新型捕收劑DTL-1對懸浮焙燒三水鋁石的浮選試驗

朱一民 王 燕 張 婧 谷曉恬 李艷軍1

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819；2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧沈陽110819）

隨著工業(yè)化進程的加快，優(yōu)質(zhì)鐵礦資源逐漸減少，因此高效利用國內(nèi)外儲量較為豐富的高鋁鐵礦石具有重要意義［1］。已有學(xué)者采用焙燒—磁選工藝處理含鋁鐵礦石，但獲得的鐵精礦產(chǎn)品中Al2O3含量較高，這會對燒結(jié)和冶煉產(chǎn)生許多不良影響，因此需要對含鋁鐵精礦進行降鋁處理［2-6］。磁選混合鐵精礦的陰離子反浮選工藝大多存在著藥劑選擇性不佳、用量較大、對溫度要求敏感等缺點［7-9］，因此研制出選擇性高、捕收能力強、耐低溫的優(yōu)良捕收劑勢在必行。本實驗通過浮選法實現(xiàn)鐵鋁分離，將為鐵精礦降鋁研究提供新的思路。

本研究采用東北大學(xué)實驗室自制的新型陰離子捕收劑DTL-1，在單礦物試驗和人工混合礦試驗基礎(chǔ)上，研究DTL-1對某懸浮焙燒三水鋁石的捕收效果，并結(jié)合表面動電位和紅外光譜探討了新型陰離子捕收劑DTL-1在礦物表面的作用機理。

1 試驗礦樣及試劑

1.1 試樣性質(zhì)

赤鐵礦單礦物取自遼寧省弓長嶺礦區(qū)，經(jīng)人工挑揀、破碎、濕磨、搖床分選、弱磁選后得赤鐵礦精礦，篩取-0.045 mm粒級，進行懸浮焙燒試驗。焙燒條件為：CO濃度30%、焙燒溫度560℃、焙燒時間25 min，得到的焙燒產(chǎn)品在磁場強度為79.62 kA/m的條件下進行弱磁選，獲得的弱磁精礦作為試驗用鐵礦樣。對其進行X射線衍射分析和化學(xué)多元素分析，結(jié)果分別如表1和圖1所示。

由表1和圖1可知，赤鐵礦基本轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，其中FeO含量為26.17%，雜質(zhì)SiO2含量為0.46%，Al2O3含量為0.23%，可作為單礦物和人工混合礦的浮選試驗用樣。

三水鋁石單礦物取自云南省文山馬關(guān)縣，經(jīng)人工挑揀，磨細，取-0.045 mm粒級進行懸浮焙燒試驗。焙燒條件為：CO濃度30%、焙燒溫度560℃、焙燒時間25 min，得到的焙燒產(chǎn)品作為鋁礦樣用于浮選試驗。對其進行了X射線衍射分析和化學(xué)多元素分析，結(jié)果分別如表2和圖2所示。

由表2和圖2分析可知，鋁礦樣中Al2O3含量為96.36%，其余雜質(zhì)含量均小于0.1%，可作為單礦物和人工混合礦的浮選試驗用樣。

1.2 試驗藥劑

試驗所用試劑見表3。

2 試驗方法

2.1 單礦物和人工混合礦試驗方法

單礦物浮選試驗在XFGII掛槽浮選機上進行，浮選機主軸轉(zhuǎn)速為1 992 r/min。稱取2.0 g礦樣于浮選槽中，加入30 mL去離子水后攪拌3 min，依次加入pH調(diào)整劑、捕收劑，每次加藥后攪拌3 min，刮泡3 min，將刮出的泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干后稱重，計算回收率。溫度條件試驗時需要將浮選用去離子水進行加熱處理。

在單礦物試驗基礎(chǔ)上，進行人工混合礦試驗（鐵礦樣與鋁礦樣的質(zhì)量比為15.67∶1，其中Al2O3品位約為5.95%），稱取3.0 g人工混合礦于浮選槽中，加30 mL去離子水，攪拌3 min后依次加入pH調(diào)整劑、捕收劑，每次加藥后攪拌3 min，刮泡3 min，將刮出的泡沫產(chǎn)品和槽底產(chǎn)品分別烘干后稱重，計算產(chǎn)率、回收率以及鋁的脫除率。

2.2 動電位測量方法

首先將礦樣在瑪瑙研缽中進行研磨，然后稱取20 mg礦樣和40 mL蒸餾水置于50 mL燒杯中，并將其在磁力攪拌器上攪拌5 min，隨后加入pH調(diào)整劑攪拌1 min，再加入捕收劑攪拌8 min，停止攪拌后靜置5 min，最后取上清液進行動電位測量，每個試樣測量3次，取平均值作為動電位的最終測量值。

2.3 紅外光譜檢測方法

利用FITR-740型傅立葉變換紅外光譜儀對與藥劑作用前后礦物的紅外光譜圖進行測定。將待測礦樣進一步磨細至-5 μm，采用溴化鉀壓片法制樣，即取1 mg礦樣與100 mg光譜純的KBr于研缽中充分混合，并用專門的壓片模具進行壓片。

3 試驗結(jié)果及討論

3.1 單礦物浮選試驗

3.1.1 捕收劑DTL-1用量對鋁礦樣可浮性的影響

圖3所示為在礦漿自然pH值（pH=7.35）、浮選溫度25℃條件下，捕收劑DTL-1用量對鋁礦樣回收率的影響。

由圖3可知：隨著捕收劑DTL-1用量的增加，鋁礦樣的回收率呈現(xiàn)先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢；當DTL-1用量為12.5 mg/L時，鋁礦樣的回收率為84.43%；DTL-1用量大于50 mg/L后，鋁礦樣回收率沒有明顯變化。因此，綜合考慮經(jīng)濟效益，鋁礦樣要達到較好的上浮效果所對應(yīng)的DTL-1用量為12.5 mg/L。

3.1.2 礦漿pH值對鋁礦樣可浮性的影響

圖4所示為在浮選溫度25℃、捕收劑DTL-1用量12.5 mg/L的條件下，pH值對鋁礦樣回收率的影響。

由圖4可知，當pH值在2.0～8.0的范圍內(nèi)變化時，鋁礦樣的回收率基本穩(wěn)定，當pH值大于8.0之后，回收率急劇下降。由此可見，DTL-1對pH值的適用范圍較寬，pH值在2.0～8.0時，鋁礦樣的回收率均能達到80%以上，其中pH值為8.0時，鋁礦樣的回收率為88.74%。

3.1.3 溫度對鋁礦樣可浮性的影響

圖5所示為在礦漿pH=8.0、捕收劑DTL-1用量12.5 mg/L條件下，溫度對鋁礦樣回收率的影響。

由圖5可知：隨著溫度的升高，鋁礦樣的回收率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；在浮選溫度為25℃時，鋁礦樣的回收率最高，為91.21%。因此捕收劑DTL-1可以在常溫下使用。

3.2 人工混合礦浮選試驗

3.2.1 捕收劑DTL-1用量試驗

圖6所示為在礦漿自然pH值（pH=6.95）、浮選溫度為25℃條件下，捕收劑DTL-1用量對人工混合礦浮選指標的影響。

由圖6可知：隨著捕收劑DTL-1用量的升高，TFe品位呈先升高后趨于穩(wěn)定的趨勢，而TFe回收率呈先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢；Al2O3品位逐漸降低，鋁的脫除率逐漸升高。綜合考慮，確定捕收劑用量為12.5 mg/L時，DTL-1對鐵精礦反浮選脫鋁的效果最好，此時，精礦TFe品位為70.70%，TFe回收率為80.00%，Al2O3品位由5.95%降低到1.70%，鋁的脫除率為78.10%。

3.2.2 pH值試驗

圖7所示為在捕收劑DTL-1用量為12.5 mg/L、浮選溫度為25℃條件下，礦漿pH值對人工混合礦浮選指標的影響。

由圖7可知：隨著礦漿pH值的升高，TFe品位呈先升高后降低的趨勢，TFe回收率則與之相反；Al2O3品位呈先降低后升高的趨勢，鋁的脫除率則先升高后降低。綜合考慮，確定浮選pH值為8.0，此時，TFe品位為70.67%，TFe回收率為76.11%，Al2O3品位由5.95%降低到1.93%，鋁的脫除率為74.72%，可以實現(xiàn)二者的有效分離。所以DTL-1在鐵精礦反浮選脫鋁時，在pH＜8.0的條件下，脫鋁效果較好。

3.3 表面動電位分析

圖8所示為在不同pH值條件下，加入捕收劑DTL-1前后，鋁礦樣表面動電位的變化。

由圖8可知，鋁礦樣的零電點為pH=9.0，當pH＞9.0時，鋁礦樣表面帶負電，當pH＜9.0時，鋁礦樣表面帶正電。加入捕收劑DTL-1后，隨著pH值的升高，鋁礦樣的表面動電位向負方向移動；當pH值大于10.0時，鋁礦樣的表面凈剩電荷與不加捕收劑時相比變化較小，鋁礦樣表面動電位基本不移動，此時鋁礦樣的浮選回收率極速下降；當pH值為8.0時，捕收劑DTL-1與礦物之間存在靜電力吸附，同時也可能存在化學(xué)吸附和氫鍵吸附，此時鋁礦樣的浮選回收率較高，鐵礦樣的回收率較低，二者出現(xiàn)較大的浮游差，有利于實現(xiàn)二者的分離。

3.4 紅外光譜分析

3.4.1 捕收劑DTL-1的紅外光譜分析

捕收劑DTL-1的紅外光譜圖如圖9所示。

由圖 9可知，2 924.17 cm-1和 2 852.95 cm-1分別是亞甲基（—CH2—）的反對稱和對稱伸縮振動峰，3 419.00 cm-1是羥基（—OH）的伸縮振動吸收峰，1 636.61 cm-1是羧基（—COOH）中羰基（—C=O）的伸縮振動吸收峰，545.79 cm-1是C—Br伸縮振動吸收峰［10］。

3.4.2 與捕收劑DTL-1作用前后鋁礦樣的紅外光譜分析

在pH值為8.0，捕收劑DTL-1用量為12.5 mg/L條件下，與捕收劑DTL-1作用前后鋁礦樣的紅外光譜分析結(jié)果如圖10所示。

從圖10可知，3 417.22 cm-1是吸附水氫鍵的特征吸收峰，1 637.39 cm-1和1 400.87 cm-1是水中羥基（—OH）的伸縮振動吸收峰，1 087.36 cm-1是鋁礦樣的特征峰，470.27 cm-1處的吸收峰則是由A1—O鍵的伸縮振動造成的［11］。當鋁礦樣與捕收劑作用后，除了鋁礦樣的自身譜帶外，3 417.22 cm-1處的吸附水氫鍵的振動吸收峰偏移至3 446.72 cm-1，偏移量為29.5 cm-1，可能是來自層間水和羥基鋁中的O—H伸縮振動［12］導(dǎo)致的，470.27 cm-1處A1—O鍵的吸收峰消失，此時出現(xiàn)了562.80 cm-1處的C—Br伸縮振動吸收峰，說明有捕收劑DTL-1吸附在鋁礦樣表面發(fā)生了化學(xué)吸附，由于化學(xué)吸附的作用，生成了某種難溶的表面化合物或穩(wěn)定的絡(luò)合物，這也就解釋了在pH值為8.0的條件下，使用捕收劑DTL-1浮選鋁礦樣時，浮選回收率高達91.21%。綜合上述分析可知，鋁礦樣與捕收劑DTL-1之間存在著靜電吸附、氫鍵吸附和化學(xué)吸附。

4 結(jié)論

（1）在常溫條件下，DTL-1即可對鋁礦樣取得較好的捕收效果；DTL-1對pH值的適用范圍較寬，當pH值在2.0～8.0之間時，鋁礦樣的回收率均能達到80%以上；當pH值為8.0、捕收劑用量為12.5 mg/L時，單礦物浮選試驗可獲得Al2O3回收率91.21%的指標，人工混合礦浮選試驗可獲得TFe品位70.67%，TFe回收率76.11%，Al2O3品位1.93%，鋁的脫除率為74.72%的選別指標。

（2）表面動電位分析和紅外光譜分析結(jié)果表明，捕收劑DTL-1與鋁礦樣之間存在著靜電吸附、氫鍵吸附和化學(xué)吸附。