仲辛醇在十二胺反浮選磁鐵礦中的效果研究

喬笑笑，樊盼盼，劉 安，任 聰，樊民強

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

我國鐵精礦的品位較低，其硅含量較高(一般為5%～11%)，是造成高爐煉鐵高渣比、高焦比、產量低、效益低的最根本原因[1]。磁選精礦往往需要經過反浮選進一步降低鐵精礦中硅的含量，提高鐵精礦的品位。目前，從鐵礦中分選出石英等雜質以達到提鐵降雜(硅)的反浮選工藝，已成為選礦廠的必備環(huán)節(jié)。為了降低企業(yè)浮選成本和改善環(huán)境問題，提高與國外資源的競爭力，研究開發(fā)新型綠色高效低溫的鐵礦反浮選捕收劑成為必然趨勢。

在鐵礦石反浮選中，陽離子捕收劑起重要作用。近年來，合成與開發(fā)環(huán)保、高效、低成本、耐低溫、高水溶性的陽離子捕收劑已成為熱點。目前，一系列新型陽離子表面活性劑已成功合成并用作石英與鐵礦石分離的捕收劑，如M-302[2]，N-十二烷基-1，3-丙二胺[3]，N-十二烷基乙二胺[4]，N-十二烷基-β-氨基丙酰胺[5]、CS系列[6]及GE系列[7]，但價格偏高。十二胺是浮選石英常采用的效果較好的陽離子捕收劑。因十二胺的凝固點高，水溶性差，工業(yè)上常將其配成十二胺鹽酸鹽或醋酸鹽使用，但存在鹽酸、醋酸存儲困難，藥劑配制不便等問題。有研究表明醇類的加入可以提高石英的回收率，降低十二胺的用量。姜廣大等[8]研究了脂肪醇在十二胺鹽酸鹽浮選石英中的作用，指出在用十二胺鹽酸鹽浮選石英中，烴鏈長度適宜的脂肪醇(C8～C12)能提高石英回收率，降低十二胺鹽酸鹽用量，其中十二醇效果最好。劉臻等[9]對醇胺藥劑與石英界面作用進行了分子動力學模擬，結果表明，十二胺可以通過靜電力作用吸附在石英表面，而十二醇則無法吸附。十二醇在石英浮選過程中更多的是作為起泡劑而非捕收劑使用。劉安[10]將十二胺與煤油復配，用甲基異丁基甲醇作為起泡劑，得出該混溶捕收劑具有顯著的協(xié)同作用，與相同用量純十二胺相比，石英回收率大幅增加。

仲辛醇是選煤常用的起泡劑，具有熔點低、泡沫脆等特點。本研究將十二胺與仲辛醇復配，在不同的溫度、仲辛醇用量下，就十二胺鹽酸鹽，十二胺鹽酸鹽+仲辛醇和十二胺-仲辛醇對石英和磁鐵礦的浮選效果進行對比，研究仲辛醇的促進作用及十二胺-仲辛醇復配的可行性。

1 試驗原料及方法

1.1 石英

試驗所用石英(硅微粉)取自安徽鳳陽，原礦石經粗破后水洗精磨得到水洗砂，水洗砂烘干后得到低鐵水洗烘干砂，再經球磨、篩分得到試驗所需石英。石英純礦物的化學多元素分析及XRD分析結果分別見表1和圖1。

表1 石英化學多元素分析結果

圖1 石英純礦物的XRD圖譜

由表1和圖1可知，石英礦物純度很高，SiO2的含量為99.39%，含有少量雜質。

1.2 磁鐵礦

試驗所用礦樣取自太原古交，磁選精礦過0.074 mm篩子后篩下產品為試驗所需礦樣。礦樣化學多元素分析及XRD分析結果分別見表2和圖2。

表2 礦樣化學多元素分析結果

圖2 礦樣的XRD圖譜

由表2和圖2可知，礦樣的主要礦質元素為鐵和硅，還含有少量鋁、鎂、鈣、硫及磷元素；礦樣的有用礦物為主要磁鐵礦、赤鐵礦，脈石礦物主要為石英，全鐵品位為64.46%。

1.3 試驗藥劑

試驗中的捕收劑為十二胺，起泡劑為仲辛醇，其中DDA-HCl由十二胺與鹽酸混合配制而成(摩爾比為1∶1)?；烊懿妒談槭?仲辛醇，由十二胺和仲辛醇按一定的比例直接配制，混溶藥劑穩(wěn)定、透明。

1.4 試驗方法

使用XFDⅢ-1.5L型單槽浮選機，主軸轉速為1 800 r/min。石英浮選的礦漿濃度為200 g/L；磁鐵礦浮選的礦漿濃度為300 g/L，調漿2 min后加入捕收劑，攪拌2 min后加入起泡劑，10 s后開始刮泡，刮泡時間5 min；不加起泡劑時，加捕收劑攪拌2 min后直接刮泡。浮選過程中收集泡沫，并將其和槽內產品分別過濾、烘干、稱量，計算回收率。浮選試驗流程如圖3所示。

1.5 選礦效率的計算方法

選礦效率的計算采用的是R.T.漢考克于1918年提出的分選效率公式，見式(1)和式(2)。

(1)

(2)

式中：M、Q分別為磁鐵礦和石英；η為分選效率；α、β、θ為代表原礦、鐵精礦及泡沫產品中TFe/SiO2的含量；βm為磁鐵礦純礦物中鐵元素的含量，βm值為72.4%。

2 結果與討論

2.1 石英單礦物浮選條件試驗

2.1.1 礦漿溫度試驗

將十二胺與仲辛醇按不同比例混合，各混合物的凝固點見表3。

圖3 浮選試驗流程

表3 藥劑的凝固點

藥劑凝固點/℃十二胺28.3仲辛醇-38十二胺-仲辛醇(5∶1)20十二胺-仲辛醇(2.5∶1)18十二胺-仲辛醇(1.33∶1)10

由表3可知，隨著仲辛醇比例的增加，十二胺與仲辛醇混合物的凝固點明顯降低。

在十二胺用量為40 g/t、仲辛醇用量為30 g/t，礦漿溫度分別為5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃條件下進行試驗，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著礦漿溫度的升高，石英的回收率均有所提高，在相同十二胺用量下，十二胺鹽酸鹽+仲辛醇和十二胺-仲辛醇作用下的石英的回收率明顯優(yōu)于十二胺鹽酸鹽，即仲辛醇的加入明顯提高了石英的回收率。溫度在5～15 ℃時，石英回收率十二胺鹽酸鹽+仲辛醇>十二胺-仲辛醇；15～25 ℃時，二者相差不大。

計算在不同溫度3種藥劑作用下石英回收率的均值、標準差和異變系數(shù)，結果見表4。

圖4 礦漿溫度對不同藥劑浮選石英行為的影響

表4 不同藥劑作用下石英回收率的變異系數(shù)

藥劑平均值x標準差S變異系數(shù)CV/%十二胺鹽酸鹽65.885.928.99十二胺鹽酸鹽 +仲辛醇89.201.902.12十二胺-仲辛醇86.186.667.72

由表3可知，礦漿溫度對不同藥劑浮選石英均有一定影響，變異系數(shù)十二胺鹽酸鹽>十二胺-仲辛醇>十二胺鹽酸鹽+仲辛醇，即十二胺-仲辛醇對溫度的適應性好于十二胺鹽酸鹽略遜于十二胺鹽酸鹽+仲辛醇。故仲辛醇在十二胺浮選石英過程中可以降低溫度對石英回收率的影響，提高藥劑對溫度的適應性。

2.1.2 仲辛醇用量試驗

在礦漿溫度20 ℃，十二胺用量分別為20 g/t、40 g/t、60 g/t、80 g/t、100 g/t，十二胺(鹽酸鹽)∶仲辛醇=10∶1、5∶1、2.5∶1、1.33∶1條件下進行試驗，并與單十二胺鹽酸鹽作對比，考察仲辛醇用量對十二胺鹽酸鹽浮選石英效果的影響，結果如圖5所示。

圖5 仲辛醇用量試驗結果

由圖5可知，在十二胺用量相同時，隨著仲辛醇用量的增加，石英的回收率逐漸增大，且十二胺用量低時，隨著仲辛醇用量的增加石英的回收率提高較為明顯；十二胺用量大時，石英的回收率隨仲辛醇用量的變化相差不大，可能是石英的回收率已達到極限值。

在十二胺∶仲辛醇=1.33∶1，十二胺用量40 g/t(總用量70 g/t)時，石英回收率與十二胺∶仲辛醇=5∶1，十二胺用量為60 g/t(總用量為72 g/t)基本一致，相當于用18 g/t仲辛醇替代了20 g/t十二胺；在十二胺∶仲辛醇=1.33∶1，十二胺用量為60 g/t(總用量為105 g/t)時，石英回收率與十二胺(鹽酸鹽形式)100 g/t基本一致，相當于用45 g/t的仲辛醇替代了40 g/t十二胺。在相同石英回收率下，仲辛醇的加入節(jié)省了十二胺的用量。按照目前市場價格(慧聰網)，十二胺1.9萬元/t左右，仲辛醇0.6萬元/t左右，上述兩種條件，浮選每噸鐵礦分別可節(jié)省藥劑成本20×19 000/106-18×6 000/106=0.272元、40×19 000/106-45×6 000/106=0.49元。因仲辛醇的成本較十二胺低，故仲辛醇的引入可降低藥劑成本。

2.1.3 仲辛醇添加方式試驗

在礦漿溫度為20 ℃，十二胺∶仲辛醇=5∶1、2.5∶1、1.33∶1條件下進行試驗，考察仲辛醇添加方式對十二胺浮選石英效果的影響，結果如圖6所示。

圖6 仲辛醇添加方式對石英浮選效果的影響

由圖6可知，在十二胺與仲辛醇比例相同時，在十二胺與仲辛醇比例為1.33∶1和2.5∶1條件下，十二胺鹽酸鹽+仲辛醇與十二胺-仲辛醇作用下石英的回收率基本一致。在十二胺與仲辛醇比為5∶1時，由于藥劑凝固點問題，十二胺-仲辛醇在礦漿中的分散性變差，其作用下石英的回收率比十二胺鹽酸鹽+仲辛醇稍低點。

2.2 磁鐵礦浮選條件試驗

在礦漿溫度為20 ℃，十二胺用量分別為60 g/t、90 g/t、120 g/t、150 g/t條件下，分別用藥劑十二胺鹽酸鹽、十二胺鹽酸鹽+仲辛醇和十二胺-仲辛醇對磁鐵礦進行浮選試驗，其中藥劑十二胺鹽酸鹽+仲辛醇和十二胺-仲辛醇中十二胺與仲辛醇的比例均為4∶3，試驗結果如圖7所示。

由圖7可知，隨著十二胺用量的增加，精礦中TFe的含量逐漸提高，SiO2的含量逐漸降低，隨著TFe的回收率的下降，鐵精礦品質提高。在十二胺用量相同時，十二胺鹽酸鹽的捕收能力最弱。在十二胺用量為150 g/t時，十二胺鹽酸鹽+仲辛醇作用下精礦TFe的回收率為76.62%，品位為67.50%，SiO2品位為4.06%，尾礦SiO2的回收率為63.36%，TFe的選礦效率為31.81%，SiO2的選礦效率為39.68%。十二胺-仲辛醇作用下精礦中TFe的回收率為77.41%，品位為67.84%，SiO2品位為3.79%，尾礦SiO2的回收率為64.19%，TFe的選礦效率為33.87%，SiO2的選礦效率為41.19%。十二胺-仲辛醇與十二胺鹽酸鹽+仲辛醇在相同藥劑用量下得到的鐵礦回收率相近，但前者作用下精礦的TFe品位較高，SiO2含量較低，鐵精礦品質高，選礦效率高出約2個百分點。十二胺-仲辛醇的捕收性能與十二胺鹽酸鹽+仲辛醇相近，但選擇性能較好。

十二胺鹽酸鹽在具有捕收性的同時，還具有起泡性，產生的泡沫發(fā)黏，使藥劑的選擇性變差，浮選過程中可能夾帶微細粒鐵礦上浮，使精礦中鐵的回收率下降；磁鐵礦的零電點在pH值為6左右[12]，石英的零電點在pH值為3左右[13]。在試驗pH值(pH=7.8)下，二者表面均荷負電。由于靜電作用力，石英和鐵礦對RNH3+存在競爭吸附，部分胺根離子吸附在鐵礦上，使得吸附到石英表面的藥劑量減少，導致鐵精礦中SiO2的含量偏高，鐵品位降低。十二胺-仲辛醇復配增強了十二胺的可溶性，提高了十二胺與仲辛醇在礦漿中的分散性，十二胺直接添加作為捕收劑，十二胺在鐵礦上的吸附量減少，且仲辛醇作為起泡劑，泡沫黏度低，流動性好，雙重作用使得反浮選指標提高。

由于十二胺的凝固點為28.3 ℃，其在常溫下為白色或近似白色的膏體，不能直接使用。由十二胺鹽酸鹽+仲辛醇和十二胺-仲辛醇的試驗結果可見，鹽酸在十二胺鹽酸鹽浮選石英和鐵礦中作用均不大，只是起到了一個溶劑的作用，與之相比，十二胺-仲辛醇不需要酸化，配制簡單、環(huán)保，使用方便，且凝固點較低。仲辛醇作為溶劑的同時還具有起泡作用，并可以節(jié)省十二胺的用量，滿足常溫浮選，故十二胺-仲辛醇具有一定的工業(yè)應用價值。

圖7 不同藥劑對磁鐵礦的浮選效果的影響

3 結 論

1) 在十二胺浮選石英過程中，添加仲辛醇可以提高石英的回收率，降低溫度對浮選效果的影響。十二胺-仲辛醇對溫度的適應性好于十二胺鹽酸鹽，而略遜于十二胺鹽酸鹽+仲辛醇。在20 ℃時，無論對石英還是磁鐵礦，十二胺-仲辛醇與十二胺鹽酸鹽+仲辛醇的捕收性能相近，十二胺-仲辛醇對磁鐵礦反浮選的選擇性略高。

2) 與十二胺鹽酸鹽單獨作為捕收劑相比，在相同的石英回收率下，十二胺-仲辛醇節(jié)省了十二胺用量，考慮到仲辛醇的藥劑成本遠低于十二胺，十二胺-仲辛醇更加經濟劃算。

3) 十二胺-仲辛醇不需要酸化，配制過程環(huán)保、簡單，使用方便，且凝固點低，具有工業(yè)應用的潛力。