中低品位胶磷矿新型捕收剂的浮选性能

罗惠华，汤家焰，李成秀，陈炳炎，张泽强，池汝安

（1.武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北 武汉 430074；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041；3.武汉工程大学化工与制药学院，湖北 武汉 430074）

0 引 言

目前，中低品位难选胶磷矿的选矿方法以浮选方法为主，高效能的浮选药剂是实现“贫、细、杂”矿物选择性分选的关键因素.低毒、低成本的浮选药剂已成为未来浮选药剂发展的一个重要方向.目前磷矿浮选捕收剂研制的趋势是多官能团化、官能团中心多样化、聚氧乙烯基化、异极性即两性化、弱解离或非离子化以及混合协同化［1］.磷矿浮选常采用动植物脂肪酸（皂）类捕收剂，但该类型捕收剂存在熔点高，在矿浆中溶解度小、分散性差等缺点.因此在工业生产过程中往往进行加温浮选［2］，以提高脂肪酸类捕收剂在矿浆中的分散，从而利于矿物表面与药剂接触.浮选加温必然增加选矿厂的能耗，同时降低了捕收剂的选择性［3］.所以，如何实现磷矿常温浮选一直是选矿界感兴趣的研究课题.实现磷矿常温浮选途径很多，其中最主要的方式是对脂肪酸类捕收剂进行改性，药剂的改性工作主要分合成和复配两种.笔者通过脂肪酸原料的选取，气相色谱分析以及酰胺化和复配技术［4］，研制出常温下溶解性好、分散性好，捕收性、选择性强的高效浮选药剂，用于中低品位胶磷矿的浮选，获得了较好的选矿效果.

1 试验的矿样与仪器设备

1.1 试验的矿样性质

试验样品来自瓮福白岩矿区，属于沉积型硅钙质磷块岩.其中主要矿物为磷灰石、白云石、石英（玉髓）、水云母、少量硫化物，方解石、褐铁矿、炭质等碎屑矿物.根据X射线荧光光谱，矿样的主要元素分析见表1.

表1 试验矿样元素分析表Table 1 Element analysis of test sample

1.2 试验设备及仪器

磨矿机：XMB－67型200×240棒磨机

分样机：XSHF－2－3湿式分样机

浮选机：XFD3－63型单槽浮选机

过滤机：XTL2Φ260／Ф200多用水环式真空过滤机

烘箱：101－4A型电热鼓风干燥箱

2 浮选药剂的合成与复配

通过脂肪酸原料的选取，气相色谱分析以及不同碘值脂肪酸皂化后的浮选性能研究［4］，根据浮选效果的比较，筛选出高碘值（碘值为135）的棉油脂肪酸为高效浮选药剂的主要原料，其组成见表2.

表2 碘值135棉油脂肪酸组分Table 2 Composition of the iodine value 135cotton oil fatty acid

在此脂肪酸中油酸、亚油酸含量较高，其碘值高，在碳链结构中双键、三键不饱和键数目多，作为捕收剂其选择性、分散性比其他脂肪酸要好［4］，但是如果直接皂化后作为捕收剂使用，仍然存在选择性差、分散性差等问题.必须进一步对其改性，在其结构上引入其他极性基团，以提高其选择性，同时添加表面活性剂作为增效剂进一步提高其浮选性能.在脂肪酸分子中引入酰胺基团，即将脂肪酸酰胺化，酰胺键的存在，使脂肪酸在较广的pH范围内具有良好的化学稳定性、分散性、以及增溶、增稠、润滑作用［5－6］，同时将酰胺化后的药剂复配一种聚氧乙烯醚类的表面活性剂，聚氧乙烯基团具有一定的亲水性，且亲水极性基团带有一定的负电荷，从而具备配伍性和分散性，从而使脂肪酸类阴离子型捕收剂在水中的分散性提高，更容易与矿物表面发生作用［7］.同时聚氧乙烯基团含有的醚基能与水形成氢键，不但能增加捕收剂在水中的溶解性还能提高其对矿物的选择性.

3 试验结果与分析

3.1 浮选条件试验

胶磷矿正浮选是在碱性矿浆介质中，在各种药剂的综合作用下，通过抑制脉石矿物、浮选磷酸盐矿物，从而达到矿物分离的过程.矿物的单体解离是实现目的矿物和脉石矿物有效分离的基本条件，如果磨矿细度较粗，将导致矿石解离不够充分，而无法进行有效分选；磨矿细度过细，则导致泥化程度严重，增加了分选的难度.药剂也是影响浮选效果好坏的关键因素.以一种阴离子型脂肪酸（皂）类为捕收剂其用量为2.0kg／t，采用一次一因素的试验方法研究了磨矿细度，碳酸钠、水玻璃对浮选的影响，试验的流程图如图1所示，最终确定磨矿细度－0.074mm 79.83%、碳酸钠用量为5.0kg／t、水玻璃用量为2.0kg／t的药剂制度.

图1 浮选试验原则流程图Fig.1 The flow chart of flotation test

3.2 合成药剂浮选性能试验

以碘值135的棉油脂肪酸作为原料［4］，控制反应温度和时间，合成酰胺化脂肪酸（皂）捕收剂，命名为 H－02.在磨矿细度－0.074mm 79.83%，浮选温度为20℃，浮选所用的药剂为碳酸钠、水玻璃，其用量分别为 5.0kg／t、2.0kg／t、充气量120L／h的条件下，分别研究碘值135的棉油脂肪酸与合成捕收剂H－02的浮选性能，试验流程如图1，试验结果如图2.

图2 浮选药剂用量试验结果Fig.2 The test results of reagent dosage of flotation

从试验结果来看，合成药剂的浮选回收率明显高于未酰胺化的脂肪酸（皂）捕收剂的回收率，随着H－02捕收剂用量的增加，回收率随之增加，当合成药剂的用量为1.8kg／t时回收率仅为82.92%，只有用量增加到2.4kg／t时，回收率才达到93.21%，而且尾矿品位最低也有14.76%，损失率较高.所以为了进一步提高回收率，降低尾矿品位，在合成的浮选药剂中复配一定量聚氧乙烯醚类OP－10表面活性剂，进一步改善捕收剂的浮选性能.

3.3 复配药剂浮选性能试验

在磨矿细度为－0.074mm 79.83%的条件下，碳酸钠，水玻璃用量分别为5.0kg／t，2.0kg／t，低充气量60L／h，研究了表面活性剂OP－10对合成药剂浮选性能的影响，由于表面活性剂OP－10具有较强的表面活性，因此采用较低的充气量，充气量为60L／h.复配后捕收剂用量为2.0kg／t.试验结果如图3.通过上述试验，可以看出随着复配比例提高，回收率提高，在比例为100∶15（质量比，下同）时，回收率可以达到94.04%，尾矿品位为10.83%.因此选择复配比为100∶15，命名为EM－03.研究了EM－03用量对浮选指标的影响，试验药剂制度及试验流程见图1，试验结果见图4.

图3 OP－10与H－02不同复配比试验结果Fig.3 The test results of OP－10and H－02different compound ratio

图4 捕收剂试验用量结果Fig.4 The test results of collector dosage

试验结果可知：随着EM－03用量的增加，精矿回收率呈上升的趋势，高用量的捕收剂使精矿品位降低，在捕收剂用量为1.5kg／t时，正浮选的尾矿品位小于10%，且选矿效率最高，EM－03用量为1.5kg／t，回收率达到95%以上.

3.4 捕收剂EM－03正反浮选流程试验

通过一次一因素的开路流程试验，确定正浮选采用一次粗选工艺流程，捕收剂EM－03为分段加药，第一次添加1.0kg／t，第二次添加0.5kg／t，浮选温度为20℃，反浮选为一次粗选一次扫选，粗选硫酸用量为7.0kg／t，抑制剂ST－4为0.5kg／t，不添加捕收剂，扫选硫酸用量为1.0kg／t，进行闭路试验，试验流程图如图5，试验的结果见图6.

在磨矿细度为－0.074mm 79.83%，采用正反浮选工艺，正浮选一粗联合反浮选一粗一扫中矿顺序返回，正浮选碳酸钠用量为5.0kg／t，水玻璃用量为2.0kg／t，EM－03用量为1.5kg／t，反浮选粗选添加硫酸7.0kg／t，抑制剂ST－4 用量0.5kg／t，扫选硫酸用量为1.0kg／t.可以得到含P2O530.12%精矿，产率为71.20%，P2O5回收率为92.90%.

图5 浮选闭路试验流程图Fig.5 The flow chart of closed－circuit flotation

图6 数质量流程图Fig.6 Quantity－quality flow－sheet

4 结 语

a.碘值135的脂肪酸中油酸、亚油酸含量较高，其碘值高，在碳链结构中双键、三键数目多，导致其在磷矿浮选过程中的选择性、分散性较好.

b.碘值135的脂肪酸经过酰胺化和复配15%的表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚时，提高脂肪酸对磷酸盐矿物的浮选性能，在常温下，保证较好选矿指标的同时，降低了捕收剂的用量.

c.在磨矿细度为－0.074mm 79.83%，采用正反浮选工艺，正浮选一粗联合反浮选一粗一扫中矿顺序返回，正浮选碳酸钠用量为5.0kg／t，水玻璃用量为2.0kg／t，EM－03用量为1.5kg／t，反浮选粗选添加硫酸7.0kg／t，抑制剂 ST－4用量0.5kg／t，扫选硫酸用量为1.0kg／t.可以得到含P2O530.12%精矿，产率为71.20%，P2O5回收率为92.90%.

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