浮選藥劑概述

胡繼文丁 國邢 軼

（1.內蒙古科技大學 內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古包鋼（集團）股份有限公司 內蒙古 包頭 014010）

浮選藥劑概述

胡繼文1,2丁 國1邢 軼2

（1.內蒙古科技大學 內蒙古 包頭 014010；2.內蒙古包鋼（集團）股份有限公司 內蒙古 包頭 014010）

本文簡要介紹了白云鄂博鐵礦主要成分、分布狀況，簡單敘述了白云鄂博是內蒙古地區最大的鋼鐵能源基地，是以鐵、稀土、釷、鈮等為主的多元素共生礦，及儲量分布。概述了鐵礦浮選基本流程及鐵礦浮選藥劑種類。介紹了鐵礦浮選藥劑的的研究開發狀況，對新型鐵礦浮選藥劑的性能進行了評述并指出鐵礦浮選藥劑的發展趨勢。

鐵礦；浮選藥劑； 陽離子捕收劑 ；陰離子捕收劑；抑制劑

1.前言

白云鄂博鐵礦是以鐵、稀土、釷、旎為主的多元素共生礦，按其數量和用途應以鐵為主，但按其價值講稀土則為重要資源，特別是釷、鈮礦物因其特殊用途，雖然數量較少，但其重要性卻不亞于鐵。白云鄂博的稀上資源中有98％是輕稀土。稀土可應用于冶金、電子、化學等領域，在激光以及耐熱合金和超導體方面有廣泛的應用前景。釷在發展核電方面有著巨大的潛力，白云鄂博礦釷儲量221412噸（二氧化釷），占我國釷總儲量286335噸的77.3％，僅次于世界第一的印度343000噸。美國國防部和日本防衛廳都把釷、鈾等除钷以外的16種稀土元素定為戰略元素，法律規定國家要有一定量的儲備。

隨著科學技術的進步和國民經濟的發展，白云鄂博的稀土、釷、鈮等資源具有比鐵資源更大的開發利用價值。2005年徐光憲、師昌緒等十五位院士聯名向國務院建議，應該保護白云鄂博釷和稀土資源，逐步減少開采主礦和東礦而增加開采西礦，并最終封存主礦和東礦。具體來說，2004年主東礦實際開采1000萬噸，建議2005年起逐年減少，至2007年底減至500萬噸，2009年減至300萬噸，2012年起停止開采，把主礦和東礦封存起來，用尾礦壩提供稀土的需要，并恢復植被。

2.鐵礦浮選藥劑

鐵礦石中的主要脈石礦物是石英。浮選是富集細粒嵌布（＜149μm）礦石的常用方法。主要有幾種不同的浮選鐵礦石的流程：1.用陽離子捕收劑反浮選石英；2.用陰離子捕收劑正浮選鐵礦物；3.用陰離子捕收劑反浮選活化后的石英。在1930年～1940年期間，大多數這類研究在美國進行。Hanna Mining和Cyanamid公司聯合開發了兩種陰離子捕收劑浮選流程。后一種流程20世紀50年代美國礦業局（USBM）在密歇根和明尼蘇達開發了陽離子捕收劑反浮選流程，該工藝以后成為美國和其它西方國家十分流行的鐵礦浮選方法。陽離子捕收劑反浮選的第一次應用主要依賴于脂肪胺，后來用更有效的醚胺替代。

長期以來陽離子捕收劑反浮選流程成為最廣泛應用的方法。用乙酸部分中和的醚胺（R-(OCH2)3-NH2）浮選石英。中和度是一個很重要的參數。較高的中和度可增加捕收劑的溶解度,但會削弱浮選行為。目前供應的大多數醚胺中和度為25％～30％。醚二胺和單醚胺混合應用可改善某些類型的鐵礦的浮選行為。在一些選礦廠中，用燃料油部分代替胺[1]。燃料油的乳化在工藝中起著相當重要的作用，考慮到燃料油的價格比胺低，用普通起泡劑部分代替胺的可能性已經被研究，但是還需要做進一步研究。

氧化鐵礦的陰離子捕收劑正浮選似乎是對低品位礦石或目前尾礦庫中堆存的物料富集有吸引力。用脂肪酸作捕收劑，但脈石礦物的抑制劑一直是個需要攻克的難題[2]。

2.1 脫泥

USBM制定的陽離子捕收劑反浮選鐵礦物前需要脫泥作業。礦粒在礦漿中的適當分散度是有效脫泥的必備條件。一種簡單而廉價的方法是用大量的NaOH提高pH，使礦粒得到高度分散，這可增大礦粒間的電荷排斥力。簡單和可靠的實驗室試驗提供了分散度與脫泥效果的相關性，這是預測浮選指標方法。Peres等研究了采自巴西CVRD礦山的9個樣品的上述相關性。pH值高于8時，全部樣品的分散度沒有明顯的增加。除了兩個樣品具有天然的高分散度外，含泥量(浮選給礦中定量測定的含泥量) 對鐵礦的浮選性均有影響。

Queiroz證明，對鐵英巖型鐵礦石采用擦洗可增加礦泥產率和浮選精礦產率，降低浮選尾礦和礦泥鐵品位，同時降低精礦中的SiO2、Al2O3和P含量，提高Gaudin選擇性指數。除了改善浮選工藝性能外，擦洗還可降低捕收劑消耗量。

2.2 陽離子捕收劑

在早期USBM制定的工藝中使用的脂肪伯胺現在不再用于浮選鐵礦了[3]。在脂肪伯胺的R基團和NH2極性基之間插入(O-CH2)3極性基團來改進伯胺的性質。由于有具有機醚官能特性的C-O共價鍵存在，所以，這類藥劑屬于所謂的醚胺類。親水基團的存在改善了藥劑的溶解性，促進藥劑進入固—液和液—氣界面上，增強氣泡周圍液膜的彈性，也影響極性基團的偶極矩，縮短主要介電弛豫時間（偶極重新定向的時間）。這個特性可能與胺的起泡性能有關。起泡劑影響礦粒與氣泡之間的粘附動力學，使弛豫時間比接觸時間短。在這些條件下，碰撞時間比氣泡周圍水膜變薄和破裂所需要的時間要長。

Papini等人完成了巴西Iron Quadrangle鐵礦的大量小型浮選粗選試驗。選擇了不同陽離子捕收劑：脂肪一元胺、脂肪二胺、一元醚胺、二元醚胺、縮合物、煤油與胺的混合物。脂肪胺和縮合物浮選得到的精礦硅含量非常高。對于所研究的特定礦石來說，試驗表明，一元醚胺的捕收效果優于二元醚胺，與預料不同的是，第二個極性基團增加了它的捕收能力。另一方面,對于同樣的礦物，當與煤油聯合使用時，二元胺比一元胺更有效。在大型選礦廠中，為了降低精礦中的硅含量，常常混合使用二元胺和一元胺。當需要生產直接還原鐵精礦的時候，二元胺的用量比例可以大些。在選礦廠實踐中，混合使用醚胺和巴西“柴油”。這種產品類似于廣泛應用于美國佛羅里達磷酸鹽礦物浮選的ASTM5#燃料油。將油乳化到胺溶液中是這項技術成功的關鍵。捕收劑混合物中油的比例約為20％。采用這個比例可以減少胺的消耗，并且不影響浮選回收率。對應用柴油的選礦廠尾礦庫中的廢水分析已超過一年，試驗中沒有發現有害的影響。廢水的特性類似于使用柴油以前的情況。檢測到苯酚的含量增加，但是這些苯酚可能來自另外的源頭（如維修車間）的可能性。脂肪酸乳化的非極性油曾經在瑞典和俄羅斯氧化鐵礦陰離子捕收劑浮選中得到成功的應用。

2.3 陰離子捕收劑

氧化鐵礦陰離子捕收劑浮選是過去鐵選礦廠工業實踐的代表[4]。Gelmbotsky指出：“顯然，陽離子捕收劑反浮選比陰離子捕收劑正浮選沒有基本的技術優勢，對于每一種特定的情況，捕收劑的選擇主要決定于經濟性和調整劑的效果”。對低品位鐵礦、表外礦和老尾礦，氧化鐵礦的正浮選似乎仍具有吸引力。然而，大多數實驗室研究表明，用陰離子捕收劑（脂肪酸）或兩性捕收劑（肌氨酸和磺化琥珀酸鹽）浮選氧化鐵礦可生產含硅量高的精礦。在這個體系中，硅酸鈉不是有效的抑制劑。由于其價格高,羥肟酸的應用潛力還未顯示出來。

2.4 抑制劑

在鐵礦浮選中，淀粉是氧化鐵礦物的常用抑制劑，淀粉可以從幾種植物（如玉米、木薯、馬鈴薯、小麥、大米和竹芋等）中提取。在礦物工業中，玉米淀粉至今是應用最廣泛的一種。

從1978年，巴西就在鐵礦浮選中使用玉米淀粉[5]。這種藥劑的商品名為Collamil，它由非常細和純的產品組成。直鏈淀粉和支鏈淀粉的干基總含量達到98％～99％，還含有少量的纖維、礦物質、油和蛋白質。這種淀粉用于Samarco選礦廠，也用在磷酸鹽選礦廠中。

工業實踐結果表明，非傳統淀粉的使用不會損害選礦廠的冶金指標,即鐵的回收率和精礦中有害雜質的含量。

替代的非傳統抑制劑的價格約為傳統淀粉價格的一半。有8個較強競爭力的不同的供應商，因此，淀粉用戶比先前壟斷時候有更寬松的環境。

盡管工業實踐證實，兩種淀粉的性能相近,但傳統淀粉的供應商認為，淀粉中的蛋白質對浮選可能有害。改進的哈里蒙德管微浮選試驗結果表明，蛋白質含量最豐富的玉米蛋白是赤鐵礦的抑制劑，其抑制能力與支鏈淀粉和傳統玉米淀粉相同。

非傳統淀粉提供合適的工業指標不是偶然的。從Pinto等人的微量浮選試驗結果可知，支鏈淀粉是抑制赤鐵礦更有效的淀粉化合物。一個玉米淀粉產品供應商開發出了一種普通的改性淀粉產品——“Waxy玉米淀粉”，它的支鏈淀粉含量為96％，而普通的黃玉米制成的淀粉中支鏈淀粉與直鏈淀粉之比為75％：25％。在工業上使用Waxy玉米淀粉的優勢并沒有看到，而產品也相當昂貴。

淀粉含油量高于1.8％，就應考慮泡沫穩定性的風險問題。如果礦石的燒損成分高，這種危險還增大。

為了增大玉米淀粉的溶解度，有兩個可能的方法：在56℃的水中加熱淀粉懸浮液或添加NaOH。由于在選礦廠中應用熱水有一定的危險性，所以，目前所有公司均采用苛性鈉方案。由于NaOH成本高，價格波動大，加熱方案應受到關注，有可能變得具有吸引力。

從其它原料提供的抑制劑中，羧甲基纖維素（CMC）是目前潛力最大的一種。從技術上已證明這種藥劑可以替代淀粉。分別對Quadrangle鐵礦的不同鐵礦石開展使用商業品級的CMC系列實驗室研究計劃，包括替代的用量和不同分子量的CMC試驗。通常，全部CMC試驗獲得的精礦硅含量比使用淀粉時低些，但迄今為止,CMC試驗獲得的尾礦鐵品位略高。

從運行成本的競爭力來考慮，CMC的操作用量至多為淀粉的1/5。CMC試驗的用量范圍是淀粉用量的1/10～1/5。即使CMC用量為淀粉量的1/10時，一些CMC獲得了相當好的結果。在研究中的另一個選擇是使用合成的絮凝劑類聚合物，部分替代淀粉。對陰離子、陽離子和非離子聚丙烯酰胺進行了實驗室規模的試驗。這些藥劑高得多的價格可以通過低得多的用量獲得應用優勢[6-7]。

2.5 起泡劑

盡管在美國鐵礦反浮選中使用專用的起泡劑（乙醇和聚丙烯乙二醇）存有記錄。但它們的使用不是常用的工業實踐。浮選是在胺類陽離子和分子組分穩定的pH范圍內進行，此時陽離子組分起捕收劑作用，而分子組分起到起泡劑作用。用專用的起泡劑部分替代胺的實驗室研究正在進行中（單礦物浮選和礦石浮選）。目前獲得的結果是具有吸引力的。

在一系列試驗中，用合成的聚乙二醇類起泡劑約替代10％胺總用量可提高浮選鐵回收率和選擇性。松醇油起泡劑替代胺時也取得較好的結果。另一方面，直鏈醇試驗結果表明，與單用胺相比，浮選指標沒有改善。

2.6 非離子表面活性劑

Filho L等人進行了實驗室規模的非離子表面活性劑對用醚胺陽離子捕收劑浮選石英的影響試驗。所試驗的藥劑是乙氧化的壬基苯酚，其中有兩個或四個乙烯氧化物和乙氧化的脂肪醇。有兩個乙烯氧化物的壬基苯酚與醚胺按1∶4比例聯合使用，可提高石英的可浮性20％。藥劑也明顯改善了系統的泡沫特性,降低了系統的表面張力。

3.結語

我國鐵礦資源豐富,但隨著開采的深入,易選富礦越來越少,取而代之的是難選貧礦越來越多。對于難選貧礦來說,僅靠傳統的磁選工藝難以達到冶煉的要求,于是浮選在鐵礦選礦中所占的地位越來越重要。浮選之所以能被廣泛應用于礦物加工,重要的原因在于它能通過浮選藥劑靈活有效的控制浮選過程,成功的將礦物按人們的要求加以分開,使資源得到綜合利用。高效的、選擇性好的浮選藥劑的研究和發展,成為引領浮選工藝發展的重要因素。

[1]胡龍,鄭懷昌,肖剛.鐵礦浮選工藝的發展[J].現代礦業,2010, (1): 23-27.

[2]劉靜,張建強,劉炯天.鐵礦浮選藥劑現狀綜述[J].中國礦業, 2007,16(2): 106-108.

[3]羅秋良.鉀礦浮選藥劑進展[J].國外金屬礦選礦,1988, (1): 34-36.

[4]H·K·阿爾蓋布拉依斯多娃, 汪鏡亮, 雨田. 浮選含金礦石的新藥劑[J]. 國外金屬礦選礦, 2006, (1): 11-12.

[5]朱建光.2008年浮選藥劑的進展[J]. 國外金屬礦選礦, 2009, (1): 2-8.

[6]葛英勇,余俊,朱鵬程.鐵礦浮選藥劑評述[J]. 現代礦業,2009, (11): 6-10.

[7]A·C·阿魯基奧,周海波,肖力子.浮選鐵礦的藥劑[J].國外金屬礦選礦, 2009, (Z1): 4-7.

Summary of flotation reagents

HU Ji-wen1,212., DING Guo, XING Yi1, Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia, Baotou 014010, China; 2, Inner Mongolia Baotou Steel (group) co., LTD., Inner Mongolia, Baotou 014010, China

This paper briefly introduced the main composition, distribution of baiyun obo ore, simple describes the baiyun obo is one of the largest steel in Inner Mongolia energy base, is the iron, rare earth, thorium, niobium multielement GongShengKuang, distribution and reserves. Outlines the iron ore flotation basic flow and kinds of iron ore flotation reagents. Of iron ore flotation reagents introduced the research and development status, the performance of the new iron ore flotation reagents are reviewed and pointed out the development trend of iron ore flotation reagents.

Iron ore; Flotation reagents; Cationic collector; Anionic collector; Inhibitors

O658.6+6

A

1009-5624-（2016）03-0004-03