耐低溫捕收劑TA-19在李樓鐵礦的研究及應(yīng)用

羅光明

(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 霍邱 237426)

0 引言

我國鐵礦石資源豐富，但多以貧細(xì)礦為主，依靠傳統(tǒng)的選礦工藝，產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足鋼廠需求，鐵礦石浮選工藝的重要性也越來越為凸顯[1,2]。鐵礦石陰離子反浮選脫硅工藝為提高我國鐵精礦產(chǎn)品質(zhì)量、推動選礦技術(shù)進(jìn)步起到了較大作用[3]。國內(nèi)赤鐵礦陰離子反浮選工藝歷經(jīng)20余年的發(fā)展，已經(jīng)基本成熟，但傳統(tǒng)脂肪酸類陰離子捕收劑低溫下選擇性和起泡能力下降明顯，藥劑用量較大，工業(yè)上礦漿需加溫至35 ℃以上，造成了不可再生能源大量消耗，提高了鐵精礦生產(chǎn)成本，難以適應(yīng)國家對綠色生態(tài)礦山建設(shè)的新要求。為了節(jié)約能源消耗，創(chuàng)建綠色礦山，提高與國外鐵礦石的競爭力，研究應(yīng)用耐低溫陰離子捕收劑成為必然選擇[4]。

安徽李樓鐵礦開采礦石為貧鏡鐵礦石，屬于鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，選礦工藝采用強(qiáng)磁選-重選-陰離子反浮選聯(lián)合流程，生產(chǎn)中反浮選礦漿需要加溫至35 ℃左右[5]。針對自身礦石性質(zhì)，李樓鐵礦聯(lián)合天翔礦業(yè)科技股份有限公司研發(fā)了陰離子捕收劑TA-19，該藥劑選用長碳鏈、高不飽和度的脂肪酸，大量的雙鍵提高了藥劑捕收能力和低溫耐受性，并在脂肪酸分子上引入具有強(qiáng)烈電負(fù)性的-O-、-SO3H或-OSO3H官能團(tuán)，提高藥劑表面活性，改善低溫性能，增強(qiáng)對粗顆粒的捕收能力，同時在藥劑分子上引入芳香基，破壞脂肪酸分子膠束，并與脂肪酸碳鏈通過氫鍵締合使之在硅礦物表面吸附排布更有規(guī)律性，從而增大吸附量，減少高濃度OH-對捕收劑的排擠，從而達(dá)到較好的低溫分選效果。利用該藥劑對李樓鐵礦進(jìn)行了實驗室試驗研究和低溫浮選工業(yè)應(yīng)用試驗，取得了較好的分選指標(biāo)，大幅節(jié)省了天然氣消耗，降低了鐵精礦生產(chǎn)成本。

1 浮選給礦性質(zhì)

李樓鐵礦現(xiàn)場浮選給礦鐵含量為53%左右 ，-0.075 mm粒級含量90%左右。鏡下鑒定浮選給礦中鐵礦物以鏡鐵礦和假象赤鐵礦為主，其次為菱鐵礦，偶見磁鐵礦和褐鐵礦零星分布；脈石礦物主要是石英，其次為綠泥石和云母。對現(xiàn)場浮選給礦樣品進(jìn)行多元素和鐵物相分析，結(jié)果分別列于表1和表2。

表1 樣品的化學(xué)多元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 樣品的鐵物相分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

由表1、表2可知：

1)樣品中可供回收利用的主要成分是鐵，品位為54.37%。樣品中SiO2含量為16.12%；磷和硫的含量很少，預(yù)計對鐵精礦品質(zhì)影響很小。

2)樣品中大部分鐵以赤(褐)鐵礦形式賦存，所占分布率為96.65%；呈磁性鐵礦物產(chǎn)出的鐵分布率僅為0.5%。碳酸鹽、硅酸鹽中的鐵含量均較低，預(yù)計對浮選作業(yè)影響較小。

2 實驗室浮選試驗

2.1 試驗方法

試驗礦樣為李樓鐵礦現(xiàn)場浮選給礦，選擇新型常溫捕收劑TA-19為浮選捕收劑，浮選條件試驗考查了氫氧化鈉、淀粉、石灰和TA-19用量對分選指標(biāo)的影響，條件試驗流程見圖1。通過條件試驗探索，確定藥劑用量，進(jìn)一步完成閉路試驗，閉路試驗流程見圖2。

圖1 條件試驗流程

圖2 閉路試驗流程

2.2 浮選條件試驗結(jié)果

2.2.1 NaOH用量試驗

氫氧化鈉是常用的pH調(diào)整劑，實踐表明堿性環(huán)境是陰離子反浮選的基礎(chǔ)條件，在淀粉600 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t的條件下，考查氫氧化鈉用量對分選指標(biāo)的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 NaOH用量試驗結(jié)果

結(jié)果表明，氫氧化鈉用量從800 g/t增加至1 400 g/t時，精礦品位呈現(xiàn)升高趨勢，而精礦回收率逐漸降低，綜合考慮分選效果，選定氫氧化鈉用量為1 200 g/t。

2.2.2 淀粉用量試驗

淀粉作為抑制劑，主要作用是抑制鐵礦物的上浮，在氫氧化鈉條件試驗基礎(chǔ)上，選擇氫氧化鈉1 200 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t，進(jìn)行淀粉用量試驗，結(jié)果見圖4。

圖4 淀粉用量試驗結(jié)果

結(jié)果表明，淀粉用量從400 g/t增加至700 g/t時，精礦品位有緩慢降低趨勢，而回收率隨之升高，綜合考慮分選效果，選定淀粉用量為600 g/t。

2.2.3 石灰用量試驗

在赤鐵礦陰離子反浮選中，石灰常作為活化劑，使石英等脈石礦物易于被捕收劑吸附，從而被浮出，因此，在氫氧化鈉1 200 g/t、淀粉600 g/t、TA-19 750 g/t的條件下，進(jìn)行石灰用量試驗，結(jié)果見圖5。

圖5 石灰用量試驗結(jié)果

結(jié)果表明，石灰用量從100 g/t增加至400 g/t時，精礦回收率和精礦品位均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，綜合考慮分選效果，選定石灰用量為300 g/t。

2.2.4 捕收劑用量試驗

合適的捕收劑用量對分選指標(biāo)至關(guān)重要，在氫氧化鈉1 300 g/t、淀粉600 g/t、CaO 300 g/t的條件下，考查TA-19用量對分選指標(biāo)的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 捕收劑用量試驗結(jié)果

結(jié)果表明，捕收劑用量從450 g/t增加至900 g/t時，精礦回收率逐漸降低，而精礦TFe品位呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)捕收劑用量超過750 g/t時，精礦TFe品位出現(xiàn)下降，因此，選定捕收劑用量為750 g/t。

2.2.5 浮選溫度試驗

在上述條件試驗的基礎(chǔ)上，在氫氧化鈉1 200 g/t、淀粉600 g/t、CaO 300 g/t、TA-19 750 g/t的條件下進(jìn)行了浮選溫度試驗，考查藥劑對溫度的適應(yīng)能力。試驗結(jié)果見下圖7。

圖7 浮選溫度試驗結(jié)果

結(jié)果表明，隨著溫度升高，精礦鐵品位和鐵回收率有上升趨勢，但低溫下TA-19仍能保持較高的精礦品位和回收率，說明TA-19溫度適應(yīng)性較強(qiáng)，可在較低溫度條件下實現(xiàn)對李樓鐵礦的高效分選。

2.3 閉路實驗

在條件試驗的基礎(chǔ)上，在浮選溫度20 ℃和30 ℃時，進(jìn)行了實驗室閉路驗證試驗，粗選藥劑用量為氫氧化鈉1 200 g/t，淀粉600 g/t，CaO 300 g/t，TA-19捕收劑750 g/t，精選TA-19用量為300 g/t，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表3。

表3 閉路試驗結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

閉路試驗結(jié)果表明，TA-19捕收劑在浮選溫度20 ℃條件下，可達(dá)到精礦品位66.72%，回收率90.64%的分選指標(biāo)，在浮選溫度30 ℃條件下，可達(dá)到精礦品位66.89%，回收率90.79%的分選指標(biāo)，兩者分選指標(biāo)基本一致，差別不大，進(jìn)一步說明TA-19耐低溫性能較好。

3 工業(yè)應(yīng)用試驗

3.1 工業(yè)應(yīng)用背景

2019年8月，隨著國家對企業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求愈發(fā)嚴(yán)格，李樓鐵礦燃煤鍋爐停用，取而代之的是更加環(huán)保的天然氣鍋爐，但這也造成天然氣使用成本大幅上升，耐低溫捕收劑的工業(yè)應(yīng)用迫在眉睫。2020年2月，為對推進(jìn)選礦技術(shù)進(jìn)步，節(jié)約能源，建設(shè)綠色礦山，在實驗室試驗的基礎(chǔ)上，選擇TA-19新型耐低溫捕收劑在李樓鐵礦選廠進(jìn)行了浮選工業(yè)應(yīng)用試驗。

3.2 工業(yè)試驗指標(biāo)分析

工業(yè)應(yīng)用試驗期間，完全停止對浮選礦漿進(jìn)行加溫，實際浮選礦漿溫度為16 ℃至23 ℃之間，與原加溫捕收劑(浮選溫度35 ℃)相比，在給礦條件基本一致的情況下，浮選指標(biāo)對比情況如下表4所示，藥劑消耗、天然氣消耗對比情況如下表5所示。

表4 TA-19工業(yè)試驗浮選指標(biāo)對比表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表5 TA-19工業(yè)試驗藥劑、天然氣消耗對比表

由表4可知，TA-19常溫浮選指標(biāo)同原現(xiàn)場加溫浮選指標(biāo)相比，浮精品位提高0.15%，浮尾品位升高0.11%，整體浮選指標(biāo)變化不大。說明TA-19捕收劑低溫條件下，分選性能優(yōu)異，滿足李樓鐵礦反浮選現(xiàn)場生產(chǎn)要求。

由表5可知，使用TA-19捕收劑時，NaOH用量升高了41 g/t，淀粉用量升高了17 g/t，捕收劑用量減少了24 g/t，天然氣用量大幅減少了15 323 m3/d。

3.3 效益測算

TA-19工業(yè)試驗精礦回收率對比加溫浮選差異不大，可以認(rèn)為精礦銷售收入基本不變；浮選藥劑消耗有增有減，藥劑成本與加溫浮選成本基本持平。按單價3.73 元/m3對天然氣成本進(jìn)行測算，試驗期間平均溫度為20 ℃，平均每天節(jié)約天然氣成本57 155元。采用TA-19常溫浮選,按年平均浮選礦漿溫度27 ℃，年生產(chǎn)330天進(jìn)行計算,每年可節(jié)約天然氣成本為:57 155÷(35-20)×(35-27)×330=1 006萬元。

4 結(jié)語

1)使用TA-19新型耐低溫捕收劑對李樓鐵礦浮選給礦樣進(jìn)行實驗室試驗研究，條件試驗結(jié)果顯示：在浮選溫度20 ℃時，最佳藥劑制度為氫氧化鈉用量1 200 g/t，淀粉用量600 g/t，CaO用量300 g/t，捕收劑用量750 g/t，可實現(xiàn)精礦品位66.63%，回收率79.26%的選別指標(biāo)。

2)試驗室閉路試驗結(jié)果表明，TA-19捕收劑在浮選溫度20 ℃時可實現(xiàn)精礦品位66.72%，回收率90.64%的指標(biāo)，與30 ℃時浮選指標(biāo)差別不大，說明TA-19分選效果較好，耐低溫性能優(yōu)異。

3)工業(yè)應(yīng)用試驗表明，李樓鐵礦使用TA-19捕收劑，在平均浮選溫度20 ℃條件下，可獲得浮選精礦品位65.92%，回收率85.63%的指標(biāo)，同加溫浮選指標(biāo)基本一致。

4)以工業(yè)試驗指標(biāo)測算，李樓鐵礦采用新型耐低溫TA-19捕收劑，每年可節(jié)約天然氣成本1 006萬元，節(jié)能降耗效果顯著，對李樓鐵礦推進(jìn)綠色礦山建設(shè)意義重大。