油酸鈉體系下細粒赤鐵礦精礦過濾影響因素研究

潘 登 張 芹 吳 梅 曾 睿 李 煉(1.武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081)

我國高品位赤鐵礦石資源極度匱乏，普遍可見的為細粒嵌布的低品位赤鐵礦石資源[1]，單一磁選工藝處理這類赤鐵礦石資源難以獲得高品位鐵精礦，以油酸鈉為捕收劑，對磁選鐵精礦進行浮選能顯著提高精礦鐵品位。然而，細粒赤鐵礦的油酸鈉浮選泡沫不僅豐富，而且礦漿發黏，影響精礦過濾效率[2]。要解決油酸鈉浮選體系下細粒赤鐵礦精礦的過濾問題，就必須查明哪些因素是影響過濾的顯著因素，為后續解決問題指明方向。

1 試樣與藥劑

1.1 試 樣

試樣為武鋼工業港巴西某赤鐵礦精礦，密度為4.1 g/cm3，鐵品位為64.22%，用行星磨磨至表1所示的粒度。

表1 試樣粒度分析結果Table 1 Particle size distribution of the sample

1.2 試驗藥劑

試驗用油酸鈉(C18H33NaO2)為分析純試劑，由國藥集團化學試劑有限公司生產，配制成濃度為0.1%的溶液使用；玉米淀粉((C6H10O5)n)為食品級試劑，由廣西橫縣嘉輝工貿有限公司生產，配制成濃度為0.3%的溶液使用；pH調整劑NaOH、H2SO4均為分析純試劑，由國藥集團化學試劑有限公司生產，配制成濃度為1 mol/L的溶液使用。

2 試驗方法

準確稱取20 g試樣置于100 mL燒杯中，加入蒸餾水及藥劑定容至50 mL，以350 r/min的轉速攪拌5 min，將已潤濕的濾紙(φ150 mm)置于φ120 mm漏斗中，再將攪拌好的礦漿注入漏斗中，使過濾系統的真空度穩定在0.06 MPa情況下打開閥門，恒壓過濾2.5 min，記錄每獲得5 mL濾液所需的時間[3]。試驗裝置見圖1，參照文獻[4]對試驗結果進行計算。

圖1 真空過濾機過濾試驗裝置示意Fig.1 Vacuum filtration experimental apparatus1—過濾漏斗；2—盛液量筒；3—抽濾瓶；4—閥門;5—壓力表;6—閥門;7—緩沖瓶;8—真空泵

3 試驗結果及討論

3.1 油酸鈉用量對細粒赤鐵礦精礦過濾效果的影響

在礦漿自然pH(pH=6.3)、不添加淀粉、溫度為20 ℃情況下進行油酸鈉的用量試驗，結果見圖2。

圖2 油酸鈉用量對赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.2 Effect of the dosage of sodium oleate on the filter cake resistance of hematite concentrate

由圖2可知：隨著油酸鈉用量的增加，赤鐵礦精礦濾餅的比阻持續增大，當油酸鈉用量超過1 600 g/t后，濾餅比阻急劇增大，使得過濾過程幾乎無法進行。

添加油酸鈉后，濾餅比阻增大可能是由于油酸鈉吸附于赤鐵礦表面，使物料表面荷負電，顆粒間的相互排斥阻礙了顆粒的靠近，從而阻礙了顆粒間液體的排出。

3.2 油酸鈉不同用量下礦漿pH對細粒赤鐵礦精礦過濾效果的影響

礦漿pH對赤鐵礦吸附油酸鈉后表面電位有較大的影響，為此在不同油酸鈉用量下探究赤鐵礦精礦濾餅比阻與礦漿pH的關系。礦漿pH試驗在不添加淀粉、溫度為20 ℃情況下進行，結果見圖3.

圖3 不同油酸鈉用量下pH對赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.3 Effect of pH on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由圖3可知：pH≤4時，油酸鈉用量為0情況下的濾餅比阻變化不大，添加了油酸鈉后，隨著礦漿酸性的增強，濾餅比阻逐漸減小，且油酸鈉用量越大比阻減小幅度越大；pH=4～10時，赤鐵礦精礦的濾餅比阻受礦漿pH變化的影響不大；繼續增大礦漿pH，濾餅比阻不同程度增大。強酸性條件下油酸鈉對赤鐵礦精礦過濾的阻礙作用較小可能是由于此時油酸鈉幾乎不能吸附于赤鐵礦表面，因而無法影響過濾過程所致。強堿性條件下，油酸鈉用量較低或不添加油酸鈉情況下，濾餅比阻較低可能與物料表面的Zeta電位的變化有關[5]；pH=12、油酸鈉用量為1 200 g/t和1 600 g/t時的濾餅比阻相當，說明油酸鈉用量為 1 200 g/t時可能已達到吸附飽和。同時，堿性環境下OH-的加入，在赤鐵礦表面形成Fe(OH)2與 Fe(OH)3親水性表面膜，不利于濾餅中水分的流動也可能是導致濾餅比阻增大的原因。

3.3 油酸鈉不同用量下溫度對細粒赤鐵礦精礦過濾效果的影響

溫度試驗在礦漿自然pH、不添加淀粉情況下進行，結果見圖4。

由圖4可知：無論在何溫度下，油酸鈉用量越大，濾餅比阻越大；相同油酸鈉用量下，提高溫度，濾餅比阻小幅下降，這可能是由于溫度升高，礦漿的黏度和物料的表面張力下降，顆粒親水性變弱，水化膜變薄所致[6]。

圖4 油酸鈉不同用量下溫度對赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.4 Effect of temperature on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

3.4 油酸鈉不同用量下淀粉添加量對細粒赤鐵礦精礦過濾效果的影響

淀粉添加量試驗在礦漿自然pH、溫度為20 ℃情況下進行，結果見圖5。

圖5 油酸鈉不同用量下淀粉用量對 赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響Fig.5 Effect of starch dosage on filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由圖5可知：赤鐵礦精礦濾餅的比阻隨著淀粉添加量的增大先減小后增大，油酸鈉用量越大，這種變化趨勢越明顯，這可能是由于少量的淀粉能促進顆粒間的絮團，使得濾餅結構中平均粒徑增大，孔隙率增加，從而促進過濾；然而淀粉在礦漿中帶負電，過量的淀粉分子之間會相互排斥，淀粉分子將難以舒展，加之油酸鈉為陰離子捕收劑，這樣淀粉分子將很難吸附在赤鐵礦表面，導致橋架作用減弱，濾餅比阻升高。

4 結 論

(1)油酸鈉用量對細粒赤鐵礦精礦的過濾有顯著影響，隨著油酸鈉用量的增加，赤鐵礦精礦濾餅比阻增大。

(2)礦漿pH對赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響較大，強酸性條件能減弱甚至消除油酸鈉對赤鐵礦精礦過濾的阻礙作用，近中性條件下赤鐵礦精礦濾餅比阻變化不大，強堿性條件下赤鐵礦精礦的過濾效果變差。

(3)礦漿溫度對赤鐵礦精礦濾餅比阻的影響較小，隨著溫度的升高濾餅比阻減小。

(4)添加少量的淀粉可促進赤鐵礦精礦的過濾，過量的淀粉會增大赤鐵礦精礦濾餅的比阻。

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