 min。分別對(duì)浮選泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行烘干、稱重，計(jì)算浮選回收率。

2.2 Zeta電位測(cè)試方法

（1）單礦物表面電位。將單礦物磨至-2 μm，每次稱取20 mg置于燒杯中，加50 mL蒸餾水，調(diào)漿1 min，用HCI或NaOH調(diào)pH值，用磁力攪拌器攪拌8 min后，靜置5 min，在Zeta電位分析儀上測(cè)得礦物表面的Zeta電位。

（2）單礦物與捕收劑作用后礦物表面電位。將單礦物磨至-2 μm，每次稱取20 mg置于燒杯中，加50 mL蒸餾水，調(diào)漿2 min，用HCl或NaOH調(diào)pH值，在磁力攪拌器上攪拌1 min，加入捕收劑，再用磁力攪拌器攪拌8 min，靜置5 min，在Zeta電位分析儀上測(cè)得藥劑與礦物作用后礦物表面的Zeta電位。

2.3 紅外光譜分析方法

藥劑及其與礦物作用前后的紅外光譜在Nicolet FITR-740型傅立葉變換紅外光譜儀上用漫反射法測(cè)定。測(cè)量時(shí)，將固體樣品在瑪瑙研缽中磨細(xì)，加入KBr粉料，繼續(xù)研磨直至磨細(xì)并混合均勻。然后將己經(jīng)磨好的物料加到壓片專用的模具上加壓。取出壓成片狀的樣品裝入樣品架待測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 DXL體系下的單礦物浮選試驗(yàn)

3.1.1 礦漿pH對(duì)單礦物可浮性的影響

在浮選溫度為32℃，DXL用量為134 mg/L條件下，考察礦漿pH對(duì)單礦物可浮性的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著pH的升高，金紅石回收率先提高后小幅降低，當(dāng)pH=8.88時(shí)，金紅石回收率為88.45%，當(dāng)pH=9.93時(shí)，金紅石回收率達(dá)到最大，為89.75%，繼續(xù)升高pH，金紅石回收率小幅降低；當(dāng)pH=8.88時(shí)，石英回收率為2.70%，當(dāng)pH大于8.88時(shí)，石英的回收率先快速升高后小幅降低，當(dāng)pH=11.50時(shí)，石英的回收率達(dá)到最大，為97.75%；pH=8.88時(shí)，角閃石回收率為13%，當(dāng)pH＞8.88時(shí)，角閃石回收率隨pH升高逐漸提高，當(dāng)pH=12時(shí)，角閃石回收率達(dá)到最大，為32.90%。當(dāng)pH=8.88時(shí)，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達(dá)到75.45%，石英的回收率僅為2.70%，金紅石與石英的浮選回收率差值達(dá)到85.75%。綜合考慮，確定浮選礦漿pH為8.88。

3.1.2 DXL用量對(duì)單礦物可浮性的影響

在浮選溫度為32℃、礦漿pH=8.88的條件下，考察DXL用量對(duì)單礦物可浮性的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出：隨著DXL用量的增加，金紅石回收率先升高后降低，當(dāng)DXL用量為200 mg/L時(shí)，金紅石的回收率達(dá)到最大，為92.30%；角閃石回收率隨DXL用量的增加先升高后降低，角閃石回收率在DXL用量為66 mg/L時(shí)達(dá)到最大，為25.85%；DXL對(duì)石英的捕收能力較弱，當(dāng)DXL用量為100 mg/L時(shí)，石英回收率達(dá)到最大，也僅為3.95%；考慮到DXL用量為200 mg/L時(shí)，金紅石回收率達(dá)到最大，且此時(shí)石英和角閃石回收率也相對(duì)較低。因此，單礦物浮選試驗(yàn)DXL用量為200 mg/L。

3.1.3 浮選溫度對(duì)單礦物可浮性的影響

在礦漿pH=8.88、DXL用量為200 mg/L條件下，考察浮選溫度對(duì)DXL捕收效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在試驗(yàn)的浮選溫度范圍內(nèi)，隨著浮選溫度的升高，金紅石回收率小幅升高，但均保持在90%以上，當(dāng)浮選溫度為46℃時(shí)，金紅石的回收率達(dá)到最大，為94.55%；角閃石的回收率隨浮選溫度的升高逐漸增加，當(dāng)浮選溫度為46℃時(shí)，其回收率達(dá)到最大值，為28.60%；在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，石英回收率均為0%，石英處于不浮狀態(tài)；浮選溫度為25℃時(shí)，金紅石、角閃石、石英回收率分別為92.30%、4.15%、0%，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達(dá)到88.15%，金紅石與石英的浮選回收率差值為92.30%。綜合考慮，確定浮選溫度為25℃（即常溫浮選），以實(shí)現(xiàn)金紅石與常見(jiàn)脈石礦物角閃石和石英的浮選分離。

3.2 DXL與單礦物作用機(jī)理分析

3.2.1 紅外光譜分析

金紅石、角閃石、石英取得最大回收率時(shí)，DXL用量分別為200 mg/L、66 mg/L、100 mg/L。因此，在浮選溫度為25℃、pH=8.88的條件下，對(duì)DXL及DXL分別與金紅石、角閃石和石英作用后的試驗(yàn)礦樣進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出：2 922.70 cm-1和2 853.05 cm-1處為甲基和亞甲基的C—H伸縮振動(dòng)吸收峰，1 733.53 cm-1處為羧基的伸縮振動(dòng)峰，此特征峰為DXL分子紅外光譜分析的重點(diǎn)；3 441.39 cm-1處的吸收峰為羧基中O—H的特征峰，與3種單礦物作用后，該吸收峰位置均發(fā)生不同程度的偏移，說(shuō)明金紅石、角閃石和石英礦物表面與DXL均發(fā)生了氫鍵作用；1 446.62 cm-1處為甲基中C—H的不對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰，1 375.71 cm-1處為甲基中C—H的對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰，1 096.81 cm-1處為C—O的伸縮振動(dòng)吸收峰，673.91 cm-1處為C—Br的伸縮振動(dòng)吸收峰；螯合型捕收劑DXL為α碳取代的羧酸改性類藥劑；金紅石與DXL作用后，在波數(shù)為3 441.39 cm-1和1 733.53 cm-1處的吸收峰分別偏移至3 441.90 cm-1和1 636.06 cm-1處，說(shuō)明金紅石礦物表面與DXL之間發(fā)生了氫鍵吸附；DXL與金紅石作用后的特征峰向低波數(shù)方向偏移，可能是強(qiáng)電負(fù)性溴原子或羧基與礦物表面不同活性位點(diǎn)原子發(fā)生作用，使溴原子對(duì)羧基的誘導(dǎo)效應(yīng)降低，因此的鍵力常數(shù)下降，因此，該特征峰的頻率向低波數(shù)方向產(chǎn)生偏移，說(shuō)明DXL與金紅石礦物表面發(fā)生了化學(xué)吸附；DXL與角閃石和石英作用后，在3 441.39 cm-1處的特征峰分別偏移至3 447.17 cm-1和3 446.92 cm-1處，說(shuō)明角閃石和石英與DXL發(fā)生了氫鍵吸附；在1 733.53 cm-1處的特征峰分別偏移至1 653.09 cm-1和1 617.03 cm-1處，說(shuō)明DXL與角閃石和石英表面發(fā)生了化學(xué)吸附。

3.2.2 Zeta電位分析

金紅石取得最大回收率時(shí)，DXL用量為200 mg/L，因此在浮選溫度為25℃、DXL用量為200 mg/L條件下，進(jìn)行了DXL與金紅石作用前后的金紅石表面Zeta電位檢測(cè)，旨在研究DXL在金紅石礦物表面的作用機(jī)理，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知：金紅石單礦物的零電點(diǎn)在pH=2.5，與DXL作用后，金紅石的零電點(diǎn)由2.5向右偏移至3.5左右，說(shuō)明DXL在金紅石表面發(fā)生了吸附；pH＞4.0時(shí)，金紅石表面荷負(fù)電，加入DXL后金紅石的表面電位明顯發(fā)生負(fù)移，說(shuō)明DXL與金紅石之間存在化學(xué)吸附；在pH＞9時(shí)，金紅石表面的電位負(fù)值呈減小趨勢(shì)，而金紅石的回收率一直維持在88%以上。推斷原因可能是隨著溶液pH升高，溶液中—OH濃度不斷增加，—OH在金紅石表面覆蓋，除羧基中羥基與礦物表面氧原子形成的氫鍵作用外，捕收劑中溴原子與礦物表面的—OH也能不斷形成氫鍵作用，同時(shí)藥劑分子通過(guò)羧基與礦物表面發(fā)生化學(xué)鍵合作用，幾種吸附形式協(xié)同作用使得DXL藥劑分子更好地對(duì)金紅石進(jìn)行捕收。

4 結(jié)論

（1）單礦物浮選試驗(yàn)表明，當(dāng)浮選溫度為25℃、礦漿pH=8.88、DXL用量為200 mg/L時(shí)，金紅石單礦物浮選回收率為92.30%，角閃石單礦物浮選回收率為4.15%，石英單礦物浮選回收率為0%，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達(dá)到88.15%，金紅石與石英的浮選回收率差值達(dá)到92.30%，在此條件下，捕收劑DXL可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金紅石及其常見(jiàn)脈石礦物角閃石和石英的有效分離。

（2）紅外光譜分析表明，DXL與金紅石、角閃石和石英作用后，藥劑分子中羧基的吸收峰和羧基中O—H的特征峰均發(fā)生了不同程度的偏移，說(shuō)明DXL在3種單礦物表面均發(fā)生了化學(xué)吸附和氫鍵吸附。

（3）Zeta電位檢測(cè)表明，在pH＞4時(shí)，金紅石表面荷負(fù)電，加入DXL后金紅石的表面電位明顯發(fā)生負(fù)移，說(shuō)明DXL與金紅石之間存在化學(xué)吸附。在pH＞9時(shí)，礦物表面的電位負(fù)值呈減小趨勢(shì)，而金紅石的回收率一直維持在88%以上，原因是隨溶液pH升高，—OH不斷在金紅石表面覆蓋，在DXL分子中，除羧基中羥基與礦物表面氧原子形成的氫鍵作用外，溴原子與礦物表面的OH—也能不斷形成氫鍵作用，說(shuō)明DXL在金紅石礦物表面發(fā)生了氫鍵吸附。

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