用油酸钠浮选贵州某针铁矿的试验研究

张 谊，邓朝勇，徐本军，3，杨茂麟，3

（1.贵州正业工程技术投资有限公司，贵州 贵阳 550005；2.贵州大学 材料科学与冶金工程学院，贵州 贵阳 550003；3.首钢水城钢铁集团技术中心，贵州 六盘水 553028）

全球铁矿资源十分丰富，然而分布却极其不均［1－4］。我国铁矿资源贫矿多、富矿少、分布广、利用难［5－7］。随着钢铁工业的快速发展，国内矿石明显不足，需要大量进口［8］。而国际铁矿石价格不断上涨，造成国内钢铁企业经济效益不同程度受到影响。

国内铁矿石品位较低，“提铁降硅”多采用阴离子反浮选脱硅法。此法的优点是浮选过程稳定，易控制［9］。试验研究了用常用的阴离子捕收剂油酸钠浮选贵州某铁矿石。

1 试验部分

1.1 试验矿样

矿样由贵州某铁矿矿业公司提供，成分见表1。矿石中铁主要以针铁矿形式存在，硅以二氧化硅形式存在。矿石经球磨细化，过200目筛，通过率分别为65%、75%、85%、95%。

表1 矿样组分 %

1.2 试剂及设备

试验所用试剂：分析纯淀粉，贵州习水淀粉厂；分析纯氧化钙，安徽华隆钙业公司；分析纯油酸钠，安徽油脂科技公司。

试验设备：球磨机，JR137～8，常州科冶矿山机械制造厂；单槽浮选机，RK／FD0.75L，武汉洛克仪器和设备公司；X衍射分析仪，DX－2800，丹东浩元仪器有限公司。

1.3 浮选工艺流程

用油酸钠浮选铁矿石的工艺流程如图1所示。

图1 用油酸钠浮选铁矿石工艺流程

2 试验结果与讨论

2.1 试剂用量对浮选的影响

2.1.1 油酸钠用量对浮选的影响

用淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；用CaO作活化剂，用量为100g／t；用20%的油酸钠作捕收剂，考察其用量对浮选的影响。试验结果如图2所示。

图2 油酸钠用量对浮选精矿铁品位及回收率的影响

由图2看出：油酸钠用量在100～300g／t范围内，随其用量增加，矿石品位迅速升高，回收率逐渐降低；当油酸钠用量超过300g／t后，矿石品位迅速下降，而回收率则在400g／t后迅速上升。这主要是因为捕收剂油酸钠用量过高，其分散性降低，易聚集成团状，选择性明显降低；同时，油酸钠在捕获脉石上浮的过程中也夹带部分铁矿物上浮，矿物为连生体时，这种情况尤为明显。综合考虑，确定油酸钠用量为300g／t，此时∑Fe品位为61.37%，回收率为79.38%。

2.1.2 淀粉用量对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。试验结果如图3所示。

图3 淀粉用量对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图3看出：淀粉用量在1.2～1.8kg／t范围内，随淀粉用量增加，∑Fe品位和回收率都迅速增大，说明淀粉用量在这个范围内对铁矿石具有很好的抑制作用，铁、硅分离效果较好；当淀粉用量超过1.8kg／t时，∑Fe品位开始下降，回收率则保持上升趋势，表明淀粉用量超过1.8kg／t时开始出现过度抑制现象。综合考虑，确定淀粉最佳用量为1.8kg／t。

2.1.3CaO用量对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂；其他条件不变。试验结果如图4所示。

图4 CaO用量对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图4看出：当CaO用量在60～100g／t之间时，随CaO用量增加，∑Fe品位和回收率都迅速增大，说明活化剂CaO用量在这个范围内对铁矿石具有很好的活化作用；当CaO用量超过100 g／t后，∑Fe品位开始下降，而回收率仍呈上升趋势，这可能是因为Ca2＋浓度过高，导致消耗了过多的油酸钠引起的。所以，CaO最佳用量以100 g／t为宜。

2.2 其他因素的影响

2.2.1 矿石粒度对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。矿石粒度对浮选的影响试验结果如图5所示。

图5 矿石粒度对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图5看出：矿石粒度为－200目占55%～85%范围内，∑Fe品位升高，回收率下降；粒度－200目占85%或更细后，∑Fe品位下降，回收率下降速度更快。这主要是因为粒度较大时，铁矿石和二氧化硅不能很好地分离开来，二者紧密结合，难以分选。综合考虑，确定磨矿粒度以－200目占85%为最佳，此时∑Fe品位为60.14%，回收率为77.66%。

2.2.2 液固体积质量比对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8g／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。液固体积质量比对浮选的影响试验结果如图6所示。

图6 液固体积质量比对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图6看出：∑Fe品位在液固体积质量比3∶1时最高，回收率则随液固体积质量比的增大而逐渐升高。矿浆浓度过大，铁矿物和硅矿物无法充分分散；而矿浆浓度过小，捕收剂与硅矿物相互接触的机会减少，捕收效率降低。综合考虑，确定液固体积质量比为3∶1，即矿浆浓度为25%，此时∑Fe品位为60.23%，回收率为77.79%。

2.2.3 矿浆pH对浮选的影响

质量分数20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO 作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。矿浆pH对浮选的影响试验结果如图7所示。

图7 矿浆pH对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图7看出，∑Fe品位随矿浆pH增大而变化：pH为9时，∑Fe品位最大；pH超过9后，∑Fe品位开始下降。试验确定pH等于9，此条件下对浮选最有利，此时，∑Fe品位为60.32%，回收率为79.12%。

2.2.4 浮选时间对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。浮选时间对浮选的影响试验结果如图8所示。

图8 浮选时间对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图8看出：随浮选的进行，∑Fe品位迅速升高；超过15min后，∑Fe品位变化不大。回收率在整个浮选过程中都是下降的，在浮选25min时仅仅为70.26%。综合考虑，确定浮选时间以15min为最佳，此时，∑Fe品位为60.45%，回收率为80.87%。

2.2.5 搅拌速度对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。搅拌速度对浮选的影响试验结果如图9所示。

图9 搅拌速率对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图9看出，∑Fe品位随搅拌速率增大而增大，搅拌速率在1 800时，∑Fe的品位达到最大，之后迅速降低。这是因为，适宜的搅拌速率可以比较好地将铁矿物和二氧化硅分离开来，使捕收剂更好地捕获二氧化硅；搅拌速率过快时，捕收剂与二氧化硅表面所形成的静电力被破坏，使原本因为静电吸附在一起的捕收剂与二氧化硅开始分离，从而导致∑Fe品位迅速降低。回收率则随搅拌速度升高而持续降低，这是由于搅拌过程中，一部分铁矿物被搅拌到浮选槽的表面上来而被夹带出去所致。综合考虑，确定最佳搅拌速率为1 800r／min，此时∑Fe品位为60.47%，回收率为78.93%。

2.2.6 吹气流量对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。吹气流量对浮选的影响如图10所示。

图10 吹气流量对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图10看出：随吹气流量增大，∑Fe品位变化较大；吹起流量为0.3L／s时，∑Fe品位最大；回收率则逐渐下降。出现这种情况的原因可能有两种。一种是在吹气流量较小，即低于0.3L／s时，吹气流量的增大有利于铁矿物与二氧化硅的充分分离；当吹气流量过大，即高于0.3L／s时，捕收剂与二氧化硅表面所形成的静电力被破坏，使原本因为静电吸附在一起的捕收剂与二氧化硅发生分离，导致∑Fe品位迅速降低。另一种解释是，吹气流量与产生的气泡的大小及均匀性密切相关：气流量较小时，气泡的大小适中且均匀，有利于浮选；而当气流量过大时，所产生的气泡大小不均匀，导致浮选性能下降，浮选效率降低。回收率的逐渐降低则主要是因为随吹气流量增大，浮选槽内紊流剧烈，部分铁矿石被吹到浮选槽的表面而被夹带出去所致。综合考虑，确定浮选时的吹气流量以0.3L／s为最佳，此时的∑Fe品位为60.92%，回收率为79.48%。

2.2.7 温度对浮选的影响

以20%的油酸钠作捕收剂，用量为300g／t；淀粉作抑制剂，用量为1.8kg／t；CaO作活化剂，用量为100g／t；其他条件不变。温度对浮选的影响试验结果如图11所示。

图11 温度对浮选精矿铁品位及回收率的影响

从图11看出，随温度升高，∑Fe品位升高，回收率降低。这是因为，低温时，捕收剂油酸钠几乎与矿物不发生作用；随温度升高，捕收剂的捕收性能逐渐升高，捕收效果更好。综合考虑，温度以25～30℃为宜。

2.2.8 正交试验

考虑到影响铁矿石浮选的因素复杂多样，并且一些主要影响因素之间也可能产生交互作用，针对矿样粒度、液固体积质量比、pH、油酸钠用量和淀粉用量等5因素进行正交试验。正交试验采用5因素4水平设计方案，试验结果见表2。

由表2可知：pH为最显著影响因素，油酸钠用量和矿石粒度的影响次之，淀粉用量和液固体积质量比为不显著影响因素。正交试验确定的最优方案为A3B2C3D3E2，即矿石粒度为－200目占85%，液固体积质量比为2∶1，pH＝9，油酸钠用量为300g／t，淀粉用量为1.4kg／t。

根据正交试验确定的最佳条件进行浮选试验，搅拌速度为1 800r／min，吹气流量为0.3L／s，浮选时间15min，最终得到∑Fe品位为62.42%，回收率为79.61%，效果较好。

表2 正交试验结果

3 矿物表面的荷电机制

矿物表面双电层的形成是矿物能够通过浮选分离的前提。矿物表面电性产生的根本原因是其表面酸基的形成及溶解，这种行为导致矿物表面与溶液形成电位差［10］。矿物表面荷电的正负及相对大小可以通过Zeta电位加以表征。同时，通过Zeta电位也可以直观地判断2种或多种矿物之间能否通过浮选方法进行有效分离。当然，也可以通过添加一些药剂，即捕收剂、调整剂、抑制剂等，改变矿物表面的物理、化学性质，如亲水性、疏水性等，增加矿物之间的可浮性差异，最终实现矿物的分离。石英在水中的荷电机制［11］为：石英晶体破裂后，硅氧键断裂；在水溶液中吸附定位离子生成羟基表面；在不同介质pH条件下，产生解离或吸附，形成不同的表面电性。

硅酸盐表面荷电机制可表示为［12］

针铁矿（FeO（OH））表面荷电机制可表示为

通常，硅酸盐的零电点低于铁矿物的零电点，H＋和OH－是硅酸盐及铁矿物表面的定位离子，所以浮选槽内溶液的pH对矿物表面的电性影响很大。

4 结论

1）通过对影响针铁矿浮选的各因素进行考察，并选取对浮选影响较大的矿样粒度、液固体积质量比、pH、油酸钠用量和淀粉用量等因素进行正交试验，确定最佳浮选条件为：温度30℃，矿石粒度－200目占85%，液固体积质量比2∶1，pH＝9，油酸钠用量200g／t，淀粉用量1.4kg／t，搅拌速度1 800r／min，吹气流量0.3L／s，浮选时间15min。最佳条件下，∑Fe品位为62.42%，回收率为79.61%。

2）用油酸钠浮选铁矿石，pH的影响最为显著，所以，生产过程中，在补加水时需要补加适量碱液，或者直接补加调整好的碱液。

3）浮选过程中，油酸钠发泡量大，消泡难，泡沫黏度大，难抽滤，容易堵塞抽滤漏斗。这些问题需要进一步研究解决。

［1］王凯金.新型铁矿捕收剂的合成及其应用研究［D］.武汉：武汉理工大学，2007.

［2］松权衡，刘忠，杨复顶，等.国内外铁矿资源简介［J］.吉林地质，2008，27（3）：5－8.

［3］杨斌.菱铁矿与赤铁矿分选工艺及机理研究［D］.长沙：中南大学，2010.

［4］陈亮亮，刘养浩.世界铁矿资源分布对我国钢铁工业发展的影响［J］.经济研究导报，2010，79（5）：35－37.

［5］蔡立军.中国铁矿资源与钢铁工业可持续发展——访原天津地质研究院院长、中国金属学会常务理事、教授级高工侯宗林［J］.天津冶金，2005，131（6）：13－15.

［6］平海波，张欢.我国铁矿资源禀赋特征与地质勘查基本思路［J］.冶金管理，2008（1）：44－46.

［7］孙富来.中国铁矿资源［J］.矿产资源利用，1995（7）：4－6.

［8］陈井伟.中国铁矿资源消费及附加环境压力研究［J］.中国矿业，2007，16（9）：18－20.

［9］王海燕，孙敬锋，樊丽丽，等.难选赤铁矿浮选试验研究［J］.湿法冶金，2012，31（2）：92－94.

［10］Shibata J，Fuerstenau D W.Flocculation and flotation characteristics of fine hematite with sodium oleate［J］.International Journal of Mineral Processing，2003，72（1／4）：25－32.

［11］Deshpande R J，Natarajan K A，Kittur S G.Reverse Flotation of Silica from Kudremukh Iron Ore Part［M］.Bhubaneswar：Indian Institute of Metals，1997：397－398.

［12］Manser R M.Handbook of Silicate Flotation［M］.国外金属矿选矿，1979（7）：20－37.