十二碳酰胺的合成及其浮選性能研究

于 偉，趙錫榮

(1.西安科技大學化學與化工學院，陜西 西安 710054；2.中國石油化工潤滑油分公司，山東 濟南 250101)

十二碳酰胺的合成及其浮選性能研究

于 偉1，趙錫榮2

(1.西安科技大學化學與化工學院，陜西 西安 710054；2.中國石油化工潤滑油分公司，山東 濟南 250101)

本文研究以十二碳酸和尿素為原料，通過一系列反應最終合成得到十二碳酰胺。首先通過單因素試驗考察溫度、時間和物料比對反應轉化率的影響，然后利用正交試驗對反應條件進行優化。得到十二碳酰胺的最佳合成條件：物料比1∶1、溫度170℃、時間4h，最高轉化率88.52%。利用合成的產物作捕收劑對鋁土礦試樣進行分選，在不加抑制劑和分散劑的情況下，得出十二碳酰胺的適宜pH值為5，最佳用量為160g/t，氧化鋁回收率可達到80.85%，具有良好的浮選性能。

十二碳酰胺；鋁土礦；浮選

我國鋁土礦資源豐富，但絕大部分屬于低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦，不宜直接采用拜耳法生產氧化鋁，必須通過選礦方法預先脫硅，才能為拜耳法提供合格的高鋁硅比精礦[1]。化學選礦、生物選礦和物理選礦是提高鋁土礦鋁硅比的三種主要方法，其中物理選礦中應用最廣泛、研究最多的是浮選法，它主要包括正浮選和反浮選兩種方法[2]。與正浮選相比，鋁土礦反浮選脫硅是浮少抑多，浮出的是鋁硅酸鹽礦物，留在母液當中的是水鋁石，上浮產品產率較小，藥劑用量較少，且浮選精礦有利于過濾脫水，具有廣闊的發展前途。

目前胺類陽離子捕收劑是鋁土礦反浮選脫硅的主要捕收劑[3]，Ishchenko等用十二胺作捕收劑，對鋁硅比為2.7的三水鋁石進行反浮選試驗，獲得了鋁硅比大于7的精礦[4]。Anishchenko等用氯化月桂胺作捕收劑，通過反浮選實現了三水鋁石與綠泥石的分離[5]。酰胺基胺類捕收劑是胺類陽離子捕收劑的一種，占有比較重要的地位，酰胺基胺類化合物捕收礦石的能力比較強，同時合成酰胺基胺類化合物的條件比較溫和，操作簡便。趙世民等人研究了N-(3-氨丙基)-月桂酰胺和N-(2-氨乙基)-月桂酰胺對葉蠟石、伊利石和高嶺石等鋁硅酸鹽礦物的浮選試驗，結果表明這兩種捕收劑均可對葉蠟石、伊利石和高嶺石具有較高的浮選回收率，且受礦漿pH值的影響較小[6,7]。本論文研究主要以十二碳酸和尿素為原料，進行鋁土礦浮選捕收劑十二碳酰胺的合成，并將其應用于鋁土礦的浮選實踐，考察其實際捕收性能。

1 合成步驟及礦樣性質分析

1.1 十二碳酰胺的合成步驟

稱量適量的十二碳酸與尿素，并將其混合后置于反應器中，加熱待混合物熔化后，啟動電動攪拌裝置，升溫至150～160℃，加熱兩小時，撤去空氣冷凝管和吸收裝置，繼續攪拌升溫至180℃持續反應，結束后，趁熱轉移物料，冷卻，稱重。取少量產品，用氫氧化鉀標準溶液進行滴定，計算酸值，從而計算得到轉化率。進行單因素試驗以及正交試驗，記錄試驗數據，實驗過程中要控制好溫度，掌握好油浴的安全性。為了防止多余的氨氣污染環境，裝置中需要增加酸吸收裝置，本試驗用30%的鹽酸作為酸吸收裝置。十二碳酰胺的合成以及可能發生副反應的方程式見式(1)、式(2)和式(3)。

CH3(CH2)10COOH+NH2CONH2→

CH2(CH2)10CONH2+NH3↑+CO2↑

(1)

CH3(CH2)10COOH+NH3→

CH3(CH2)10CONH2+NH2CONH2→

CH3(CH2)10CONH2+CO2↑+H2O↑

(2)

2NH2CONH2→NH2CONHCONH2+NH3↑

(3)

1.2 礦樣性質分析

礦樣來源：河南氧化鋁廠，將取得的礦樣進行制樣后，用X-熒光進行元素定量分析，結果見表1。

從表1可以看出：該礦樣的主要組成元素為鋁、硅、鐵、鈦、鈣、鎂、鉀、硫等，礦樣中的鋁元素含量最高，其次便是硅元素，礦樣鋁硅比為4.45。

采用X射線衍射儀對礦樣進行礦物組成分析，如圖1所示。

圖1 鋁土礦的X-射線衍射分析圖譜

由圖1可以看出，礦樣中的有用鋁礦物為一水硬鋁石，脈石礦物主要為高嶺石、伊利石、方解石、石英、金紅石、赤鐵礦、綠泥石、銳鈦礦等，它們在礦樣中的含量如表2所示。

2 結果與討論

2.1 十二碳酰胺合成條件的優化

2.1.1 物料比對轉化率的影響

固定反應溫度為180℃，反應時間為4小時，考察尿素與十二碳酸的摩爾比分別為0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1五種情況下對最終轉化率的影響，確定出最佳物料比，試驗結果見圖2。

表1 鋁土礦的主要元素組成/%

表2 鋁土礦的礦物組成/%

從圖2可以得出，在反應溫度和反應時間不變的情況下，隨著物料比的增大，轉化率先增大后減小，在物料比為1∶1時轉化率達到85.81%，之后再隨著物料比的增大，產率始終不如這一點，所以選取反應物料比為1∶1。

2.1.2 反應時間對轉化率的影響

固定尿素與十二碳酸的摩爾比為1∶1，反應溫度為180℃，考察反應時間分別為3h、3.5h、4h、4.5h、5h時反應的最終轉化率，確定相對較佳的反應溫度，試驗結果見圖3。

從圖3可以得出，在反應物料的摩爾比和反應溫度不變的情況下，隨著反應時間的不斷增長，反應的轉化率也逐漸增大，當反應時間到達4h時，反應的轉化率到達85.81%，再繼續延長反應時間，轉化率的增加趨于平緩，確定最佳反應時間為4h。

2.1.3 反應溫度對轉化率的影響

固定尿素與十二碳酸的反應摩爾比為1∶1，反應時間為4h，考察反應溫度分別為150℃、160℃、170℃、180℃、190℃時對最終轉化率的影響，確定出最佳反應溫度，試驗結果見圖4。

圖2 物料比-轉化率關系圖

圖3 反應時間-轉化率關系圖

圖4 反應溫度-轉化率的關系圖

從圖4可以看出，在反應物料的摩爾比和反應時間不變的情況下，隨著溫度的升高，轉化率增大，當溫度升至170℃時，轉化率達到85.92%，再繼續升高溫度時，轉化率的增加變得相當緩慢，在試驗的過程當中發現，反應的溫度不宜過高，當反應溫度超過190℃時，反應器中的物料開始焦化顏色變深，直接影響到了產品的色澤和轉化率，所以確定170℃為較佳的反應溫度。

2.1.4 正交實驗

通過單因素試驗考察了尿素與十二碳酸的物料摩爾比，反應時間，反應溫度對反應轉化率的影響，得出物料摩爾比為1∶1、反應時間為4h、反應溫度為170℃時，為十二碳酰胺的相對較優合成條件。同時這三個單因素之間存在著交互作用，需要利用正交試驗考察三因素之間的相互影響以及對整個試驗結果的影響，選取三因素三水平進行正交實驗設計，見表3。查閱正交試驗表，按照L9(34)安排實驗，見表4。

表3 因素水平表

按照正交表安排試驗，所得回收率進行正交試驗結果分析，見表5。

通過正交實驗數據分析，發現反應溫度對實驗的影響最大，是最顯著因素，其次是物料比，再次是反應時間。這三個因素的最優條件組合是：物料比為1∶1、反應溫度為170℃、反應時間為4h。將三因素最優水平組合起來，即A2B1C2就是最優的反應條件。進行驗證實驗兩次，結果見6。

由表6可知，在最優條件下合成十二碳酰胺反應的平均轉化率為88.52%。

表4 正交實驗安排

表5 正交實驗結果分析

2.2 十二碳酰胺浮選性能研究

利用合成的十二碳酰胺作捕收劑對鋁土礦試樣進行分選，通過實際的分選效果考察十二碳酰胺的捕收性能，實驗設備選用實驗室XFD-1.5L型單槽浮選機，配套過濾脫水以及化驗裝置。

表6 驗證實驗結果表

2.2.1 十二碳酰胺浮選性能與pH的關系

控制十二碳酰胺捕收劑用量為100g/t，不添加任何調整劑進行浮選試驗，考察pH值對精礦A/S和Al2O3回收率的影響，結果見表7和圖5。

由表7和圖5可以看出，隨著pH值的逐漸升高，氧化鋁的回收率逐漸下降，但精礦的A/S比逐漸升高。鋁硅比在偏堿性條件下較高，而氧化鋁的回收率在偏酸性條件下較高，綜合考察選定礦漿pH值為5，此時精礦的鋁硅比約為6.15，氧化鋁的回收率為80.55%。

2.2.2 十二碳酰胺浮選性能與藥劑用量的關系

通過對pH值試驗的考察，選定pH值為5時，考察十二碳酰胺浮選性能與用量之間的關系，試驗結果見表8和圖6。

表7 不同pH條件下十二碳酰胺浮選性能試驗結果

圖5 十二碳酰胺浮選性能與 pH的關系

圖6 十二碳酰胺的浮選性能與藥劑用量的關系

表8 不同十二碳酰胺用量下的實驗結果

捕收劑/(g/t)原礦/%精礦/%尾礦/%Al2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/S產率/%回收率/%8058．3113．614．2863．429．696．5546．0116．522．7970．6576．8410058．3113．614．2862．659．486．6145．8217．732．5874．2179．7315058．3113．614．2864．189．396．8342．1518．572．6773．3580．7320058．3113．614．2862．0510．196．1046．2418．512．5176．2181．1025058．3113．614．2861．8911．165．5547．9519．372．4874．3278．88

由表8和圖6可以看出，隨著十二碳酰胺藥劑用量的增加，精礦的鋁硅比和氧化鋁的回收率均為先增大后逐漸減小，主要原因是隨著十二碳酰胺捕收劑用量的增加，浮出泡沫量加大，氧化鋁回收率和精礦的鋁硅比都逐漸增加，在藥劑用量為160g/t左右時兩條曲線相交，繼續增加十二碳酰胺的用量，則使得部分一水硬鋁石隨著泡沫上浮而成為泡沫產品，導致鋁硅比和氧化鋁的回收率逐漸下降。所以選定十二碳酰胺捕收劑的合理用量為160g/t，此時精礦的鋁硅比達到6.65，氧化鋁的回收率約為80.85%。通過浮選實踐證明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一種進行鋁土礦反浮選的有效藥劑。

3 結論

1)在實驗室條件下以十二碳酸和尿素為原料合成鋁土礦陽離子捕收劑十二碳酰胺，通過試驗研究考察了物料比、合成溫度、時間等反應條件對合成轉化率的影響，最終合成得到十二碳酰胺的轉化率高達88.52%，產物純度高，反應易控制。

2)以合成的十二碳酰胺作為捕收劑進行鋁土礦的浮選試驗研究，調節礦漿pH值為5，合成產物用量為160g/t，經過一次粗選，浮選精礦的鋁硅比可達到6.65，氧化鋁的回收率達到80.85%。通過浮選實踐證明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一種鋁土礦反浮選的有效藥劑。

[1] 凌石生，劉四清.鋁土礦反浮選脫硅藥劑評述[J].礦產保護與利用，2008，28(3)：49-54.

[2] 胡岳華，王毓華，王淀佐.鋁硅礦物浮選化學與鋁土礦脫硅[M].北京：科學出版社，2004.

[3] 王淀佐，胡岳華.浮選溶液化學[M].長沙：湖南科學技術出版社，1988.

[4] Ishchenko V V.Flotation of silica from bauxite [J].Izv VUZ Tsvet Metal，1974 (3)：7-11.

[5] Anishchenko N M.Interaction of caption reagents in the flotation of chanosite bauxites[J].Izv VUZ Tsvet Metal，1972 (4)：12-16.

[6] 趙世民，胡岳華，王淀佐，等.N-(2-氨乙基)-月桂酰胺浮選鋁硅酸鹽礦物的研究[J].物理化學學報，2003，19(6)：573-576.

[7] 趙世民，胡岳華，王淀佐，等.N-(3-氨丙基)-月桂酰胺對鋁硅酸鹽礦物的浮選[J].中國有色金屬學報，2003，15(5)：1273-1277.

Study on the synthesis of lauramide and performances as the flotation collector

YU Wei1，ZHAO Xi-rong2

(1.School of Chemistry & Chemical Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Shanxi 710054，China；2.SINOPEC Lubricant Company，Jinan 250101，China)

In this paper，lauramide was synthesized by a series of reactions and the raw materials were urea and lauric acid.First，the influence of single factor on conversion rate was investigated，which include the ratio of materials，reaction time and reaction temperature.Then，the reaction conditions were optimized by orthogonal experiments.The results were as follows：The maximum conversion rate of lauramide was 88.52%.Its optimum conditions were that the material ratio was 1∶1，reaction temperature was 170℃，and reaction time was 4h.The product of synthesis was used as the collector for the bauxite samples flotation.Without any dispersants or inhibitors，the results came out as follows：the optimum pH of lauramide was 5，and the better collector dosage was 160g/t，under these conditions，the recovery of Al2O3could be reached 80.85%.

lauramide；bauxite；flotation

2014-01-20

于偉(1985-)，男，山東昌邑人，碩士，助理工程師，主要研究方向為細粒礦物浮選提質。E-mail：yuweiba@163.com。

TD952

A

1004-4051(2015)03-0123-05