李樓鐵礦常溫陰離子捕收劑反浮選

羅惠華，楊婕，張海青，王濤，王彪，黃俊

1．武漢工程大學資源與土木工程學院，湖北 武漢 430074；2．安徽開發礦業有限公司，安徽 六安 237000；3．武漢祥輝選礦技術有限公司，湖北 武漢 430074

李樓鐵礦常溫陰離子捕收劑反浮選

羅惠華1，楊婕1，張海青2，王濤2，王彪1，黃俊3

1．武漢工程大學資源與土木工程學院，湖北 武漢 430074；2．安徽開發礦業有限公司，安徽 六安 237000；3．武漢祥輝選礦技術有限公司，湖北 武漢 430074

為了得到常溫反浮選鐵礦脫硅脂肪酸陰離子捕收劑，實現常溫反浮選，通過植物油脂肪酸原料的選取，磺化、氧氯化反應再復配陰離子表面活性劑，制備陰離子型捕收劑.以李樓鐵礦工業生產的二段強磁尾礦試驗樣品，進行了常溫反浮選脫硅.試驗結果表明，以棉油脂肪酸為原料合成的捕收劑的浮選性能優于米糠油脂肪酸和玉米油脂肪酸；在藥劑中復配少量的表面活性劑MES能提高藥劑的捕收性能；采用反浮選工藝流程，在礦漿溫度為17℃條件下，獲得了鐵精礦全鐵質量分數65．91%，產率62．76%，回收率91．61%的浮選指標.

陰離子捕收劑；鐵礦；反浮選

0 引言

我國鐵礦石高品位礦少、低品位礦多，97%的鐵礦石為TFe30%以下的低品位鐵礦，目前大量未被開發利用的是難選低品位鐵礦.鐵礦物種類繁多，但在當前技術條件下，具有工業開發利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等［1］.冶煉對入爐原料的要求日益提高，就必須對低品位鐵礦進一步降雜提高鐵礦的品位，目前，國內外的鐵礦除雜研究包括陰陽離子捕收劑反浮選工藝、選擇性絮凝-反浮選工藝、高梯度磁選、直接還原法-磁選、酸浸、氯化焙燒-酸浸工藝等［2］脫磷、脫硅、脫硫.

鐵礦浮選脫硅主要有以脂肪酸皂類為捕收劑的正浮選和陰陽離子捕收劑反浮選工藝.陰離子反浮選工藝是利用Ca2+、Mg2+及鐵離子活化石英，脂肪酸類的捕收劑反浮選活化的石英，當pH值大于10時，采用淀粉、磺化木素及糊精等抑制鐵礦物.胺類陽離子反浮選工藝，用淀粉或糊精抑制鐵礦物，用陽離子捕收劑浮選不需要鈣離子活化的石英.采用胺類陽離子反浮選時，生產中泡沫量大，泡沫豐富，泡沫難以管道輸送，工業生產不穩定，因此工業上大部分采用陰離子反浮選工藝，此工藝面臨的問題是需要加溫浮選，導致選礦成本高，能耗較高，開展鐵礦常溫陰離子反浮選研究非常必要，目前國內選礦行業（鐵礦）采用的浮選溫度為（35±5）℃，消耗大量的燃煤，且產生大量的CO2氣體，影響環境.采用常溫浮選可以降低選礦成本，增加經濟效益，同時改善選礦廠的生產環境，降低勞動強度.本文以李樓鐵礦工業生產的二段強磁尾礦為原料，研究脂肪酸陰離子捕收劑常溫反浮選工藝.

1 李樓鐵礦礦石性質

李樓鐵礦礦床資源儲量高，共計2．78億噸，其中鏡鐵礦資源儲量有2．4億噸［3］.李樓鐵礦由5個礦體組成，其中Ⅰ號為主礦體，約占總儲量的80%，其他4個礦體約占總儲量的20%．

礦石結構以鱗片變晶結構為主［4］，其次有假象自形、半自形結構、他形粒狀變晶結構、交代結構及殘余結構等.嵌布粒度主要為0．05～0．25 mm，其次為0．25～0．5 mm，部分＞0．5 mm，少量＜0．05 mm.礦石構造以浸染狀構造和帶狀構造為主，其次為片狀構造、塊狀構造和造斑點狀構造，帶狀構造以細紋、條紋為主，細條痕、條痕次之，二者常交替或重疊；浸染狀構造以稠密侵染狀（鐵礦物質量分數20%～80%）為主，稀疏浸染狀（鐵礦物質量分數小于20%）次之，屬于難選低品位鐵礦［4］.

李樓鐵礦礦石的有用礦物主要為鏡鐵礦，其次為磁鐵礦和赤鐵礦，少量菱鐵礦、褐鐵礦.石英為主要脈石礦物，其次為云母和角閃石，少量藍晶石、綠泥石和石榴石，以及微量碳酸鹽礦物、磷灰石等［5］.礦石的主要化學成份為Fe2O3和SiO2，MgO、CaO、MnO2、TiO2含量較少，S、P等有害元素含量甚微.礦石中全鐵質量分數最高可達63．50%，一般在30%～38%［5］.李樓鐵礦多元素分析以及物相分析結果分別見表1和表2［5］．

表1 李樓原礦多元素分析結果Table 1Multi-elements analysis of Lilou iron ore

表2 李樓原礦物相分析結果Table 2Mineral phase analysis of Lilou iron ore

本試驗礦樣是二段強磁尾礦，由安徽開發礦業有限公司李樓鐵礦采取，在實驗室采用環錐法分樣裝袋，每袋1 kg，備用.對礦樣進行了粒度分析，粒度分析如表3.

表3 粒度分析Table 3Size analysis of Lilou iron ore

2 試驗設備儀器和藥劑

試驗主要設備：濕式分樣機：XSHF-2-3濕式分樣機；浮選設備：XFD3-63型單槽浮選機；過濾機：XTL2Φ260／Φ200多用水環式真空過濾機.

試驗藥劑：NaOH配制成10%（質量分數，下同）水溶液；苛化玉米淀粉配制成1%水溶液；石灰作為活化劑，以石灰乳的形式添加到浮選中.

3 陰離子捕收劑制備及性質

分別以天然植物油酸（棉油油酸、米糠油酸、玉米油酸）為原料，通過磺化、氧氯化反應合成藥劑，主體原料有植物油酸；螯合劑；活化劑；氧氣和催化劑.制備的工藝流程為主體原料經過預處理、螯合反應、活化反應、氧化反應和精制處理后得到產品，該產品為綜褐色油（膏）狀物；碘值：（80±10）（g·L／g）；酸值：KOH（175±10）×10-2（mg／g）；皂化值：KOH（180±10）×10-2（mg／g）；凝固點：（25±5）℃.捕收劑部分藥劑分子烴基結構上增加了氯基（—Cl）和羥基（—OH）和磺酸基團（—SO3）等活性基團，其結構模型如下：

由于活性基團的引入，提高了捕收劑的活性，同時還能與礦物形成環狀螯合體，因而提高了選礦效果，該類型陰離子捕收劑用于鐵礦反浮選有比較好的低溫分散性、選擇性、溶解性.在堿性礦漿介質中，采用此捕收劑浮選被金屬離子（Ca2+、Mg2+）活化的石英及綠泥石、云母、輝石等含鐵脈石物，由于功能基團之間有協同作用，對被金屬離子活化的硅酸鹽礦物具有螯合作用，在礦物表面發生物理、化學吸附，針對性地強化了捕收劑對目標礦物的選擇性和藥劑捕收能力，對原生泥、次生泥的適應性較強，對石英及綠泥石、云母、輝石等含鐵脈石同樣具有較強的選擇性.以3種不同天然植物油（棉油、豆油、玉米油）為原料，制備了3種不同的捕收劑YR-A、YR-B、YR-C，再通過皂化配制成2%水溶液，用于浮選.

4 試驗結果與分析

陰離子捕收劑反浮選試驗是在堿性介質下，利用上述常溫陰離子型捕收劑將硅酸鹽礦物作為尾礦浮出，槽內為高品位的鐵精礦.通過條件試驗確定了用粗選NaOH用量1 kg／t，粗選淀粉用量715 g／t，粗選CaO用量360 g／t，精選CaO用量600 g／t.

4．1 捕收劑的浮選性能對比與選取

陰離子捕收劑反浮選工藝常采用脂肪酸類的捕收劑，大部分是以植物中脂肪酸為原料，原料不同或改性的方法不同獲得的藥劑浮選性能不同，在浮選溫度為35℃下研究了3種捕收劑YR-A、YR－B、YR－C浮選性能，試驗工藝流程圖和試驗結果分別見圖1、圖2．

圖2 3種捕收劑對比試驗結果Fig．2The flotation results of three collectors experiment

從圖2試驗結果表明：棉油油酸為原料合成的藥劑作為捕收劑，獲得的選礦指標都優于米糠油酸和玉米油酸為原料合成的捕收劑．其產率較YR－B、YR－C分別高3．38%、3．12%，其品位較使用YR－B、YR－C分別高了0．83%、1．1%，其回收率較YR－B、YR－C分別多了5．91%、5．78%，YR－A的浮選性能優于YR－B、YR－C．

4．2 捕收劑YRA－5低溫用量試驗

再以YR－A為原料，復配5%的陰離子型表面活性劑MES，獲得鐵礦反浮選常溫捕收劑YRA－5．在相同的條件下，對比研究了沒有復配表面活性劑MES與復配之后兩種藥劑的浮選性能，浮選溫度為17℃，沒有復配表面活性劑的捕收劑獲得精礦的回收率僅為68．79%，精礦品位為62．94%，而復配5%的MES之后，精礦的回收率達到了73．57%，精礦品位為62．13%，復配表面活性劑獲得的捕收劑與未復配的捕收劑對比，回收率提高了4．78%，品位僅僅降低了0．81%，說明復配表面活性劑之后，捕收劑的捕收能力得到了提高．研究了17℃下，復配藥劑YRA－5的浮選性能．試驗流程圖見圖3，試驗結果見圖4．

圖3 捕收劑YRA-5低溫用量試驗流程圖Fig．3Flow chare of collector YRA-5 flotation

圖4 捕收劑YRA-5低溫用量試驗結果Fig．4The flotation results ofcollector YRA-5 experiment

試驗表明：隨著YRA－5捕收劑用量的增加，精礦品位逐漸提高，回收率略有降低．當捕收劑用量達到1．0 kg／t時，精礦的品位達到65．17%，較用量為0．7 kg／t時提高了3．04%．在合成藥劑復配了表面活性劑MES之后，降低浮選的溫度，提高了浮選的回收率，由于MES具有降低了水溶液的表面張力、抗硬水性和乳化能力強，在復配中提高起泡性能［6－7］．

4．3 YRA－5常溫浮選閉路試驗

在反浮選溫度為17℃下，以YRA－5為捕收劑，NaOH的用量為1 kg／t，淀粉用量為715 g／t，石灰用量為360 g／t，YRA－5用量為0．5 kg／t，精選添加石灰，其用量為600 g／t，捕收劑用量為0．5 kg／t，掃選為添加300 g／t淀粉抑制劑，采用一粗一精二掃的反浮選工藝，進行了閉路試驗流程見圖5，常溫反浮選閉路試驗數質量流程見圖6.

圖6 YRA－5常溫反浮選閉路試驗數質量流程圖Fig．6Quantity－quality flow sheet

采用一粗一精二掃的反浮選工藝流程，在礦漿溫度為17℃條件下，以YRA－5為捕收劑，粗選NaOH的用量為1 kg／t，淀粉用量為715 g／t，石灰用量為360 g／t，YRA－5用量為0．5 kg／t，精選添加石灰，其用量為600 g／t，捕收劑用量為0．5 kg／t，掃選為添加300 g／t淀粉抑制劑，獲得了鐵精礦TFe質量分數為65．91%，產率62．76%，回收率91．61%的浮選指標.

5 結語

以不同植物油酸為原料，通過磺化、氧氯化反應再復配陰離子表面活性劑，制成常溫反浮選陰離子捕收劑，此類捕收劑浮選性能試驗研究表明，不同的原料獲得的捕收劑的浮選性能不同，以棉油油酸為原料合成的捕收劑的浮選性能優于米糠油油酸和玉米油油酸；在合成藥劑中添加適量的表面活性劑，獲取的捕收劑可以實現常溫反浮選鐵礦脫硅，獲得較好的選礦指標.根據李樓鐵礦工業生產的二段強磁尾礦的特點，采用一粗一精二掃的反浮選工藝流程，在礦漿溫度為17℃條件下，粗選NaOH的用量為1 kg／t，淀粉用量為715 g／t，石灰用量為360 g／t，YRA－5用量為0．5 kg／t，精選添加石灰，其用量為600 g／t，捕收劑用量為0.5 kg／t，掃選為添加300g／t淀粉抑制劑，獲得了鐵精礦TFe質量分數為65.91%，產率62．76%，回收率91．61%的浮選指標.

致謝

試驗研究過程中，安徽開發礦業有限公司給予諸多建設性觀點及建議，使得研究成果具有極大的推廣應用價值；武漢祥輝選礦有限公司亦有相關的幫助與支持，對此表示衷心感謝.

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Reverse flotation of Lilou iron ore using anionic collectors at normal temperature

LUO Hui－hua1，YANG Jie1，ZHANG Hai－qing2，WANG Tao2，WANG Biao1，HUANG Jun3
1．School of Resource and Civil Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China；
2．Anhui Mining Development Co．Ltd．，Liuan 237000，China；
3．Wuhan Xianghui Mineral Processing Technological Co．Ltd．，Wuhan 430070，China

To obtain ideal anionic collectors for reverse flotation of iron ore at normal temperature，different kinds of plant fatty acids were used to prepare anionic collectors by chemical reaction of sulfonation，oxidation，oxidation and then by compounding a certain amount of surfactant．The results of reverse flotation in Lilou strong magnetic tailings in second stage indicate that the flotation property of collector made by cottonseed fatty acid is better than that of rice bran fatty acid and corn fatty acid，and could be improved by compounding a small amount of surfactant MES．Beneficiation indexes of 65．91%iron concentrate grade，62．75%yield and 91．61%recovery rate are obtained with reverse flotation at 17℃．

anionic collector；iron mineral；reverse flotation

TD923+．1

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2014.012.009

1674－2869（2014）012－0044－05

本文編輯：龔曉寧

2014-09-22

羅惠華（1968-），男，湖北武漢人，教授.研究方向：選礦理論、工藝及浮選藥劑.