新疆某褐鐵礦石反浮選抑制劑選擇與抑制機理探討

劉 豹 劉 淼 孫乾予 畢 迪

(1.遼寧工程技術大學礦業學院;2.遼寧工程技術大學研究生院)

褐鐵礦主要由針鐵礦(α－FeOOH)和水針鐵礦(α－FeOOH·nH2O)組成，并包含少量纖鐵礦(γ－FeOOH)和水纖鐵礦(γ － FeOOH·nH2O)［1］，呈非晶質、隱晶質或膠狀體形式存在，與脈石礦物緊密共生，外表呈黃褐、暗褐至黑褐色，具弱磁至中磁性。褐鐵礦一般疏松多孔、還原性好，但融化溫度低［2］，屬極難選礦石。

目前國內外褐鐵礦的選礦工藝主要有重選、強磁選、強磁選—反(正)浮選、還原焙燒—弱磁選、還原焙燒—弱磁選—反(正)浮選、選擇性絮凝浮選、選擇性絮凝—強磁選等［3-4］。淀粉及其衍生物是褐鐵礦選礦工藝中常用的反浮選抑制劑，但各抑制劑的抑制效果和抑制機理卻不盡相同［5-7］。本研究以羧甲基淀粉鈉(陰離子淀粉)、普通可溶性中性淀粉以及叔胺鹽型陽離子淀粉為抑制劑，對新疆某褐鐵礦石進行了反浮選試驗研究，為改善該礦石的分選效果提供依據。

1 礦石性質

新疆某褐鐵礦石主要金屬礦物為褐鐵礦，主要脈石礦物為高嶺石、石英。礦石主要化學成分分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2。

表1 礦石主要化學成分分析結果 %

表2 礦石鐵物相分析結果 %

從表1可知，該礦石為高 Al、Si，低 S、P貧鐵礦石，鐵是唯一有回收價值的元素。

從表2可知，該礦石中的鐵主要以褐鐵礦的形式存在，其分布率占93.75%，磁性鐵、硅酸鐵等含量很低。

2 試驗設備、藥劑及褐鐵礦純礦物加工

2.1 試驗設備

試驗主要設備為XMQ－240×90型球磨機，XFD－1.0型單槽浮選機，BJ－260型便攜式pH計，CQF－50型超聲波分散器，JS94J2增強型微電泳儀。

2.2 試驗藥劑

試驗所用羧甲基淀粉鈉(陰離子淀粉)、普通可溶性淀粉(中性淀粉)、叔胺鹽型陽離子淀粉為工業品，H2SO4、NaOH、水玻璃均為分析純［8-10］。十二胺鹽酸鹽為實驗室配制藥劑(將十二胺與鹽酸等摩爾混合制得)［11-12］。

2.3 褐鐵礦純礦物加工

將手選褐鐵礦石碎磨至－200目占85%，經2次弱磁選、1次強磁選得高純褐鐵礦石(褐鐵礦純度＞95%)。

3 試驗結果與討論

3.1 抑制劑選擇試驗

抑制劑選擇試驗流程見圖1，試驗結果見圖2、圖3。

圖1 反浮選試驗流程

圖2 反浮選精礦回收率與礦漿pH值的關系

圖3 反浮選精礦品位與礦漿pH值的關系

從圖2、圖3可以看出:①無論礦漿酸堿度如何變化，普通可溶性淀粉(中性淀粉)和叔胺鹽型陽離子淀粉對褐鐵礦的抑制效果均非常相近。礦漿pH值從1升至5，精礦鐵品位均上升，鐵回收率均大幅度下降;礦漿pH值從5升至9，精礦鐵品位均小幅下降，鐵回收率均小幅上升。②以羧甲基淀粉鈉(陰離子淀粉)為褐鐵礦的抑制劑，礦漿pH值從1升至5，精礦鐵品位顯著上升，pH值從5升至9，精礦鐵品位顯著下降;礦漿pH值從1升至7，精礦鐵回收率顯著下降，pH值從7升至9，精礦鐵回收率小幅上升。③在pH=1～5環境下，以羧甲基淀粉鈉為抑制劑，無論精礦鐵品位還是鐵回收率均較高;在pH=7～9環境下，以羧甲基淀粉鈉為抑制劑，無論精礦鐵品位還是鐵回收率均略低。

綜合考慮，認為羧甲基淀粉鈉在pH=5時有較好的抑鐵效果，精礦鐵品位可達46.32%，鐵回收率為78.66%。

3.2 羧甲基淀粉鈉用量試驗

羧甲基淀粉鈉用量試驗流程見圖1，礦漿pH=5，其他條件不變，試驗結果見圖4。

圖4 羧甲基淀粉鈉用量對鐵精礦指標的影響

從圖4可以看出，隨著羧甲基淀粉鈉用量的增加，精礦鐵品位先上升后下降，鐵回收率呈先快后慢的上升趨勢。當羧甲基淀粉鈉用量增加到900 g/t時，精礦鐵品位最高，達46.32%。因此，羧甲基淀粉鈉的適宜用量為900 g/t。

3.3 閉路試驗

在條件試驗和開路試驗基礎上進行了閉路試驗，流程見圖5，試驗在pH=5的礦漿環境下進行，試驗結果見表3。

圖5 閉路試驗流程

表3 閉路試驗結果

從表3可以看出，以羧甲基淀粉鈉為鐵礦物抑制劑，采用圖5所示的流程處理該礦石，可獲得鐵品位為60.79%、鐵回收率為79.96%的鐵精礦。

4 抑制機理

試驗對褐鐵礦純礦物在不同抑制劑和pH條件下的表面ζ電位進行了測定，結果見圖6。

圖6 抑制劑種類與礦漿酸堿度對褐鐵礦ζ電位的影響

從圖6可以看出:①與褐鐵礦石在無淀粉的酸堿性水溶液中的ζ電位比較，礦漿pH值的變化對褐鐵礦在羧甲基淀粉鈉溶液中的電位差的影響較大:羧甲基淀粉鈉溶液中褐鐵礦的電位明顯低于酸堿性水溶液中褐鐵礦的電位，電位差隨pH值增大而減小。②無論礦漿溶液pH值如何變化，褐鐵礦在普通可溶性淀粉溶液中與在無淀粉酸堿性水溶液中的電位差絕對值均沒有明顯變化，只是礦漿由酸性轉為堿性后，褐鐵礦在普通可溶性淀粉溶液中的電位由低于無淀粉水溶液轉為高于無淀粉水溶液中。③pH值從1升至6，褐鐵礦在叔胺鹽型陽離子淀粉溶液中與在無淀粉酸性水溶液中的電位差均沒有明顯變化;礦漿pH值從7.5上升至10，褐鐵礦在叔胺鹽型陽離子淀粉溶液中與在無淀粉堿性水溶液中的電位差越來越大。

電位差越大，說明抑制劑在褐鐵礦表面的吸附量越大，對目的礦物的抑制效果越強;反之，電位差越小，抑制劑在褐鐵礦表面的吸附量越小，對目的礦物的抑制效果也越弱。

在酸性礦漿中，不同種類的淀粉在褐鐵礦物表面吸附量不同的根本原因是:表面帶正電的褐鐵礦顆粒對帶負電的陰離子淀粉有靜電引力，對帶正電的陽離子淀粉有靜電斥力，對不帶電的中性淀粉則表現為氫鍵作用，因而褐鐵礦物吸附羧甲基淀粉鈉的量＞吸附普通可溶性淀粉的量＞吸附叔胺鹽型陽離子淀粉的量。由于淀粉中的羧基具有較強的親水性［13］，因此，在浮選褐鐵礦時，對褐鐵礦的抑制效果也就表現為羧甲基淀粉鈉＞普通可溶性淀粉＞叔胺鹽型陽離子淀粉。

而在堿性礦漿中，褐鐵礦物表面帶的是負電，因此，褐鐵礦物對這3種淀粉的吸附量發生逆轉，吸附量從大到小的順序為叔胺鹽型陽離子淀粉＞普通可溶性淀粉＞羧甲基淀粉鈉。所以，在堿性礦漿中浮選褐鐵礦時，對褐鐵礦的抑制規律也就表現為叔胺鹽型陽離子淀粉＞普通可溶性淀粉＞羧甲基淀粉鈉。

5 結論

(1)羧甲基淀粉鈉(陰離子淀粉)對新疆某褐鐵礦石的抑制適宜在pH=5的環境下進行。

(2)以抑制褐鐵礦效果最好的羧甲基淀粉鈉為抑制劑，采用1粗2精1掃、中礦順序返回流程處理該礦石，可獲得鐵品位為 60.79%、鐵回收率為79.96%的鐵精礦。

(3)褐鐵礦物在酸性環境下表面帶正電，并大量吸附陰離子淀粉是造成酸性環境下羧甲基淀粉鈉抑鐵效果好、浮選指標優越的根本原因;褐鐵礦物在堿性環境下表面帶負電，并大量吸附陽離子淀粉是造成堿性環境下叔胺鹽型陽離子淀粉抑鐵效果好、浮選指標優越的根本原因。

［1］ 謝興中，王毓華.褐鐵礦選礦研究現狀與思考［J］.金屬礦山，2010(1):6-10.

［2］ 朱慶德，趙 強，邱冠周，等.安徽某褐鐵礦的磁化焙燒—磁選工藝［J］. 北京科技大學學報，2010，32(6):713-717.

［3］ 謝興中.褐鐵礦與脈石礦物浮選分離試驗及機理研究［D］.長沙:中南大學，2011.

［4］ 鄧 強，陳文祥，余紅林，等.貴州某難選褐鐵礦選礦試驗研究［J］.金屬礦山，2009(2):67-70.

［5］ 謝廣元，張明旭，邊炳鑫，等.選礦學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2001.

［6］ 何 祿.陰離子淀粉的制備與應用性能研究［D］.大連:大連理工大學，2008.

［7］ 吳永云.淀粉在選礦工藝中的應用［J］.國外金屬礦選礦，1991(11):26-30.

［8］ 劉若華.不同淀粉對赤鐵礦抑制機理及工藝研究［D］.長沙:中南大學，2012.

［9］ 王毓華，陳興華，黃傳兵，等.褐鐵礦反浮選脫硅新工藝試驗研究［J］.金屬礦山，2005(7):38-39.

［10］ 邱廷省，張衛星，方夕輝，等.鐵礦石陽離子反浮選技術研究進展及應用現狀［J］.金屬礦山，2012(2):89-93.

［11］ 文金磊，李曉波，陳園園.我國難選褐鐵礦選礦技術的新進展［J］. 礦山機械，2012，40(11):9-10.

［12］ 牛福生，周閃閃，李淮湘，等.某鮞狀赤鐵礦絮凝—強磁選試驗研究［J］.金屬礦山，2010(4):70-72.

［13］ 蔡素德，蔣展鵬，等.有機化學［M］.北京:中國建筑工業出版社，2006.