江西有色金属  1988, Vol. 2 Issue (2): 16-25
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1987年浮选药剂的进展[PDF全文]
朱建光     
中南工业大学
摘要:本文分硫化矿捕收剂、氧化矿捕收剂、起泡剂、调整剂、助滤剂等方面评述了1987年浮选药剂的进展,在结语中指出了浮选药剂的发展动向。
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1987年浮选药剂的讯息是很多的,现选其重要的评述如下:

一 硫化矿捕收剂

1.硫醇和硫酚:美国菲力普石油公司研制的2-羟基1-巯基烷硫醇,具有通式, 用来浮选辉铜矿、黄铜矿的用量为2.3—227克/吨,得到较好结果。例如在70毫升水中,加入一克硫化矿,在PH9.04,用2-羟基1-十二烷硫醇作捕收剂,其浓度为15毫克/升进行浮选,辉铜矿回收率97%,黄铜矿回收率95%;如用戊黄药进行比较,辉铜矿全浮,而黄铜矿回收率只有48%,效果不如硫醇。

有人报导,浮选银和金矿时,用十二烷基硫醇和常规药剂混合使用优先选银和金明显提高了经济效益,精矿含银11—12公斤/吨,如降低或不用十二烷基硫醇,银的回收率受到明显的影响。

浮选硫化铜矿时,烷基(C4—C16)硫醇与一硫有机物(R1=C1-6烷基,R2=甲或乙基)或(R3=C1-6烷基,R4=甲或乙基)混用作捕收剂,能提高铜的回收率,这种药剂对黄铁矿有选择性。例如给矿量700克,含0.428%Cu,加入异丁黄药4毫克,的混合物1毫克,十二烷基硫醇0.25毫克四种捕收剂,用石灰调浆PH=10.5,浮4分钟,得精矿品位7.22% Cu,回收率59.1%。如不加十二烷基硫醇,铜精矿品位7%Cu,回收率58.79%,加入硫醇有好处。

浮选铜沿硫化矿肘,用IM-72(己内酰胺),MIBC,Lr(生产二甲基二恶烷的付产品)、戊黄药、十二烷基硫醇、硫苯胺(等作浮选药剂,能提高硫化矿的回收率。

硫酚性质与硫醇相似,它也是硫化矿旳捕收剂。使用1-萘硫酚30~50克/吨,浮选闪锌矿,精矿品位比常规药剂提高3.3%,锌回收率从81.4%提高到83.6%。

2.硫醚和亚矶:道一化学公司研制了硫醚类捕收剂,具有R1—S—R2结构,式中R1和R2是被取代或不被取代的烃基。例如浮黄铜矿,把矿浆调到PH8.5,加入5克/吨乙基庚基硫醚,18克/吨道—250起泡剂进行浮选,铜回收率91.7%,富集比4.5,如用戊黄药作浮选对比试验,铜回收率65.4%,富集比4.8,硫醚指标高。

另一报导,用二乙烯亚矶作方铅矿捕收剂,它是用乙炔与硫化钠水溶液作用生成二乙烯硫醚,后者再用30%双氧水氧化而成,反应式如下:

用(Ⅰ) 300克/吨浮方铅矿与常规药剂相比铅回收率从80.2%提高到87.18%,精矿品位二者相近。

3.三硫代碳酸酯:菲利普石油公司提出一种铜、铅、锌、铁硫化矿捕收剂,含有正—丁基三硫代碳酸酯或钠、钾盐20—39.2%,乙基、丙基或异丙基三硫代碳酸酯或钠、钾盐0.8—20%,其余为水份,使用此药剂时可和常规起泡剂、抑制剂配合使用。例如给矿是含Fe、Cu的硫化铜矿,调成35%固体矿浆,用这种混合捕收剂58克/吨浮选,铜回收率80.21%,铁回收率50—85%。

美国专利报导,用2—巯基苯骈塞坐和三硫代碳酸酯钠盐混合使用浮铜,它们的结构式如下:

(Ⅰ):(Ⅱ)的范围在20:80—80:20之间,用来浮选硫化铜矿有效。

美国专利提出一类新型的硫化矿捕收剂,称二烷基氨基烷基〔三硫代碳酸(盐)烷酸酯〕(Ⅰ),它的结构式如下:

式中R1、R2是相同的烷基;R3、R4为二价烷基,一般为—CH2—CH2—,Me为K+或Na+离子。这类药剂亦含有三硫代碳酸盐的结构。例如N,N—二乙基氨基3—(三硫代碳酸钠)丙酸酯(Ⅱ)的制法反应如下:

用(Ⅱ)浮选复合含钼硫化矿,在矿浆中加入(Ⅱ) 2公斤/吨,钼精矿回收率67.8%,Cu回收率9.8%,铁回收率4.2%。如用常规药剂, 精矿中钼回收率77.2%,Cu回收率66.2%,铁回收率9.8%, 可见这类药剂选择性好。

另一美国专利提出,用苯骈咪唑三硫代碳酸钠作硫化矿的捕收剂,这类药剂的制法是由2—巯基苯骈咪唑与二硫化碳和氢氧化钠作用而得,反应式如下:

用来浮选含2.5%Pb,2.51%Zn和18.55%Fe的硫化矿,铅回收率92.2%,锌回收率98.3%,铁回收率32%。而用黄药浮选回收率分别为92.1%,98.3%和50.8%。可见使用这种药剂铅锌精矿质量高,含黄铁矿少。

4.黄药衍生物:黄药、硫代硫酸钠和碘三者反应生成黄原酸基硫代硫酸钠,它的结构式如下:

它可视为黄药的衍生物,代号为XT, 用来浮选铜锌硫化矿,与黄药相比锌回收率提高16%。

另一种黄药衍生物,可称为黄原酸甲酸醋,有下面的结构式:

式中R1、R2是低碳原子的烷基,与黑药混合使用对黄铁矿捕收力弱。例如给矿700克,加水500毫升,磨矿后加石灰1.25克,加含10毫克对一异丙苯基黑药(Ⅰ), 和6.5毫克丁基黄原酸甲酸乙酯(Ⅱ)的混合药剂,再加入15毫克MIBC,浮选4分钟,铜回收率88%,如(Ⅰ)、(Ⅱ)分别单独使用,铜回收率为80.9—81.2%。

5.磷酸衍生物:有人提出使用二甲基二乙基二硫代氨基甲酰甲基亚磷酸酯(Ⅰ),作铜铅硫化矿的捕收剂,其合成反应如下:

用(Ⅰ)作捕收剂浮选铜、铅矿比用黄药浮选分别提高铜回收率1.8%,铅回收率1 %。

另外两类硫化矿捕收剂属一硫代亚膦酸盐,有下述结构式:

(Ⅰ) R1、R2是烃基或聚醚基, X代表H、碱金属离子或碱土金属离子。

(Ⅱ) R3、R4、R5、R6、R7、R8是H或C1-12的烷基;X代表H或碱金属离子。

用这类药剂浮选硫化矿PH<10,对黄铁矿、磁黄铁矿有选择性。例如铜钼矿含1.65%Cu,0.095%Mo,含黄铁矿2.5%,磨矿后用硫酸调浆使矿浆PH=4,用二异-丁基一硫代亚膦酸盐〔属于(Ⅰ)〕10—20克/吨浮选,粗精矿含7.92%Cu,回收率72.3—93.2%, 黄铁矿回收率70.1—88.4%;若用常规药剂10—10克/吨,铜精矿品位4.5—7.2 % Cu, 回收率46.7—90.1%, 黄铁矿回收率21.1—92.2%。

6.其它硫化矿捕收剂:有人报导用萜烯类化合物与S、CS2或P2S5作用,得到一种硫化矿捕收剂,对Au、Cu、Nu U矿物都有好的捕收作用。

道一化学公司提出一种胺的衍生物作硫化矿捕收剂,具有下述通式:

式中R=CH2、CHOH、C=0;n=1—6;(R)n=(CH2)m,m=O—6;R1、R2=C1—C22烃基或取代烃基;x=S、O、NR3(R3=H,或C1-2烷基) a=0-2,b=0-2, a+b=2, 除R2是两价外N与H相连。

这种捕收剂适合和其它捕收剂混用浮选硫化矿、氧化矿和贵金属。

美国睛氨公司提出两种硫化矿捕收剂可在很宽的PH范围内使用,它们的结构式如下:

(Ⅰ)式中R1、R2是烃基,可以是烷基、聚醚基或芳基还可取代卤素、-NO2, CN等

(Ⅱ)式中R1可以是H或R2;R2是烷基、芳基、芳烷基等,R3是芳基或烷基。

(Ⅱ)可看作硫脲衍生物,(Ⅰ), (Ⅱ)可用来浮选硫化矿。例如给矿含0.3%Cu,黄铁矿1.7%, 调成含30%固体的矿浆,在PH5.5加入O—异丙基N—乙氧甲酰基硫逐氨基甲酸酯〔属于(Ⅰ)类〕24克/吨,进行浮选,精矿品位9.3%Cu,回收率90.82%,黄铁矿回收率67.3%,如用Z—200作捕收剂,铜精矿品位2.7%Cu、回收率73.2%,黄铁矿回收率57.1%,可见新药剂好。

二 氧化矿捕收剂

1.羧酸类捕收剂:有人报导,油酸、亚油酸亚麻酸烃基中双键越多越不饱和对赤铁矿的捕收性能越好;而对用Ca++活化的石英则结果相反,越不饱和浮选效果越差,因此使用不饱和程度高的羧酸对提高赤铁矿浮选指标有利。浮选赤铁矿的结论与前人报导相同,但浮选用Ca++活化石英的结果与前人试验结果相矛盾,到底是何原因须作进一步研究。

苏联的新药剂ZTM—1,ZTM—2是用妥尔油的蒸馏残渣制成,是分子量大的脂肪酸和其共聚物,推荐用来浮选铁矿和有色金属矿;美国氰胺公司使用一种药剂浮选含煤的矿物,这种药剂由烃油、羧酸或它的酯(分子量≥500),最好加入烃基磺酸。例如一种矿石含煤2%,含Ge70PPm, 磨矿后用矿470克和水2.2升调成矿浆,加入220毫克混合试剂调浆,这种混合试剂含有妥尔油蒸馏时剩下的沥青(分子量1000左右)和80%的2*柴油,用2—乙基已醇作起泡剂进行浮选,Ge的回收率71.6%,这两个例子都为妥尔油沥青在浮选中找到了用处。

LHO—R和LHO—B都是从山苍子核仁油中分离出的羧酸,含有较多的二元酸,羟基酸,对桃林和潘家冲铅锌矿中的萤石浮选均取得很好的指标,为脂肪酸类捕收剂开辟了新的来源。

液体石蜡在150—170℃用O2氧化,产品中有羧酸,仲醇、酯类和饱和烃,用来浮选氧化矿得到良好结果,认为上述各成份起了协同效应。

用聚氧丙烷丁醚作助剂与脂肪酸配合使用浮选磷灰石,可以提髙P2O5的回收率,这种助剂的结构式如下:

使用时羧酸与助剂之比为1:0.8—1:2.5

据报导用烷基琥珀酸单酯(ASAM)为捕收剂浮选磷灰石—碳酸盐—硅酸盐矿物,精矿含P2O537.4—36.2%,回收率81.3—76.6%。这种药剂的制法是用烷基或烯基珀琥酸酐与等摩尔醇作用制得,反应如下:

使用这种羧酸单酯作捕收剂,明显提高了磷灰石的浮选指标。

2.胺类捕收剂:用季铵盐作捕收剂报导较多,典型的代表有下列几种:

Ⅰ.R1nP(O)〔OCH2CH2N+Me2(R)〕mkx- Ⅰ式中R1=Me,OCH2CH2N(R)Me2,或OCH2CH2NMe2; R=CH2COOR2,CH2CHOHCH2OR2;R2=C8-20烷基;x=卤素;n=0-2, m=1-3, k=l-3。

Ⅱ. Ⅱ式中R=C7-18烷基

Ⅲ. Ⅲ式中n=2,或6,或10。

这些盐类的特点是季铵盐,它们分子中含有1—3个季铵基,分子内还有较大而且较复杂的疏水基团都用来反浮选赤铁矿,铁精矿含71.7—71.8%Fe和0.2—0.25%SiO2,捕收剂单耗400—500克/吨。

另一报导使用十二烷胺(Ⅰ)、十二烷基丙烯二胺,十二烷基二丙烯三胺(Ⅳ)作反浮选赤铁矿的捕收剂,它们的结构式如下:

在PH9.8时,用来浮选石英:赤铁矿1:1混合矿,随着分子中氨基增多效果越好,但在酸性介质中(PH=5)则不能将石英和赤铁矿分开,此时两种矿物凝聚在一起。

烷基酰胺类亦可代替胺作氧化矿捕收剂,其通式如下:

,式中R=C21-26烃基,用作捕收剂时,酰胺基、仲胺基、伯胺基吸附在矿物表面,烃基疏水而起捕收作用,因其分子内极性官能团较多,故烃基比常用的胺烃基长。

3.两性捕收剂:据报导浮选赤铁矿的一类药剂分(a)、(b)两部份,(a)是伯胺有下列的结构式:

(a) R (OCnH2n)m(NHCaH2a)bNH2 式中R=C6-12烃基,n、a是2或3,m和b是0—4, 实际上是醚胺,有多个醚基。

(b) 是含氮两性捕收剂,有下述阴离子-CH2COOH,-CH2CH2COOH,-CH2CH2OPO3H2,-CH2PO3H2中任选一种与氮相连即成。例如有一铁矿,含34%Fe、23.9%Si,0.044%P,矿物主要是赤铁矿,石英和磷灰石,用C10H21OCH2CH2CH2NHCH2CH2CH2NH2混合物作捕收剂进行浮选,铁回收率80.0%, 如只用(Ⅰ)铁回收率74.7%。

另一文献报导用两性捕收剂浮选白钨矿取得较好的浮选指标。

4.酰胺类捕收剂:据苏联文献报导,酰胺羧酸类多用作磷灰石和锡石的浮选,东德用来浮选萤石,这类化合物有下面的结构式:

式中R1=C8-20的脂肪族或脂环族烃基,R2=H或短的烷基,n=1, 2, 3,4或5。这类药剂制造简单,先用脂肪酸合成酰氯,再与氨基酸作用而得,反应式如下:

用妥尔油脂肪酸为原料与∈氨基已酸缩合产物称为Tallactan;所用羧酸来自石油产品,含C14-l8这类酰基羧酸称AAK,成为一系列新的捕收剂,从AAK1、AAK2……AAK8,用来浮选磷灰石,用量100—150克/吨,磷精矿品位39.5—40.25%P2O5,回收率90.7—96.8%。效果很好。

有人提出用另一种酰胺类捕收剂,它具有下述通式:

式中R=C8-18脂肪基,R1=H或C1-4烷基;R2=C1-4直链或支链烷基,用来浮选白钨、磷灰石和萤石,可得到良好指标。

另一种与酰胺羧酸相似的捕收剂是酰胺乙醇,用C10-18的合成脂肪酸与乙醇胺作用制得:

用来浮选粒度<0.02毫米锰矿细泥,与常用药剂相比精矿品位提高1.8—2.5%Mn,回收率提高2—5%,药剂用量75克/吨。

5.其它:有人撰文比较全面地介绍了各类浮选药剂的毒性,从环保的角度出发,建议淘汰毒性高的胂酸。

用水杨氧肟酸代替基胂酸在香花岭锡矿工业试验成功并应用,浮选指标与基胂酸极为接近,并用红外光谱等手段证明它在锡石表面作用机理是发生化学吸附,这是在锡石捕收剂研究方面一个重大突破,关键是生产厂家要尽量降低价格,才能尽快得到推广使用。

用FXL—6 (已胺双甲基膦酸)作捕收剂不加任何调整剂浮方解石—锡石人工混合矿,不能将锡石与方解石分离,证明D.N.COllins推想可用FXL—6分离这两种矿物是行不通的,进而发现用抑制剂DA1或DA2与FXL—6配合使用能分离这两种混合物。

用FXL—14浮选锡石、黑钨和铌钽的离心机精矿得到与基胂酸极为接近的结果,用测定接触角、ζ电位、红外光谱图和制备黑钨矿碳糊电极用等腰三角波电位法测定该电极在FXL—14溶液中的微分电容和吸附热,从而得出FXL—14在黑钨矿表面的吸附属化学吸附,用最后这种方法测定氧化矿与药剂作用机理在国内属首创,引起同行重视。

基胂酸的研究还在继续,但集中在作用机理方面,有人通过实验提出基胂酸不仅吸附在黑钨矿表面,而且也吸附在液气界面上,当矿粒与气泡接触时,发生基胂酸分子的缔合,迁移吸附和交换吸附,并提出了吸附模型。另一报导用吸附量、红外光谱、俄歇能谱等研究了基胂酸在黑钨表面的作用机理,认为活性中心是Fe3+离子,它与基胂酸生成酸式基胂酸铁而发生化学吸附,亦有物理吸附。

三 起泡剂

1.多羟基烷与环氧丙烷聚合物:道一化学公司提出用多羟基烷与环氧丙烷聚合物作起泡剂,用含C1-20多羟基烷与含环氧乙烷少于50%摩的环氧丙烷聚合而成,平均分子量150— 1400, 用量5—50克/吨。例如,含黄铜矿的矿石500克(80.2%-75μ),将矿浆PH用石灰调到10,用戊黄药作捕收剂35克/吨,甘油与环氧丙烷的聚合物(平均分子量700) 36克/吨作起泡剂进行浮选,精矿中含铜6.85克,脉石矿物34.0克,如用MIBC为起泡剂,精矿含铜6.6克,脉石矿物43.3克,可见新起泡剂比MIBC选择性好。

2.乙二醇缩水甘油醚:有人提出一系列新起泡剂,称乙二醇缩水甘油醚,具有下列结构通式:

式中R为烷基,烯基,芳基或多氟代烷基,随着R不同共介绍了15种这类起泡剂,适合用来浮选方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和砷黄铁矿。

3.二醇羧酸单酯:这类起泡剂是由C4-10的二醇与C1-7的羧酸等摩尔相反应而成。例如浮选辉钼矿,给矿含0.113%Mo,调成矿浆后加2#柴油100克/吨,水玻璃125克/吨,2、4—三甲基1、3—二戊醇异丁酸单酯15.5克/吨进行浮选,粗精矿含1.62—2.04%Mo,回收率86.2—88.7%;如用MIBC作起泡剂,粗精矿品位2.02—2.48%Mo,回收率79.8— 85.8%。

此外在浮选辉钼矿时,用黑药和C3-10的醇、酮、萜烯油或酚混合使用作起泡剂,Z—200作捕收剂,能增加泡沫强度有利于粗粒辉钼矿浮选。

四 调整剂

1.抑制剂:用CMC代替氰化物进行铜—锌分离,或与氰脲酰氯(C3N3Cl3)混合使用能得到高质量的精矿;用纤维乙醇酸的乙醇胺盐作抑制剂比CMC抑制性能好。

铜—钼分离时,用巯基乙酸钠和巯基乙醇抑铜浮钼比用硫化钠或硫氢化钠好,不但提高了精矿质量,而且大幅度降低了抑度剂单耗。

2—巯基琥珀酸二钠(Ⅰ)和0—乙基S—甲酰甲基硫碳酸酯(Ⅱ), 它们有下述结构,第一步使用(Ⅰ),

第二步使用(Ⅱ),这两种抑制剂用于浮选含Cu、Ni、Fe硫化矿得到良好结果。

N、N—二羧甲基二硫代氨基甲酸三钠盐,用二乙酸氨与氢氧化钠和二硫化碳作用制得:

浮选含铜、钼、铁硫化矿时用(Ⅰ)作抑制剂,精矿中钼回收率73.0%,铜回收率35.9%,铁回收率6.7%;而用常规药剂这三种金属回收率分别是77.2%、66.2%和9.8%。可见(Ⅰ)的抑制效果好。

2.活化剂:浮选铜铅多金属矿含有黄铁矿时,加入EDTA和苯胺黑(nigrosine)能降低药剂消耗,分别提高铅和铜回收率3—5%和2—3%,这是由于EDTA能清洗掉方铅矿表面的氧化物而增加其可浮性,苯胺黑能抑制黄铁矿的结果。

3.絮凝剂:用水解聚丙烯酰胺选择性絮凝分离石英—赤铁矿混合物时,Ca++, Fe+++离子有影响,加入腐植酸钠可避免这些阳离子的影响,得到精矿含62.94%Fe,回收率85.19%的铁精矿。

用腐植酸钠作絮凝剂,在SnO2-Fe2O3-SiO2人工混合矿中,选择性絮凝SnO2得到较好的结果。

浮选含有大量-10μ颗粒的锡石细泥时,加入C12-l8的工业级异构醇,能将-10μ锡石选择性絮凝然后进行浮选,能提高锡石回收率。

五 助滤剂

1.对Fe、Cu、Mo的硫化矿或氧化矿精矿,加入多缩乙二醇烷基酚作助滤剂能显著降低滤饼水分,这种助滤剂的结构式如下:

式中R=C3-18烷基,n=2-14。例如铜精矿不加助滤剂时,滤饼含水14.553%;加入这种助滤剂250克/吨后过滤,滤饼含水量降到10.41%。

2.对东鞍山铁精矿加酸化油3132作助滤剂可使滤饼水份降到10.9%,比不加助滤剂时降低2.5%,过滤效率提高40.4%。

3132的主要成份是烃类磺化物。

用田菁胶作助滤剂能降低滤饼水份2—3 %

3.用SP505助滤剂对锂辉石精矿脱水效果显著,它的结构通式为:R—Ar—X,式中R是烷基或烯基,Ar是芳基,X是亲水基,使用SP505可降低锂辉石滤饼水份2.46%。

六 结语

从上述浮选药剂的讯息看,下述几点值得重视:

1.硫化矿捕收剂方面,以合成硫醇、硫醚、亚矶、三硫代碳酸酯等一系列高效捕收剂为发展动向。

2.过去用的阳离子捕收剂多属伯胺,而1987年提出用一、二或三季铵盐为捕收剂,冲出过去的思想范畴,取得极好结果,水杨氧肟酸取代胂酸浮选锡石成功是锡石浮选研究的重大突破,酰胺羧酸类捕收剂制造容易,分离磷灰石等含钙矿物性能好,这几点是对氧化矿捕收剂较大的贡献。

3.起泡剂的结构向多官能团起泡剂发展。

4.在抑制剂方面,用选择性好的捕收剂基团如-SH,等引进抑制剂的一端,它端引进亲水基,是合成有选择性有机抑制剂的动向。

5.助滤剂的使用能降低滤饼水份,方便精矿运输,降低冶炼能耗提高经济效益,报导这方面的讯息虽然不多,宜引起有关选厂重视。