新型螯合捕收劑DXS對細粒錫石捕收性能的研究*

朱一民　毛　毛　苗美云　劉　杰

(東北大學資源與土木工程學院)

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新型螯合捕收劑DXS對細粒錫石捕收性能的研究*

朱一民毛毛苗美云劉杰

(東北大學資源與土木工程學院)

摘要細粒錫石采用傳統(tǒng)選礦工藝難以得到較好的回收效果，而浮選則成為有效回收細粒錫石的重要方法之一。東北大學試驗室自主研制了一種新型螯合捕收劑DXS，以-23 μm細粒錫石為試樣對捕收劑DXS捕收性能進行了試驗研究，并借助動電位檢測和紅外光譜檢測對DXS與細粒錫石的作用機理進行了探討。試驗表明：以DXS為捕收劑，在pH值為5.5、捕收劑用量為130 mg/L、溫度為25 ℃時，可以獲得較好的捕收效果。Zeta電位及紅外光譜檢測結(jié)果表明：捕收劑DXS與錫石之間存在微弱的鍵合吸附以及氫鍵作用，新型螯合捕收劑DXS是一種可以常溫使用的捕收細粒錫石的高效捕收劑。

關(guān)鍵詞螯合捕收劑錫石浮選性能作用機理

錫石密度大于其他共生礦物，因此重選為錫石回收的傳統(tǒng)選礦工藝。同時錫石性脆易碎，在磨礦過程中極易發(fā)生過粉碎而損失在礦泥中；當錫石粒度小于19 μm時，重選回收的效率大幅度下降，浮選的有效回收下限粒度較重選的低，所以錫石浮選成為回收細粒錫石的有效方法和提高錫礦資源利用率的重要途徑[1-4]。浮選回收細粒錫石的效果很大程度上取決于所用捕收劑性能的好壞。長期以來，人們一直把錫石捕收劑的研究放在錫石浮選研究的首位[5]。

近年來，國內(nèi)外學者就細粒錫石浮選進行了大量的工作，其工作重點集中于細粒錫石捕收劑的研發(fā)和浮選技術(shù)的優(yōu)化與改善等方面[4]。為了對細粒錫石進行高效的回收，東北大學試驗室自主研發(fā)了具有較好捕收性能的新型螯合捕收劑DXS，為檢驗該藥劑的捕收性能，對錫石單礦物進行了浮選試驗，并獲得了滿意的試驗效果。

1試驗原料和試驗方法

1.1試驗原料

試驗所用錫石單礦物經(jīng)破碎、揀選、細磨、搖床重選、水利沉降等方法得到錫石礦樣，經(jīng)鹽酸浸泡后用去離子水反復(fù)清洗至中性，烘干后移入廣口瓶保存?zhèn)溆谩Ｔ嚇拥幕瘜W組成分析結(jié)果見表1，XRD分析圖譜見圖1。

表1錫石單礦物化學組成分析結(jié)果

%

由表1可見，錫石的含量為97.65%，其他雜質(zhì)含量較低，可用于試驗。

圖1　錫石的XRD分析圖譜

1.2試驗方法

錫石單礦物浮選試驗采用單因素試驗法，所用浮選機為XFGII50型掛槽浮選機，主軸轉(zhuǎn)速為1 980 r/min。用電子天平稱取2.00 g錫石礦樣，放入盛有適量去離子水的40 mL浮選槽中，攪拌3 min，用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)礦漿pH值并用臺式pH值計進行測量，攪拌3 min后加入捕收劑，再攪拌3 min后進行浮選刮泡，刮泡時間為5 min，最后將試驗所得的泡沫產(chǎn)品和槽底產(chǎn)品分別烘干、稱量，計算錫石的浮選回收率。試驗流程見圖2。

圖2　錫石單礦物浮選試驗流程

2試驗結(jié)果及討論

2.1DXS體系下的pH值試驗

在礦漿溫度為25 ℃、礦漿濃度為10%、捕收劑用量為90 mg/L的條件下進行pH值試驗。pH值對回收率的影響見圖3。

圖3　pH值對錫石浮選回收率的影響

由圖3可見，在pH值為3.5～5.5時，錫石回收率從87.90%提高到92.06%，后隨pH值升高到9.5，錫石回收率變化不大，然后回收率隨pH增大開始下降；綜合考慮浮選時錫石的上浮情況，浮選最佳pH值為5.5，此時回收率為92.06%。

2.2DXS體系下的捕收劑用量試驗

在礦漿溫度為25 ℃、礦漿濃度為10%、礦漿pH值為5.5的條件下進行捕收劑用量試驗，DXS用量對回收率的影響見圖4。

圖4　DXS用量對錫石浮選回收率的影響

由圖4可見，當藥劑用量為10 mg/L時，回收率僅為14.84%；隨藥劑用量的增加，回收率迅速提高，當藥劑用量為70 mg/L時，回收率已達92.56%；繼續(xù)增加藥劑用量，回收率提高，當用藥量為130 mg/L時，回收率達97.01%；根據(jù)試驗結(jié)果，確定捕收劑DXS的最佳用量為130 mg/L，此時回收率為97.01%。

2.3DXS體系下的溫度試驗

在礦漿濃度為10%、捕收劑用量為130 mg/L、礦漿pH值為5.5的條件下進行溫度試驗，溫度對回收率的影響見圖5。

圖5　溫度對錫石浮選回收率的影響

由圖5可見，當溫度為15 ℃時，浮選回收率為94.88%，隨溫度的升高，回收率提高，到25℃時回收率為97.01%，繼續(xù)升高溫度，回收率保持不變；由此可見，在低溫條件下該捕收劑也能保證一定的溶解度與分子活性，對細粒錫石具有較好的捕收效果；因此浮選礦漿最適宜的浮選溫度為25℃，可獲得的最大回收率為97.01%。

3機理分析

3.1動電位檢測與討論

根據(jù)礦物表面荷電機理，在破碎、磨礦過程中，錫石晶體內(nèi)無脆弱交界面層，必須沿Sn-O鍵斷裂，形成Sn+和Sn-O-活性位點，即錫石表面同時存在荷正電和荷負電的化學活性位點；-Sn+處存在與OH-的吸附與解吸平衡，而Sn-O-處存在與H+的吸附與解吸平衡，隨著溶液pH值的不同，二者程度不同。所以改變體系的pH值會影響礦樣表面的荷電性質(zhì)。捕收劑DXS條件下錫石Zeta電位與pH值關(guān)系曲線見圖6。

圖6　捕收劑DXS下錫石ζ電位與pH值關(guān)系

由圖6可見，錫石的零電點在4.2左右，即礦物表面在pH值<4.2時荷正電，反之荷負電；在與DXS作用后，錫石礦物表面的動電位發(fā)生了一定程度的改變，說明捕收劑在礦物表面不僅發(fā)生了吸附，而且改變了細粒錫石的荷電狀態(tài)(荷負電量減少)。

3.2紅外光譜檢測與討論

錫石單礦物的紅外光譜見圖7，捕收劑DXS的紅外光譜見圖8，吸附藥劑DXS后錫石的紅外光譜見圖9。

圖7　錫石的紅外光譜圖

由圖7可見，639.36 cm-1及515.80 cm-1處出現(xiàn)的強吸收峰是Sn-O的特征吸收峰；3 445.77 cm-1及1 632.01 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，主要是錫石表面吸附的水分子中O-H伸縮振動和彎曲振動所致。

圖8　捕收劑DXS的紅外光譜圖

由圖8可見，在3 436.06 cm-1處的吸收峰較強較寬，說明此處可能存在O-H和N-H的伸縮振動； 2 923.30 cm-1和2 854.73 cm-1處的吸收峰分別是 -CH3的C-H不對稱伸縮振動和-CH2的C-H對稱伸縮振動峰；1 575.10 cm-1和721.54 cm-1處的吸收峰分別是N-H的面內(nèi)彎曲振動和面外彎曲振動；1 085.91 cm-1是C-N伸縮振動峰。

由圖9可見，錫石紅外光譜中3 445.77 cm-1處吸收峰偏移至3 441.28 cm-1，1 632.01 cm-1處吸收峰偏移至1 630.30 cm-1，均發(fā)生紅移，即振動減弱，說明錫石表面-O-與DXS的OH之間發(fā)生氫鍵作用；同時，對于錫石Sn-O鍵波數(shù)從 639.36 cm-1降低至636.57 cm-1，發(fā)生紅移，說明錫石表面與藥劑DXS發(fā)生微弱的鍵合吸附。

圖9　錫石與捕收劑DXS作用后的紅外光譜圖

4結(jié)語

(1)通過試驗表明，在pH值為5.5、捕收劑用量為130 mg/L、溫度為25 ℃時，新型DXS捕收劑對細粒錫石可以獲得較好的捕收效果。

(2)Zeta電位檢測表明，細粒錫石在pH值為4.2時都荷負電；而與捕收劑DXS作用之后，在pH值為4.2時，細粒錫石Zeta電位有增大趨勢，說明DXS與錫石表面不僅發(fā)生了吸附，而且改變了細粒錫石的荷電狀態(tài)(荷負電量減少)。

(3)紅外光譜檢測以及Zeta電位檢測結(jié)果表明，捕收劑DXS與錫石之間存在微弱的鍵合吸附以及氫鍵作用。

參考文獻

[1]呂中海，胡衛(wèi)波，張俊，等.錫礦石選礦工藝研究現(xiàn)狀與進展[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(10)：19-22.

[2]周少珍，孫傳堯.錫石選礦進展[J].國外金屬礦選礦，2002(8)：10-14.

[3]張慧.組合捕收劑浮選細粒錫石作用機理及應(yīng)用研究[D].長沙：中南大學，2010.

[4]劉杰，韓躍新，朱一民，等.細粒錫石選礦技術(shù)研究進展及展望[J].金屬礦山，2014(10)：76-81.

[5]程建國，朱建光.應(yīng)用基團電負性理論計算和同分異構(gòu)原理發(fā)展新型錫石捕收劑[J].礦冶工程，1986，6(4)：18-21.

(收稿日期2016-01-21)

*國家自然科學基金項目(編號：51274056、51474055)；國家自然科學基金青年科學基金項目(編號：51204035)。

朱一民(1964—)，女，教授，博士，110819 遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路3號巷11號。