磷礦反浮選捕收劑的評價方法

李 防，韓雙雙，魏以和*

(1. 湖北興發化工集團股份有限公司，湖北 宜昌 443000; 2. 武漢工程大學環境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

磷礦反浮選捕收劑多為脂肪酸類捕收劑，其種類繁多，性能各異，如何對它們作出快速、正確的評價，掌握其浮選性能，了解其在浮選過程中的作用就顯得十分重要.常用的評價捕收劑性能的方法是用實際礦石的浮選實驗結果[1-3]，或通過捕收劑的結構及其液相反應產物的物化數據[4-5]，或通過測定礦物在藥劑溶液中的潤濕接觸角、測定藥劑在礦物表面的吸附量等來評價捕收劑性能[6-8].捕收劑的重要功能是在目的礦物表面吸附而使目的礦物疏水.一般礦物的可浮性與礦物表面吸附的捕收劑的量是正相關關系.因此本文提出了一種燃燒-吸附量測定的磷礦反浮選捕收劑的快速評價法.它是通過礦樣上吸附的捕收劑在適當溫度下與氧氣反應產生二氧化碳，然后測定反應氣體中二氧化碳濃度，根據測得的二氧化碳濃度即可推算出被吸附的捕收劑的量，再根據捕收劑在礦物表面的吸附量的大小來評價捕收劑性能.

1 燃燒-吸附量評價法原理

1.1 燃燒-吸附量評價法試驗裝置

圖1 燃燒-吸附量評價法測量裝置示意圖Fig.1 The illustration of experimental apparatus for the combustion-adsorption evaluation method

燃燒-吸附量評價法的測量裝置示意圖如圖1所示.圖1中，A，H，G是氣流開關；B是將CO催化氧化而轉化為CO2的催化-氧化轉化爐，其中所使用的催化劑為氧化銅和二氧化錳的復合催化劑.它是用銅、錳摩爾比為6∶4的可溶性銅鹽和錳鹽的飽和溶液浸漬24小時的活性氧化鋁，經高溫焙煅后制得的.催化劑的工作溫度設定為600 ℃.C為儲氣瓶，同時也是檢測室.瓶中安裝有CO2濃度傳感器D.傳感器系選用韓國數字公司生產的Sensecube 牌KCD-AN 100 CO2傳感器.E為蠕動泵.F為樣品燃燒爐.

1.2 測試原理

燃燒-吸附量評價法的測試原理可概括為將吸附了捕收劑的樣品在適當溫度下燃燒生成二氧化碳，然后分析產生的二氧化碳的量反推出樣品上吸附的捕收劑的量.具體步驟是：將吸附了捕收劑的樣品放入燃燒爐F中燃燒，燃燒反應溫度為400 ℃(油酸的最低燃燒反應溫度為400 ℃，不同的捕收劑其最佳燃燒溫度會有所不同.本試驗中有些捕收劑的燃燒溫度是450 ℃)，燃燒產生CO和CO2，經過蠕動泵的作用，混合氣體在整個系內循環，CO在催化-氧化轉化爐B中經催化氧化而轉化為CO2.儲氣瓶C中裝有CO2傳感器，傳感器將會讀出系統內CO2的濃度并傳輸到計算機內數據采集卡上，通過對CO2的濃度計算，就可以得出樣品上捕收劑的吸附量.

2 試驗礦樣及藥劑

試驗所用純礦物為高純度白云石(≥98%)，取自武鋼烏龍泉礦.樣品經手工破碎至粒度為-0.074 mm 81.75%后使用.

試驗所用的硫酸、油酸、月桂酸、十四酸、軟脂酸和硬脂酸均為分析純試劑.

3 實驗結果及討論

3.1 白云石純礦物的燃燒背景值

天然白云石樣品中難免會有少量在燃燒過程中會釋放出CO2的有機雜質成分，因此首先要確定白云石燃燒所產生的CO2量，即背景值.取3.0 g白云石于50 mL燒杯中，加入約30 mL蒸餾水，用1%的稀硫酸將pH調至5左右，攪拌2 min后過濾、烘干，然后準確稱取0.50 g于瓷舟中，放入燃燒爐進行燃燒測定白云石燃燒產生的CO2背景值.試驗重復兩次，以時間(s)為橫軸，CO2質量濃度(mg/m3)為縱軸作圖，得如圖2所示的結果.

圖2 白云石背景值試驗結果Fig.2 Test results of the CO2 background concentration values

圖中曲線最終段為一平直線，說明反應系統內CO2濃度達到了平衡狀態.對平衡段取平均值，即可得到0.500 0 g白云石燃燒所產生的CO2濃度，即試驗的背景值.兩條曲線平衡段的平均值分別為267.05 mg/m3和267.66 mg/m3，二者平均得267.40 mg/m3，此即0.500 0 g白云石燃燒的背景值.

3.2 油酸的標定

標定過程與背景值測試過程相同，只不過使用的樣品是分析純級油酸.圖3是測試所得油酸量與其燃燒所產生的CO2濃度間的關系.很明顯，二者為線性關系，線性相關系數達0.999 76, 表明油酸量與其燃燒所產生的CO2濃度間有非常好的線性關系.

圖3 油酸與其燃燒產生的二氧化碳間的線性關系Fig.3 Linear relationship between oleic acid amount and CO2 concentration when oleic acid was burnt

圖中對應的線性擬合方程為：

Y=529.394 92X+9.667 56

式中Y為CO2質量濃度，mg/m3；X為油酸質量，mg.

3.3 油酸在白云石上的吸附量

用硫酸調節礦漿pH=5左右(已通過試驗證明油酸在pH為5左右吸附效果最好)，改變油酸用量進行試驗，得白云石吸附油酸后燃燒產生的CO2濃度變化曲線見圖4.

圖4 不同油酸用量時產生的CO2濃度圖Fig.4 CO2 concentrations when samples with different amount of oleic acid dosages were burnt

圖4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ依次為油酸用量為300、400、500、600、700、800、900和1 000 g/t時測得的CO2濃度.對各條曲線平衡段取平均值得試驗測定值.再減去白云石背景值即得此條件下白云石上吸附的油酸所產生的CO2濃度，然后根據油酸質量與其燃燒產生的CO2濃度間的對應關系(Y=529.394 92X+9.667 56)可換算得出每克白云石上所吸附的油酸量(mg/g)，最后可計算出不同用量時油酸在白云表面的吸附率.實驗結果見表1.

表1 油酸在白云石表面上的吸附量Table 1 The measured oleic acid adsorption capacity on dolomite with various oleic acid dosages

為了考查油酸的吸附量與白云石浮選間的相互關系，在其他條件相同，僅改變油酸用量，考察白云石的微浮選情況.微浮選試驗是在RK/FGC掛槽浮選機上進行的.實驗采用25毫升浮選槽，每次浮選3.000 g白云石，用硫酸將礦漿pH值調至(5±0.3)，僅改變油酸用量.將浮出的白云石過濾、烘干、稱量，以白云石的上浮率計算浮選指標.不同油酸用量時白云石浮選結果見表2.

表2 不同油酸用量時白云石的浮選結果Table 2 Flotation recoveries of dolomite when different dosages of oleic acid were used

結合表1和表2結果可知在相同的試驗條件下，隨著捕收劑量的增加，每克白云石上油酸的吸附量也隨之增加，白云石的上浮率也不斷升高，捕收劑(油酸)吸附量與同條件下白云石的上浮率是正相關關系.

按照同樣的試驗方法，對月桂酸、十四酸、軟脂酸和硬脂酸進行了燃燒-吸附量測定和微浮選試驗，現進行綜合比較，以各種酸不同用量時在白云石上的吸附率為評價標準，比較結果見表3，同樣條件下對白云石的浮選情況見表4.

表3 各種脂肪酸在白云石上吸附量Table 3 The measured adsorption capacity of various organic acid on dolomite when different acid dosages were used

表4 不同脂肪酸用量下白云石的浮選情況Table 4 The flotation recoveries of dolomite when different dosages of several acids were used

注：表3和表4中月桂酸和油酸沒有進行用量為1 100 g/t的試驗，故數據空缺.

從以上月桂酸、十四酸、軟脂酸、油酸和硬脂酸在白云上的吸附與浮選情況看，隨著脂肪酸碳鏈的增長，脂肪酸在白云石表面的吸附率逐漸升高，相應地，白云石的上浮率也逐漸增大，即其捕收性能是隨脂肪酸碳鏈增加而增強的.對碳鏈長度相同的油酸和硬脂酸而言，硬脂酸在白云石上的吸附量要高于油酸.但值得注意的是，硬脂酸雖在白云石上的吸附量較油酸的要大，但如直接用硬脂酸浮選則效果很差，必須添加起泡劑(正丁醇)才能獲得較好的浮選.這說明硬脂酸雖有較強的捕收性，但其起泡性較差影響了其捕收性的發揮.軟脂酸也有類似的現象，其浮選也需另加起泡劑.

綜合以上吸附量測定及單礦物浮選試驗結果，用燃燒-吸附量法來評價磷礦反浮選捕收劑不失為一種可行和實用的方法.

4 結 語

利用燃燒-吸附量評價法來評價脂肪酸類捕收劑的浮選性能是可行的.該方法是一種較為簡便、快速的方法，可應用于磷礦反浮選捕收劑的評價試驗研究中.

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