四种阳离子捕收剂对赤铁矿和石英浮选行为的影响

周永锋， 罗溪梅,2*， 宋水祥， 林起镪

1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093; 2. 矿物加工科学与技术国家重点试验室，北京 100160

引言

我国铁矿石具有品位低、矿石组成复杂、嵌布粒度细、开发利用难度大的特点[1]，导致国内铁矿石供给不足。随着我国国民经济的快速增长，对钢材的需求量持续增加，大量依赖进口[2]，制约我国经济发展。因此，对于具有“贫、细、杂”铁矿石的开发与利用，对解决我国铁资源供给问题、保证钢铁产业稳步发展具有重要意义。

反浮选是提高铁精矿品位的重要手段，主要包括阴离子反浮选和阳离子反浮选[3-5]。目前阴离子反浮选在我国应用比较普遍，但具有药剂制度复杂，药剂费用高，需加温浮选，较高的矿浆pH会对设备产生腐蚀影响等缺点。而阳离子反浮选具有使用时无需加热、药剂制度简单的特点，且兼具一定的起泡能力，受到越来越多的学者广泛关注[6-7]。本文在前人研究工作的基础上，采用四种碳链相似但功能团不同的四种代表性捕收剂(伯胺类、多胺类、季铵盐类、醚胺类阳离子捕收剂)：十二胺、N-十二烷基乙二胺、十二烷基三甲基氯化铵以及GE-609(武汉理工大学研发的耐低温阳离子捕收剂[8-9])，探究了捕收剂种类及其用量、pH值、抑制剂对赤铁矿和石英浮选行为的影响，为进一步研究赤铁矿反浮选捕收剂提供一定的参考。

1 试验部分

1.1 原料

本论文浮选试验所采用的纯矿物为赤铁矿和石英。赤铁矿产自湖北大冶，石英产自广西贺州。纯矿物的制备方法为：人工选取块矿，经过铁锤砸碎、分拣、研磨后，用150目标准筛进行筛分，筛下产物经过摇床、磁滚筒和高梯度磁选获得的产品，再经筛分取-106+45 μm粒级的赤铁矿和石英作为试验原料。其中赤铁矿纯度为98.86%，石英纯度为99.78%，满足纯矿物要求。

1.2 试验所用药剂

本试验选用的阳离子捕收剂种类及性质如表1所示，其中除十二烷基三甲基氯化铵采用直接水溶的方式外，其余各药剂均选用等摩尔的醋酸助溶。调整pH所采用的试剂为盐酸(HCI、化学纯)和氢氧化钠(NaOH、化学纯)。

表1试验所用捕收剂种类及性质

Table1 Kinds and properties of the collector used in the test

ReagentSpeciesMolecular formulaRelative molecular massDodecyl aminePrimary amineC12H27N185.35Dodecyl trimethyl ammonium chlorideQuaternary ammonium salt C15H34ClN263.89GE-609Ether diamineC12H28ON2216N-Laurel ethanediaminePolyamineC14H32N2228

1.3 试验方法

单矿物浮选试验在主轴转速1 500 r/min、40mL的XFG II型的挂槽式浮选机中进行，试验温度为室温，每次称取2.0 g矿样放入浮选槽中，加入25 mL去离子水，调浆1 min，然后用HCl或NaOH调节pH值2 min，加入抑制剂作用2 min，捕收剂作用2 min，刮泡3 min，浮选完成后将所得的精矿产品和尾矿产品烘干、称重、计算回收率。浮选试验流程如图1所示。

图1浮选流程图

Fig. 1 Flowsheet of the flotation

2 结果与讨论

2.1 阳离子捕收剂用量试验

在自然pH值条件下，四种阳离子捕收剂的用量对石英和赤铁矿的回收率影响结果如图2～图5所示。可以看出，十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609以及N-十二烷基乙二胺四种捕收剂均对石英和赤铁矿具有捕收能力，且对石英的捕收能力均强于赤铁矿。还可以看出，随捕收剂用量的不断增大，石英和赤铁矿的浮选回收率均不断升高。十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609三种捕收剂对石英的捕收能力相差不大，在用量为10 mg/L时，回收率达到90%左右。N-十二烷基乙二胺对石英的捕收能力则相对较弱，当捕收剂用量超过20 mg/L时，石英的回收率才能达到93.5%。

图2十二胺用量对石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 2 Effect of the dodecyl amine dosage on the recovery of quartz and hematite

图3十二烷基三甲基氯化铵用量对石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 3 Effect of the dodecyl trimethyl ammonium chloride dosage on the recovery of quartz and hematite

图4GE-609用量对石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 4 Effect of the GE-609 dosage on the recovery of quartz and hematite

图5N-十二烷基乙二胺用量对石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 5 Effect of the N-Laurel ethanediamine dosage on the recovery of quartz and hematite

2.2 pH试验

为了研究pH值对阳离子捕收剂浮选效果的影响，在捕收剂用量试验的基础上，固定十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609三种捕收剂用量为5mg/L，N-十二烷基乙二胺用量为10 mg/L，研究了不同pH值下阳离子捕收剂对石英和赤铁矿的捕收效果。pH值对四种阳离子捕收剂浮选石英和赤铁矿的影响结果如图6～图9所示。

在十二胺浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图6所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率均呈现出先增加后降低的趋势。对石英而言，在强酸和强碱性条件下的回收率较低，在pH=7左右时回收率达到最高，为83.0%。对于赤铁矿而言，当pH值为9左右时，浮选回收率达到最大值，但仍处于较低的水平。

图6pH值对十二胺浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 6 Effect of pH value on the recovery of quartz and hematite with the collector of dodecyl amine

图7pH值对十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 7 Effect of pH value on the recovery of quartz and hematite with the collector of dodecyl trimethyl ammonium chloride

在十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图7所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。在整个浮选pH范围里，石英的可浮性均强于赤铁矿。当pH值在5～9之间，石英回收率相对较高。对于赤铁矿，当pH为8.6时，回收率相对较高，但仍处于较低的水平。

在GE-609浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图8所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。在pH值为4～7的范围内，石英的回收率逐渐升高，当pH=6.92时，石英回收率达到了最高值74.5%。赤铁矿的回收率在pH=8.41时达到峰值32.5%。在强酸条件下的泡沫较为丰富，但矿化泡沫少、浮选效果较差，赤铁矿的回收率均低于40.0%。

图8pH值对GE-609浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 8 Effect of pH value on the recovery of quartz and hematite with the collector of GE-609

图9pH值对N-十二烷基乙二胺浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 9 Effect of pH value on the recovery of quartz and hematite with the collector of N-Laurel ethanediamine

在N-十二烷基乙二胺浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图9所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。石英在pH值为4～9范围内可浮性较好，回收率可以维持在78.0%以上，但随pH值进一步升高，回收率开始下降。N-十二烷基乙二胺对赤铁矿捕收效果较差，pH值在3～10范围内，回收率基本不超过30.0%。

总体来看，在四种阳离子捕收剂浮选体系中，pH对石英和赤铁矿的浮选有很大的影响，在中性至弱碱性条件下，石英的浮选效果较好，赤铁矿则在弱碱性条件下回收率相对较高。

2.3 抑制剂用量试验

淀粉是赤铁矿反浮选的典型抑制剂[11]，在铁矿石的反浮选生产实践中得到了广泛的应用[12-13]。由于淀粉能够直接与赤铁矿表面上的铁键合而吸附，本身又存在亲水性的官能团，从而能够在赤铁矿表面形成一层亲水层，使得赤铁矿的回收率下降。

在前期试验结果的基础上，采用固定十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609的用量为5 mg/L，浮选pH值为7左右，固定N-十二烷基乙二胺的用量为10 mg/L，pH值为4.2左右，抑制剂作用时间为2 min，考察了抑制剂淀粉用量对石英和赤铁矿浮选行为的影响，结果如图10～图13所示。

在十二胺浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图10所示。可知，淀粉对石英浮选回收率影响较小，而对赤铁矿的浮选回收率影响很大。随淀粉用量的增加，赤铁矿的回收率明显降低，淀粉用量从0 mg/L增加到5 mg/L过程中，赤铁矿的回收率降低了12.5个百分点，淀粉用量继续增大，赤铁矿浮选回收率变化幅度较小。

图10淀粉用量对十二胺浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 10 Effect of starch dosage on the recovery of quartz and hematite with the collector of dodecyl amine

图11淀粉用量对十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 11 Effect of starch dosage on the recovery of quartz and hematite with the collector of dodecyl trimethyl ammonium chloride

在十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图11所示。可知，淀粉用量在0～40 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英的回收率变化较小；赤铁矿的回收率随淀粉用量的增大而降低，淀粉用量从0增加到20mg/L的过程中，赤铁矿的回收率从15%下降到了2%，随着淀粉用量的继续增大，赤铁矿的回收率变化较小。

在GE-609浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图12所示。可知，淀粉用量在0～50 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英的回收率变化幅度相对较小。淀粉对赤铁矿的抑制效果明显，当淀粉用量从0 mg/L增加至20 mg/L时，赤铁矿回收率由24.0%降低至4.5%，降低了约20个百分点。

图12淀粉用量对GE-609浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 12 Effect of starch dosage on the recovery of quartz and hematite with the collector of GE-609

在N-十二烷基乙二胺浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图13所示。淀粉用量在0～20 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英和赤铁矿的回收率均逐渐降低。当淀粉用量从0 mg/L增加到5 mg/L时，石英的回收率从81.5%下降至59.48%，降低了约22个百分点，赤铁矿则从15.0%下降至5.3%，降低了约10个百分点。当N-十二烷基乙二胺作为捕收剂时，淀粉对石英有一定的抑制作用，因而对赤铁矿与石英分离造成了一定的困难。

图13淀粉用量对N-十二烷基乙二胺浮选体系中石英和赤铁矿回收率的影响

Fig. 13 Effect of starch dosage on the recovery of quartz and hematite with the collector of N-Laurel ethanediamine

总体来看，淀粉对赤铁矿有较好的抑制作用，在适宜的pH值和淀粉用量条件下，采用十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，赤铁矿和石英的浮选分离效果相对较好，其分离难易程度为：十二烷基三甲基氯化铵> GE-609>十二胺> N-十二烷基乙二胺。

2.4 混合矿浮选试验

在石英和赤铁矿单矿物浮选试验的基础上进行了混合矿试验，铁品位为30.60%。将石英和赤铁矿按照质量比54混合，总矿量为2.7 g(石英1.5 g，赤铁矿1.2 g)。除N-十二烷基乙二胺的用量为10 mg/L，pH条件为4.2外，十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609的药剂用量为5 mg/L，pH条件为7，抑制剂淀粉的用量均为20 mg/L，刮泡时间定为5 min，其他操作流程均与单矿物浮选一致。浮选中所刮出的泡沫为尾矿产品，槽内剩余矿物为精矿产品，浮选得到的精矿产品和尾矿产品经过烘干后，称重、化验得到Fe品位和回收率。

图14四种阳离子捕收剂对赤铁矿反浮选指标的影响

Fig. 14 Effect of four kinds of cationic collectors on the indeses of the hematite reverse flotation

由图14可知，相比于其他三种捕收剂，N-十二烷基乙二胺作捕收剂时，赤铁矿的回收率最高，但铁精矿的Fe品位相对较低；十二胺作捕收剂时，赤铁矿的回收率低于70%，且试验过程中发现泡沫较黏，分离效果较差。十二烷基三甲基氯化铵的铁精矿品位最高，GE-609作捕收剂时赤铁矿的浮选指标也相对较好，且泡沫较脆。总体来看，与十二胺和N-十二烷基乙二胺相比，十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，精矿Fe品位和Fe回收率指标相对较优，与单矿物浮选结果一致。

3 结论

(1)十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609以及N-十二烷基乙二胺四种捕收剂对石英和赤铁矿均具有捕收能力，且对石英的捕收能力强于赤铁矿。在四种阳离子捕收剂浮选体系中，pH对石英和赤铁矿的浮选影响较大。在中性至弱碱性条件下,石英的浮选效果较好，赤铁矿则在弱碱性条件下回收率相对较高。

(2)在四种阳离子捕收剂浮选体系中，淀粉对于赤铁矿均具有较好的抑制作用，加入淀粉后赤铁矿的回收率明显降低。除N-十二烷基乙二胺外，其余三种捕收剂对石英的捕收效果受淀粉影响较小，可以有效分离赤铁矿与石英。在不同阳离子捕收剂浮选体系中，淀粉做抑制剂时，石英和赤铁矿的分离难易程度比较：十二烷基三甲基氯化铵> GE-609>十二胺> N-十二烷基乙二胺。

(3)混合矿浮选试验表明，四种阳离子捕收剂中，十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，浮选指标相对较优，与单矿物浮选结果一致。药剂作用机理有待进一步研究。