新型阴离子捕收剂DL-1反浮选齐大山铁矿混磁精

朱一民 李 伟 赵宁宁 骆斌斌 夏夕雯

(东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

新型阴离子捕收剂DL-1反浮选齐大山铁矿混磁精

朱一民 李 伟 赵宁宁 骆斌斌 夏夕雯

(东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

DL-1为东北大学新研制的阴离子反浮选捕收剂，为了检验其性能及效果，以齐大山铁矿选矿厂铁品位为46.02%的混磁精为试样进行了反浮选试验，并借助Zeta电位检测和红外光谱分析手段对DL-1反浮选石英的机理进行了探讨。结果表明：①以DL-1为捕收剂，采用1粗1扫、中矿返回闭路流程常温反浮选试验试样，获得了铁品位为65.38%、铁回收率为89.56%的铁精矿；DL-1对温度变化的适应能力较强，且可在CaCl2用量较低的情况下高效捕收试样中的石英。②在pH=9～12的碱性水溶液中，石英与DL-1间存在静电斥力，CaCl2对石英活化后可大大削弱这种静电斥力；在pH=9～11.45的矿浆中，被Ca2+活化的石英与DL-1间既可能发生静电吸附也可能发生化学吸附，而在pH>11.45的矿浆中，被Ca2+活化的石英对DL-1有强烈的静电吸引，因而比在pH=9～11.45区间可以更好地完成对石英的吸附和捕收。③在pH=11.50时，DL-1与石英表面同时存在物理吸附、氢键及化学吸附，因而DL-1对无Ca2+活化的石英也有很好的捕收效果。

阴离子捕收剂DL-1 石英 混磁精 反浮选 作用机理

近年来，阴离子捕收剂在我国铁精矿的“提铁降硅”工艺技术进步中发挥了重要作用。但传统的阴离子型反浮选捕收剂浮硅时不仅需要对水质进行软化、对矿浆进行加温，而且往往需要加入大量的Ca2+等高价金属阳离子去活化石英才能获得理想的浮硅效果，这大大增加了反浮选成本和选矿过程的复杂性[1-9]。

为解决传统阴离子型反浮选捕收剂使用中所存在的上述突出问题，东北大学自主合成了一种性能良好的新型阴离子捕收剂DL-1(α-氯代月桂酸)，为检验该药剂的反浮选脱硅效果，以鞍钢齐大山选矿厂混磁精为对象进行了浮选试验。

1 试验原料

试验用矿样为鞍钢齐大山选矿厂入浮前的混磁精，主要脉石矿物为石英。现场混磁精矿浆经沉淀、脱水、自然风干得试验用试样。试样粒度为-0.074 mm占80%，XRF光谱多元素分析结果见表1。

表1 混磁精XRF光谱多元素分析结果

Table 1 XRF spectrum multi-elements analysis of mixed magnetic concentrate %

试验用石英单矿物的加工：将辽宁建平县高品位石英块矿破碎至-2 mm后，在陶瓷球磨机中湿磨(含水量为10%)一定时间，湿筛出0.074～0.038 mm粒级，并在浓盐酸中浸泡48 h，然后用去离子水清洗3次，烘干后置于磨口瓶中备用，其XRF光谱多元素分析结果见表2。

表2 石英单矿物XRF光谱多元素分析结果

Table 2 XRF spectrum multi-element analysis of single quartz ore %

2 试验结果与讨论

2.1 反浮粗选条件试验

反浮粗选试验流程见图1。

图1 混磁精反浮粗选试验流程Fig.1 Flowsheet of reverse bulk floatation for mixed magnetic concentrate

2.1.1 矿浆pH值试验

矿浆pH值试验的含硅矿物活化剂CaCl2用量为200 g/t，铁矿物抑制剂羧甲基淀粉用量为600 g/t，新型脉石矿物捕收剂DL-1用量为800 g/t，浮选温度为25 ℃，试验结果见图2。

图2 pH值试验结果Fig.2 Test results at various pH■—品位；□—回收率

由图2可知，随着pH值的升高，精矿铁品位先上升后维持在高位，铁回收率先下降后维持在低位。综合考虑，确定pH=11.52，对应的NaOH添加量为1 250 g/t。

2.1.2 羧甲基淀粉用量试验

羧甲基淀粉用量试验的NaOH用量为1 250 g/t，CaCl2为200 g/t，DL-1为800 g/t，浮选温度为25 ℃，试验结果见图3。

图3 羧甲基淀粉用量试验结果Fig.3 Test results at various dosage of carboxymethyl starch■—品位；□—回收率

由图3可知，随着羧甲基淀粉用量的增加，精矿铁品位呈先快后慢的下降趋势，铁回收率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定羧甲基淀粉用量为600 g/t。

2.1.3 CaCl2用量试验

CaCl2用量试验的NaOH用量为1 250 g/t，羧甲基淀粉为600 g/t，DL-1为800 g/t，浮选温度为25 ℃，试验结果见图4。

由图4可知，随着CaCl2用量的增加，精矿铁品位先升后降，铁回收率先降后升。在不添加活化剂CaCl2的情况下，也可获得铁品位为63.08%、铁回收率为83.89%的铁精矿，说明新型反浮选捕收剂DL-1对Ca+活化石英的依赖性不强。综合考虑，确定CaCl2用量为200 g/t。

图4 CaCl2用量试验结果Fig.4 Test results at various dosage of CaCl2■—品位；□—回收率

2.1.4 DL-1用量试验

DL-1用量试验的NaOH用量为1 250 g/t，羧甲基淀粉为600 g/t，CaCl2为200 g/t，浮选温度为25 ℃，试验结果见图5。

图5 DL-1用量试验结果Fig.5 Test results at various dosage of DL-1■—品位；□—回收率

由图5可知，随着DL-1用量的增大，精矿铁品位上升，铁回收率下降。综合考虑，确定DL-1用量为800 g/t。

2.1.5 浮选温度试验

浮选温度试验的NaOH用量为1 250 g/t，羧甲基淀粉为600 g/t，CaCl2为200 g/t，DL-1为800 g/t，试验结果见图6。

图6 浮选温度试验结果Fig.6 Test results at various flotation temperature■—品位；□—回收率

由图6可知，随着浮选温度的升高，精矿铁品位小幅上升，铁回收率小幅下降，表明新型捕收剂DL-1对温度变化的适应能力较强。在常温(25 ℃)下的精矿铁品位为66.94%、回收率为77.86%。

2.2 闭路试验

在条件试验及开路试验基础上进行了常温闭路试验，闭路试验流程见图7，试验结果见表3。

图7 闭路试验流程Fig.7 Flowsheet for closed circuit flotation表3 闭路试验结果

Table 3 The result of closed circuit flotation %

由表3可知，以DL-1为石英等含硅脉石矿物捕收剂，采用1粗1扫、中矿返回闭路反浮选流程处理铁品位为46.02%的试样，获得的精矿铁品位为65.38%、铁回收率为89.56%。

2.3 DL-1浮选石英机理分析

2.3.1 动电位测定与讨论

试验参照文献[10-11]对用石英、石英+ CaCl2、石英+CaCl2+DL-1调制的碱性溶液(石英浓度为1 g/L)中石英的Zeta电位进行了考察，其中CaCl2、DL-1的添加量分别为0.3×10-3、1.14×10-3mol/L，测定结果见图8。

图8 石英与CaCl2、DL-1作用前后的Zeta电位Fig.8 Zeta potential of quartz，and quartz before and after interaction with CaCl2/DL-1■—石英；●—石英+CaCl2；▲—石英+CaCl2+DL-1

由图8可知：①石英在pH=9～12的碱性水溶液中的Zeta电位为负值，因此与阴离子型捕收剂DL-1间存在静电斥力。②加入适量的活化剂CaCl2后，石英的Zeta电位整体上移，且随着pH值的升高而上升，这大大削弱了被活化的石英表面与DL-1间的静电斥力，具有降低化学吸附难度的效果；在pH=11.45时，石英的Zeta电位为0，表明石英表面达到了静电平衡；在pH>11.45的区间，被Ca2+活化的石英Zeta电位为正，因而可以与DL-1发生静电吸附。③在被Ca2+活化过的石英矿浆中加入DL-1，石英的Zeta电位发生了整体下移，且均为负值，说明DL-1在石英表面发生了吸附。在pH=9～11.45的矿浆中，由于石英表面的Si—O-被Ca2+活化后仍然显负电性，因此不可能直接与阴离子捕收剂DL-1发生静电吸附，但捕收剂DL-1是在月桂酸的α位引入了氯原子，因而其电负性较强，当其遇到石英表面的Si+与水中的—OH所形成的弱Si—OH键时，Si—OH键会发生断裂，新形成的Si+与DL-1既可能发生静电吸附也可能发生化学吸附；在pH>11.45的矿浆中，除了同样存在pH=9～11.45区间Si+与DL-1的相互作用，被Ca2+活化的石英表面显正电性，进一步加强了石英与DL-1间的静电吸附，因而比在pH=9～11.45区间可以更好地完成对石英的吸附，从而更好地完成对石英的捕收。

2.3.2 红外光谱检测与讨论

为了进一步考察新型捕收剂DL-1与石英表面的作用机理，在pH=11.50、无Ca2+活化情况下，对石英、石英吸附和解吸DL-1后的红外光谱进行了测定，结果见图9。

图9 石英、石英吸附和解析DL-1后的红外光谱Fig.9 The IR of quartz，quartz before and after interaction with DL-1

由9图可知：①在石英红外光谱的1 080.18 cm-1处为Si—O键的反对称伸缩振动峰，781.57 cm-1和690.32 cm-1为Si—O—Si的对称伸缩振动吸收峰，474.65 cm-1处为Si—O键的弯曲振动峰。②石英吸附过DL-1并经水洗后，原来在1 080.18 cm-1和474.65 cm-1处的吸收峰均发生了红移，分别偏移至1 063.59 cm-1和445.62 cm-1处，即振动减弱，引起石英表面裸露在外的Si—O键的伸缩振动，表明石英表面存在氢键作用，减弱了Si—O键的弯曲振动效应；此外，在1 971.89 cm-1、1 872.35 cm-1处还出现了2个明显的特征峰，分别是DL-1羧基中羰基位置的伸缩振动峰(1 724.96 cm-1)和羧基中C—O单键的伸缩振动峰(1 430.45 cm-1)蓝移的结果，说明DL-1与石英表面可能存在化学吸附。③吸附过DL-1并经醇洗的石英的红外光谱，与吸附过DL-1并经水洗的石英的红外光谱比较，原来在1 063.59 cm-1和785.71 cm-1处的吸收峰偏移至1 076.04 cm-1和802.30 cm-1处，均发生了蓝移，伸缩振动及弯曲振动效应的加强，说明有部分吸附在石英表面的DL-1被洗脱，即醇洗对吸附在石英表面的DL-1有解吸作用，造成解吸的根本原因是DL-1在石英表面的吸附有物理吸附，多分子层吸附结合力不牢；此外，在1 971.89 cm-1和1 872.35 cm-1处的吸收峰均发生了蓝移，是DL-1经醇洗后羧基中羰基的醚基化及C—O单键伸缩振动加强的结果，表明DL-1在石英表面的吸附存在化学吸附。

红外光谱检测结果表明，石英在无Ca2+活化的情况下，与DL-1间的吸附存在物理吸附、氢键及化学吸附等多种形式，因而DL-1对石英有良好的捕收效果，与CaCl2用量试验结论吻合。

3 结 论

(1)以DL-1为捕收剂，采用1粗1扫、中矿返回闭路流程常温反浮选齐大山铁矿混磁精，在NaOH用量为1 250 g/t(pH=11.52)、羧甲基淀粉为600 g/t、CaCl2为200 g/t、DL-1为800 g/t情况下，获得了铁品位为65.38%、铁回收率为89.56%的铁精矿，表明DL-1在常温且活化剂CaCl2用量较低的情况下对混磁精中的石英有良好的捕收效果。

(2)Zeta电位检测表明，在pH=9～12的碱性水溶液中，石英与DL-1间存在静电斥力，CaCl2对石英活化后可大大削弱这种静电斥力；在pH=9～11.45的矿浆中，被Ca2+活化的石英与DL-1间既可能发生静电吸附也可能发生化学吸附，而在pH>11.45的矿浆中，被Ca2+活化的石英对DL-1有强烈的静电吸引，因而比在pH=9～11.45区间可以更好地完成对石英的吸附和捕收。

(3)结合Zeta电位检测结果和红外光谱分析结果可知，pH=11.50时，DL-1与石英表面同时存在物理吸附、氢键及化学吸附，因而DL-1对无Ca2+活化的石英也有很好的捕收效果。

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(责任编辑 罗主平)

Reverse Flotation of the Mixed Magnetic Concentrate of Qidashan Iron Mine by a New Anion Collector DL-1

Zhu Yimin Li Wei Zhao Ningning Luo Binbin Xia Xiwen

(CollegeofResourceandCivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China)

DL-1 is a newly anionic reverse flotation collector developed by Northeastern University.In order to test the floating properties，mixed magnetic concentrate from Qidashan Dressing Plant with Fe grade of 46.02% was used to make reverse flotation tests，and the mechanism in quartz reverse flotation by DL-1 is discussed with Zeta potential measurement and infrared spectrum analysis.The results showed that：①Iron concentrate with Fe grade of 65.38%，recovery of 89.56% was obtained through closed-circuit reverse flotation flowsheet of one roughing，one scavenging，and middles back to the flowsheet in turn with normal temperature and DL-1 as collector; DL-1 can endure temperature changes，and high efficiently collecting quartz at a lower dosage of CaCl2.②There are electrostatic repulsion between quartz and DL-1 with pH of 9～12 in aqueous alkaline solution，and can be weakened by activation of CaCl2to quartz; electrostatic/chemical adsorption may occur between quartz activated by Ca2+and DL-1 with pH of 9～11.45，there are strong electrostatic attraction of quartz activated by Ca2+to DL-1 with pH>11.45，therefore DL-1 can well adsorb and collect quartz at pH range of 9～11.45.③There are physical adsorption，hydrogen bond and chemical adsorption coexist between DL-1 and quartz surface with pH of 11.45，DL-1 can also well collect quartz without Ca2+activation.

Anionic collector DL-1，Quartz，Mixed magnetic concentrate，Reverse flotation，Mechanism

2014-01-09

国家自然科学基金项目(编号：51274056)，“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2012BAB14B05)，国土资源部基金项目(编号：12120113086600)。

朱一民(1964—)，女，教授，博士。

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1001-1250(2014)-05-082-05