2017 引用本文 |
| 新型捕收剂在宣龙鲕状赤铁矿反浮选中的试验研究 |  [PDF全文] |
2. 东北大学，辽宁 沈阳市 110819
2. Northeastern University, Shenyang 110000, China
随着近几年我国对国外铁矿石的依赖程度越来越大，国外主要矿山公司对铁矿石价格实行垄断，导致我国许多钢铁企业经济效益严重下滑、乃至出现亏损，因此，开展国内一些储量大、复杂难处理铁矿的选矿技术研究，特别是对储量巨大、细粒嵌布的难选鲕状赤铁矿研究关乎到我国钢铁企业的长远利益。宣龙式铁矿是我国典型的鲕状赤铁矿，这种类型的矿石嵌布粒度极细，由肾状铁矿变为鲕状赤铁矿、鲕状菱铁矿及菱铁矿，同时含有一定量的黄铁矿[1-2]。其伴生关系较为复杂，有用矿物与脉石矿物难以解离，且易泥化，有用矿物分选难度较大[3-5]。
对于鲕状磁铁矿的选矿工艺，国内开展了许多相关研究，牛福生、白丽梅等[6]采用强磁—反浮选工艺对宣钢龙烟鲕状赤铁矿进行选别，采用强磁工艺，使用该方法得到的精矿品位较高，但回收率较低。同时牛福生、周闪闪等采用絮凝—磁选联合工艺流程，试验结果表明，可得到铁品位55.51%、铁回收率76.02%的强磁粗精矿[7]。刘苗华、石云良等进行了絮凝反浮选流程试验，可得到品位65.50%、回收率83.09%的浮选精矿，小型半工业试验可得到铁精矿品位64.77%、回收率78.65%的浮选精矿，浓密机、脱泥斗的联合使用加上苛化淀粉的絮凝使脱泥效率得到大幅度提高[8]。任建伟等研究了磁选铁精矿反浮选脱硅新型阳离子浮选药剂[9]。在pH=6~12的范围内, 铁回收率提高了8.32%，具有较好的适应性。本试验针对宣化宣龙鲕状赤铁矿展开试验，采用焙烧磁选—反浮选工艺，采用OMC-1作为宣龙鲕状赤铁矿反浮选的阴离子捕收剂，浮选精矿指标较好，并在此基础上对捕收剂的浮选机理进行了分析研究。
1 矿石性质| 表 1 原矿主要化学成分分析结果 /% Table 1 Main chemical compositions analysis of the raw ore |
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| 图 1 原矿XRD图谱 Fig.1 XRD pattern of the raw ore |
由图 1可知，原矿中主要含有赤铁矿和菱铁矿，脉石矿物主要为石英。
2 试验研究 2.1 浮选样品的制备为了制取一定量的浮选试验用铁精矿，对宣龙鲕状赤铁矿原矿进行磁化焙烧—弱磁选联合流程试验，粗磨粒度为-0.074 mm含量占37.15%，焙烧温度为750 ℃，煤用量是矿石质量的8%，在马弗炉中焙烧时间为40 min，焙烧后对矿石进行磨矿，磨矿细度为-0.044 mm含量占76.58%，对磨矿产品进行弱磁选，同时采用磁选柱进行多次精选，磁选柱静态电流为1.0 A，脉动电流为1.5 A，工艺流程如图 2所示，制备的磁选精矿(浮选给矿)TFe品位为61.42%。
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| 图 2 磁化焙烧—磁选试验流程 Fig.2 Flowsheet of the magnetic roasting-magnetic separation test |
磁选精矿的XRD检验结果如图 3所示。从图中可以看出，矿石以磁铁矿为主，说明赤铁矿被充分还原，但仍含有少量钙铁硅酸盐等脉石矿物。
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| 图 3 磁选精矿XRD图谱 Fig.3 XRD pattern of the magnetic concentrate |
2.2 浮选捕收剂对比试验
焙烧磁选后的铁精矿品位较低，因此需对其进行反浮选脱硅提纯试验，进一步提高铁精矿品位，浮选试验流程如图 4所示。在捕收剂用量为750 g/t、石灰用量为4 000 g/t、淀粉用量为1 000 g/t的条件下，考察不同阴离子捕收剂的浮选效果，其中阳离子捕收剂用量与阴离子相同。试验结果如表 2所示。
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| 图 4 浮选流程试验图 Fig.4 Flowsheet of the flotation test |
| 表 2 不同种类捕收剂对比试验结果 /% Table 2 Comparative test results different collectors |
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在强力搅拌下，油酸钠需添加起泡剂，低温条件下浮选效果较差，十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠都具有较好的起泡性，容易配制，但浮选效果不佳，且对浮选温度要求较高。其中OMC-1和OMC-2是新型阴离子捕收剂，配制时不用加热，配制简单，这两种阴离子捕收剂都可以在较低温条件下浮选矿物。但OMC-1具有一定的起泡性，且泡沫较小，粘性不大，浮选效果较好，而OMC-2起泡效果较差，价格较高，选择性不如OMC-1。
3 浮选机理分析 3.1 电动电位测定通过捕收剂对比试验结果可以看出，OMC-1复合捕收剂在较低的温度下具有较好的捕收效果，能够进一步提高焙烧磁选精矿品位，为了进一步考察该捕收剂在矿物表面的吸附形式及作用机理，对捕收剂作用前后的矿物进行电动电位及红外光谱分析。图 5为石英、捕收剂作用后电动电位与pH值变化的关系曲线。
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| 图 5 石英、石英与捕收剂作用后的ζ电位与pH值的关系 Fig.5 A relationship between zeta potential of quartz and pH with and without the collector |
由图 5可以看出，石英的零电点为1.7，pH值大于1.7后，动电位随之逐渐增大。pH=11时动电位达到最大。复合捕收剂与石英发生作用后，石英表面动电位发生负移，表明石英与药剂之间存在相互作用，当pH值超过9后，负电位绝对值变大，说明pH越高，石英与捕收剂的相互作用越强。
图 6为磁铁矿和磁铁矿与复合捕收剂作用后动电位随pH值变化的情况。结合图 5可以看出磁铁矿的电位比石英稍高，磁铁矿的零电点为3.2，当pH值大于7.5后，酸碱度对吸附效果影响较小。动电位发生负移，说明捕收剂吸附于磁铁矿表面，较高pH条件下动电位负移程度减弱，同时也说明了捕收剂在高pH条件下对磁铁矿的作用较弱。
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| 图 6 磁铁矿、磁铁矿与捕收剂作用后的ζ电位与pH值的关系 Fig.6 A relationship between zeta potential of magnetite and pH with and without the collector |
3.2 OMC-1红外光谱分析
对OMC-1捕收剂进行红外光谱分析，考察主要官能团及结构，分析结果如图 7所示。
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| 图 7 OMC-1的红外光谱 Fig.7 Infrared spectra of OMC-1 |
图 7中1 082.16 cm-1处为长烃链C-C伸缩振动峰，-CH3的反对称伸缩振动峰位于2 954.34 cm-1处，长烃链的-CH2反对称伸缩振动峰位于2 920.27 cm-1处，720.45 cm-1处为-CH2的面内摇摆峰。图 7结合有机磷酸酯的主要成分，分析可知P-O与C-O发生耦合作用，由于三个P-O键与P=O键距不同，耦合强度不一，因此会出现几个P-O键的伸缩振动峰。图中的994.80 cm-1、1 017.54 cm-1处为P-O-C的反对称伸缩振动。由于磷酸酯中存在一定的吸电子效应，使P=O上的P原子周围的电子云密度增大，键级的增大使频率同时增大。
图 8为OMC-1作用前后石英的红外光谱，通过对比分析可知，图 8b中新的吸收振动峰出现在2 920.84 cm-1和2 832.54 cm-1处，在1 086.74 cm-1处的C-C伸缩振动峰位置发生了变化，移动幅度不大，2 920.84 cm-1和2 832.54 cm-1处的新峰对比原来的吸收振动峰存在一定的漂移，且都向右侧偏移。说明矿物与药剂之间存在一定的物理化学吸附。
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| 图 8 OMC-1作用前后石英的红外光谱 Fig.8 Infrared spectra of quartz with and without OMC-1 |
4 结论
(1) 电动电位分析表明，石英与磁铁矿表面的电动电位在被复合捕收剂作用后都发生了负移，矿物表面表现出较强的电负性，说明药剂与石英、磁铁矿都产生了相互作用，但不同的是石英在较高pH条件下负移程度较大，而磁铁矿的动电位负移程度变小。
(2) 红外光谱分析结果表明, OMC-1在石英表面具有一定的吸附作用并且同时存在物理和化学两种吸附形式。通过对原矿采用焙烧磁选提纯—反浮选联合流程试验，得到精矿品位65.39%、作业回收率84.68%的浮选精矿，使宣龙鲕状赤铁矿的利用成为可能，开发的新型耐低温复合阴离子捕收剂可为其它铁矿石及氧化矿浮选提供新途径。
| [1] |
陈激石. 宣化地区古老的潮汐沉积[J]. 地质科学, 1980, 15(4): 348-355. |
| [2] |
陈志明, 于洁, 侯奎. 冀西北宣龙地区菱铁矿的成因[J]. 地质科学, 1982(4): 395-402. |
| [3] |
孙炳权. 近年我国复杂难选铁矿石选矿技术进展[J]. 金属矿山, 2006(3): 11-13. |
| [4] |
童雄, 黎应书, 周庆华, 等. 难选鲕状赤铁矿石的选矿新技术试验研究[J]. 中国工程科学, 2005(S1): 323-326. |
| [5] |
陈述文, 曾永振, 陈启平. 贵州赫章鲕状赤铁矿直接还原磁选试验研究[J]. 金属矿山, 1997(11): 13-16. |
| [6] |
牛福生, 白丽梅, 吴根, 等. 宣钢龙烟鲕状赤铁矿强磁-反浮选试验研究[J]. 金属矿山, 2008(2): 49-52. |
| [7] |
牛福生, 周闪闪, 李淮湘, 等. 某鲕状赤铁矿絮凝-强磁选试验研究[J]. 金属矿山, 2010, 39(4): 68-71. |
| [8] |
刘苗华, 石云良. 某铁矿石选择性絮凝脱泥阳离子反浮选脱硅工艺研究及工业应用[J]. 矿冶工程, 2009, 29(2): 29-31. |
| [9] |
任建伟, 王毓华. 铁矿反浮选脱硅的试验研究[J]. 矿产保护与利用, 2004(1): 31-34. |