新型常温捕收剂DX-1对赤铁矿的浮选性能研究

夏夕雯 梁广泉， 朱一民

（1.河钢集团矿业有限公司，河北唐山063000；2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）

浮选药剂是浮选技术应用的核心，浮选药剂的开发与应用在一定程度上推动了浮选工艺的发展，浮选工艺应用范围也在日益扩大［1-2］。目前，我国在铁矿浮选药剂的开发与应用领域处于国际领先水平［3-6］，但在新型、高效、廉价和更符合环保要求的浮选药剂研发方面仍然存在一些不足［7］。现今，国内外十分重视脂肪酸类捕收剂的研究，除使用油酸代用品外，还通过不同的合成途径，对脂肪酸进行改性［8-10］，例如在脂肪酸的非极性基上引入氟、氯、溴、磺酸基、羧基、硝基等极性基团，把氮、氧等具有孤对电子的原子通过缩合等反应加到非极性基上，以增加脂肪酸的酸度和分散性，改善其捕收能力和选择性［11-12］。为提高脂肪酸对铁矿物浮选的选择性及捕收性，在脂肪酸的非极性基上引入新的键合原子对其进行改性，并通过单矿物和人工混合矿正浮选试验，考察改性后捕收剂对赤铁矿的捕收性能。

1 试验矿样及药剂

1.1 试验矿样

试验用石英和赤铁矿纯矿物均取自司家营铁矿采场，石英富矿块在陶瓷球磨机中磨细至-74 μm，经酸浸—烘干后作为浮选所用石英矿样；赤铁矿富矿块经球磨—摇床重选—强磁选后，烘干、筛分得到-74 μm粒级矿样作为浮选所用赤铁矿矿样。赤铁矿和石英单矿物化学成分分析结果如表1和表2所示。

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由表1、表2可知，赤铁矿纯度在97%以上，石英纯度在99%以上。符合纯矿物和人工混合矿浮选试验用样要求。

1.2 试验药剂

DX-1为实验室自制药剂，在40℃条件下与NaOH发生皂化反应后，配制成浓度为1%的溶液使用。试验用NaOH、HCl、CaCl2均为分析纯试剂，月桂酸为化学纯试剂，玉米淀粉为工业品。

2 试验方法

2.1 浮选试验

浮选试验采用转速为1 250 r/min的XFG型挂槽式浮选机，每次称取矿样2.00 g，加入去离子水30 mL，搅拌1 min，加入pH调整剂，搅拌2 min，加入捕收剂，刮泡3 min，将泡沫烘干、称重，并计算回收率。浮选试验流程如图1所示。

2.2 Zeta电位测定

称取赤铁矿100 mg，加蒸馏水50 mL，搅拌均匀后，取上清液调节溶液pH值，然后采用Nano-ZS90 Zeta电位测定仪进行测量。

2.3 红外光谱分析

将DX-1和赤铁矿加入浮选槽，加入HCl调节pH值后搅拌5 min，矿物完全沉淀后进行真空抽滤，并在室温下自然风干。取1 mg矿物与光谱纯的KBr100 mg充分混匀，在玛瑙研钵中研磨，最后加压，制片。使用380FT-IR Spectrometer红外光谱分析仪进行检测。

3 试验结果与讨论

3.1 单矿物浮选试验

3.1.1 捕收剂用量对赤铁矿可浮性的影响

在自然pH、矿浆温度为20℃条件下，分别采用皂化后的DX-1和皂化后的月桂酸为捕收剂，进行赤铁矿单矿物浮选试验，结果如图2所示。

由图2可知：采用DX-1为捕收剂时，随着DX-1用量的增加，赤铁矿回收率逐渐增加，当DX-1用量为100 mg/L，赤铁矿回收率为83.50%，DX-1用量为500 mg/L时，赤铁矿回收率为99.50%，基本完全上浮；采用月桂酸为捕收剂时，随着月桂酸用量的增加，赤铁矿回收率呈先提高后降低的趋势，当月桂酸用量为167 mg/L时，赤铁矿回收率仅为35.00%，当月桂酸用量为333 mg/L时，赤铁矿回收率最高，达到89.00%，随着月桂酸用量的继续增加，赤铁矿回收率逐渐降低，当月桂酸用量为500 mg/L时，赤铁矿回收率为79.30%。因此，改性后的DX-1对赤铁矿的捕收效果优于月桂酸。

3.1.2 矿浆pH对赤铁矿可浮性的影响

在矿浆温度为20℃，DX-1和月桂酸用量均为333 mg/L条件下，考察pH值对赤铁矿可浮性的影响，结果如图3所示。

从图3可以看出：pH值对DX-1和月桂酸对赤铁矿的回收率均有影响；捕收剂DX-1对pH值的适用范围较宽，在pH为4.0～9.5之间，赤铁矿的回收率均能达到90%以上；而月桂酸对pH值的要求相对较为严格，在酸性条件和强碱性条件下，赤铁矿的回收率均不高，只有在pH值为9.0左右时捕收效果较好。因此，改性后的捕收剂DX-1比月桂酸对pH值变化适用范围更宽。

3.1.3 矿浆温度对赤铁矿可浮性的影响

在自然pH，DX-1和月桂酸用量均为333 mg/L条件下，考察矿浆温度对赤铁矿可浮性的影响，结果如图4所示。

从图4可以看出：以DX-1为捕收剂时，在试验温度范围内，赤铁矿的回收率变化不大，均在95%以上；以月桂酸为捕收剂时，赤铁矿的回收率受温度影响较大，随着浮选温度的降低，赤铁矿回收率逐渐降低，浮选温度为11℃时，赤铁矿的回收率仅58.00%。因此，捕收剂DX-1可以在常温条件下使用。

3.2 人工混合矿浮选试验

在单矿物浮选试验的基础上，进行了人工混合矿（赤铁矿和石英按质量比为3∶2混合）浮选试验。

3.2.1 DX-1用量对人工混合矿浮选的影响

在自然pH（pH=6.8），矿浆温度为20℃条件下，以DX-1为捕收剂进行浮选，考察DX-1用量对精矿指标的影响，结果如图5所示。

由图5可知：随着DX-1用量的增加，精矿铁品位变化不明显，均保持在67%以上，铁回收率随着DX-1用量的增加而提高；当DX-1用量为250 mg/L时，精矿铁品位为68.01%，回收率为88.68%。由此，选择DX-1用量为250 mg/L进行试验。

3.2.2 矿浆pH对人工混合矿浮选的影响

在矿浆温度为20℃，DX-1用量为250 mg/L条件下，考察矿浆pH对精矿指标的影响，结果如图6所示。

由图6可知：随着矿浆pH的升高，精矿铁品位先提高后降低，铁回收率逐渐降低，降低幅度逐渐增大；当矿浆pH为3.9时，精矿铁品位达到67.04%、回收率为91.93%；在矿浆pH为7.0时，精矿铁品位为68.18%、回收率为84.88%；当pH值为10.0时，精矿铁品位为64.33%、回收率为59.76%。因此，捕收剂DX-1在正浮选赤铁矿时，在酸性至中性条件下，对赤铁矿的捕收性能较好。

4 浮选机理分析

4.1 Zeta电位检测

当DX-1浓度为400 mg/L时，考察DX-1对赤铁矿表面Zeta电位的影响，结果如图7所示。

从图7可知：溶液pH小于3时，赤铁矿的表面Zeta电位随pH值的升高而正向升高；当pH大于3时，赤铁矿的表面Zeta电位沿负向增加；pH=8.6时，赤铁矿的表面Zeta电位为零，之后随着pH值的升高，赤铁矿的表面Zeta电位为负值并沿负向增加；赤铁矿与DX-1作用后，在pH值为3.2时表面Zeta电位为零，之后随着pH的升高，赤铁矿表面Zeta电位一直沿负向升高；由赤铁矿的表面Zeta电位与吸附了DX-1的赤铁矿的表面Zeta电位相比较可得出，在pH为3.5～7.0之间，两者差值较大，pH＞7.0以后，两者差值逐渐缩小。在pH值为3.9时，赤铁矿的回收率最高，之后随着pH值的升高而下降（图6）。由此可见，在pH为3.9～7.0时，捕收剂DX-1对赤铁矿的捕收性能好，在此pH值区间，吸附了DX-1的赤铁矿的表面Zeta电位下降幅度大，并改变了赤铁矿表面Zeta电位的符号，捕收剂DX-1与赤铁矿表面发生了静电吸附。

4.2 红外光谱分析

在矿浆pH=3.9、DX-1浓度为400 mg/L时，对赤铁矿及吸附了DX-1药剂的赤铁矿进行红外光谱分析，结果如图8所示。

从图8可以看出：3 440.09 cm-1处为H2O中—OH的伸缩振动吸收峰，1 631.80 cm-1处为H2O中—OH的弯曲振动吸收峰，1 080.18 cm-1处为Fe—O的弯曲振动吸收峰，557.59 cm-1处为Fe—O的伸缩振动吸收峰，470.51 cm-1处为Fe—O的弯曲振动吸收峰；经水洗后，赤铁矿与DX-1作用后的红外光谱中，1 080.18 cm-1处的Fe—O弯曲振动吸收峰移至1 067.74 cm-1，红移了13 cm-1；557.60 cm-1处的Fe—O伸缩振动吸收峰红移至553.46 cm-1；470.51 cm-1处的Fe—O弯曲振动吸收峰红移至466.36 cm-1；因此，捕收剂DX-1与赤铁矿表面发生了静电吸附；经醇洗后，赤铁矿与捕收剂DX-1作用后的红外光谱中，1 080.18 cm-1处的Fe—O弯曲振动吸收峰未发生偏移，557.60 cm-1处的Fe—O伸缩振动吸收峰红移至536.87 cm-1，捕收剂DX-1与赤铁矿在此处发生化学吸附；470.51 cm-1处的Fe—O弯曲振动吸收峰未发生偏移。由此可见，在pH=3.9～7.0时，捕收剂DX-1与赤铁矿主要发生了静电吸附，此外还存在部分分子间作用力及化学键力。

5 结 论

（1）单矿物浮选试验表明，DX-1较月桂酸对赤铁矿的捕收能力强，且矿浆pH、矿浆温度对DX-1对赤铁矿的捕收性能影响较小。人工混合矿浮选试验表明，pH=3.9～7.0，DX-1用量为250 mg/L时，DX-1对赤铁矿的捕收性能较好。

（2）Zeta电位检测表明，在pH为3.9～7.0时，DX-1对赤铁矿的捕收性能好，赤铁矿吸附DX-1后，表面Zeta电位下降幅度大，并改变了赤铁矿表面电位的符号，捕收剂DX-1与赤铁矿表面发生了静电吸附；红外光谱分析表明，在pH=3.9～7.0时，捕收剂DX-1与赤铁矿表面主要发生了静电吸附，此外还存在部分分子间作用力及化学键力。

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