阳离子捕收剂浮选透辉石的试验研究

金子桥，孙启亮

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

试验研究

阳离子捕收剂浮选透辉石的试验研究

金子桥，孙启亮

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

通过阳离子浮选试验，研究了胺类捕收剂对透辉石的捕收性能。试验结果表明：不同的胺类捕收剂，其适宜的pH值不同；捕收剂结构对于透辉石浮选效果的影响非常显著，N原子上引入烷基较少的多胺浮选效果最好，支链多且长的季铵盐类捕收剂对透辉石的浮选效果最差，伯胺类捕收剂性能位于二者之间。

透辉石；浮选；捕收剂；空间位阻效应

接触交代作用是铁矿石富集的主要方式，这类铁矿在我国分布十分广泛，其储量、产地数量和开采量居全国第二位［1］，矿石中的主要金属矿物为磁铁矿、赤铁矿等，非金属矿物为透辉石、钙铁辉石等。随着冶金行业对优质铁精矿需求量的日益增加，利用反浮选工艺进行提铁降硅的试验研究引起国内外学者的广泛重视，因此对透辉石等硅酸盐矿物的浮选性能进行探索，进而指导接触交代型铁矿石的反浮选，具有重要的意义。本研究对取自山东平度某地的透辉石进行阳离子浮选试验。

1 试验原料与方法

1.1 试验样品及试剂

试验用透辉石取自山东平度某地，矿样采用0.074 mm标准筛进行湿法筛分，筛下物烘干后，用于浮选试验，纯度为98%以上。透辉石［2］为单链硅酸盐矿物，单链由硅氧四面体的两个角顶连接而成，链与链之间通过硅氧四面体剩下的两个活性氧与碱土金属离子（Ca2+、Mg2+）以离子键形式相结合。因此，矿物破碎时，首先是矿物表面链与链之间发生解理，其次是链上Si-O键发生断裂。在水溶液中，由于矿物表面能吸附OH-或表面阳离子与H+形成交换等因素，形成一个依赖于pH值的负电荷表面，易用阳离子捕收剂浮选。

试验用pH调整剂为分析纯的盐酸和氢氧化钠，配成浓度为10%的溶液备用。

试验用捕收剂为分析纯，有伯胺［十二胺（RN1）、十八胺（RN2）］，多胺［N，N-12，14烷基-1，3丙二胺（DN1）、N，N-16，18烷基-1，3丙二胺（DN2）、GE系列（601、609）］及季铵盐［十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）、十二烷基三甲基氯化铵（1231）、十四烷基三甲基氯化铵（1431）、十六烷基三甲基氯化铵（1631）］，分别按质量比配制成1%的水溶液备用。取1.0 g捕收剂与0.5 g盐酸混合，加热至70℃左右，不断搅拌至溶解完全，然后将混合液转移到1 L容量瓶中，待冷却后定容。

2.2 试验方法

浮选试验在XFD－1L型单槽浮选机（武汉探矿机械厂）中进行。具体操作过程为：取100 g透辉石加入到1 L浮选槽中，调浆1 min后加入pH调整剂，搅拌3 min，加入捕收剂再搅拌2 min后浮选，充气量为100 L/h。泡沫产品烘干称重，计算回收率。试验工艺流程如图1所示。

图1 浮选试验工艺流程

2 试验结果及分析

2.1 pH值对透辉石回收率的影响

在水溶液中胺类捕收剂以胺分子和胺离子的形式存在，但两者的浓度不相等，随介质pH值的变化呈现很大的差别。在强碱性范围内，溶液中主要是胺分子，在弱碱性及酸性的广大区域里，胺主要是以胺离子的方式存在。胺类捕收剂与矿物表面的相互作用，在大多数情况下，主要是由胺离子在矿物表面双电层依靠静电引力吸附在荷负电的矿物表面，因此要将矿浆调至有利于形成以RNH3+为主的pH值。

在捕收剂用量为800 g/t的条件下，考察了矿浆pH值对透辉石浮选效果的影响，试验结果如图2～4所示。

图2 伯胺类捕收剂对透辉石回收率的影响

图3 多胺类捕收剂对透辉石回收率的影响

图4 季铵盐类捕收剂对透辉石回收率的影响

图5 伯胺用量对透辉石回收率的影响

图7 季铵盐用量对透辉石回收率的影响

图2～4表明：溶液pH值的变化，对捕收剂的浮选效果影响很灵敏。在整个试验pH值范围内，伯胺类、多胺类捕收剂对透辉石的回收率都是先升高后降低，而季铵盐类捕收剂则呈现多种变化趋势。其中RN1、601、609及1431捕收剂在中性条件下浮选效果最好，DN1、DN2及1231捕收剂在弱酸条件下效果最好，1227及1631捕收剂在强酸条件下效果最好，而RN2在弱碱性条件下效果最好。

此外，从图2～4还可以看出，在捕收剂用量为800 g/t的条件下，在整个pH值范围内，RN1、601、609和1231对透辉石的回收率变化幅度相对较小，且都保持在相对较高的水平，效果好于其它捕收剂；DN1、DN2及1631捕收剂在酸性条件下对透辉石的回收率影响较大，而在中性及碱性条件下基本不影响；RN2及1227两种捕收剂在整个pH值区间内，效果都较差，回收率不足10%。

因此，对不同的胺类捕收剂而言，其适宜的pH值是不同的。捕收剂的极性基团及非极性基团对其捕收性能的影响均不能被忽视，即使结构相似而仅有某种差别的药剂，捕收性能仍有显著差异。

2.2 捕收剂用量对透辉石回收率的影响

根据图2～4的试验结果，在几种捕收剂各自的最佳pH值条件下，考察了捕收剂用量对透辉石回收率的影响，试验结果见图5～7。

图5～7表明，透辉石的回收率随着捕收剂用量的增加而不断增加，在整个药剂用量范围内，RN1、DN1及GE系列捕收剂呈明显增加趋势，对透辉石浮选效果，捕收剂用量增加到1 500 g/t时，浮选回收率达到75%以上，其中RN1、601及609均达到93%以上；RN2、DN2及1227捕收剂增加趋势缓慢，捕收剂用量增加到1 500 g/t时，RN2和1227对透辉石的浮选回收率还不足20%；而其他季铵盐类捕收剂（1231、1431及1631）的变化趋势及浮选效果接近，介于二者之间。

此外，从图5～7还可看出，RN1效果好于RN2，DN1效果好于DN2，1231效果好于1431、1631，可以认为捕收剂烃基过长对浮选透辉石不利。

从图6可以看出，在多胺类捕收剂中，GE系列捕收剂整体效果要好于DN1、DN2，GE系列捕收剂含有-NH-及-NH2-基团，而DN1、DN2捕收剂含有-N-及-NH2-基团，因此DN1、DN2捕收剂N原子上比GE系列捕收剂多含有一个长碳链的烃基，可以认为烃基的引入，增加了捕收剂的空间位阻，捕收剂分子不能更紧密地靠拢，受空间位阻的影响会妨碍极性基与矿物表面的接近，加之烃链间缔合作用的减弱，影响捕收剂的亲固能力，恶化浮选效果。

从图7可以看出，1231效果好于1227，1227捕收剂N原子上比1231中多含有一个苯环，认为苯环的引入恶化了1227对透辉石的浮选效果。

可见，捕收剂结构对于透辉石浮选效果的影响非常明显，N原子上引入烷基较少的多胺浮选效果最好，而季铵盐类捕收剂对透辉石的整体浮选效果都很差，伯胺类捕收剂性能位于二者之间。

3 阳离子捕收剂捕收性能讨论

胺类捕收剂可以看作是氨（NH3）的有机衍生物，即氨分子（NH3）中的氢原于被烷基取代后的生成物。烷基是斥电子基，氨分子中的氢原子被烷基取代后，在取代烃基诱导效应的影响下会使负三价氮原子的电子云密度增大，吸引溶液中质子（H+）的能力增强，所以常以阳离子形式存在；另一方面，取代烃基数及其空间结构对胺类在矿物表面的吸附密度可产生空间位阻影响，所以胺类作为阳离子捕收剂时，以伯胺的捕收作用最强，仲胺以上的捕收能力将有较大程度的减弱［3］。

在DN1、RN1、609及1231四种捕收剂的最佳pH值条件下，捕收剂用量对透辉石回收率的影响的试验结果见图8。

图8 捕收剂用量对透辉石回收率的影响

从图中可以看出，在浓度较低（＜600 g/t）时，RN1对透辉石的浮选效果最差，609、DN1及1231的效果接近，认为取代烃基的诱导效应占主导作用；随着浓度的增加，四种捕收剂对透辉石的浮选回收率发生变化，回收率从大到小依次为：609＞RN1＞DN1＞1231，认为取代烃基的空间位阻效应对胺类捕收剂在矿物表面的吸附产生显著影响，恶化了浮选效果。此外，多胺型捕收剂（GE-609）所含N数多，药剂的阳离子化趋势增强，亲固能力增强，与矿物吸附作用增强，捕收能力增强。

4 结论

4.1 对不同的胺类捕收剂而言，其适宜的pH值是不同的。捕收剂的极性基团及非极性基团对其捕收性能的影响均不能被忽视，即使结构相似而仅有某种差别的药剂，捕收性能仍可能有显著差异。

4.2 捕收剂结构对于透辉石浮选的影响非常明显，N原子上引入烷基较少的多胺浮选效果最好，支链多且长的季铵盐类捕收剂对透辉石的浮选效果最差，伯胺类捕收剂性能位于二者之间。

4.3 取代烃基的诱导效应及空间位阻效应对胺类捕收剂在矿物表面的吸附均可产生影响。浓度较低时，诱导效应占主导作用，随着浓度的增加，空间位阻效应对胺类捕收剂在矿物表面的吸附产生显著影响。

［1］邱俊，吕宪俊，陈平，等.铁矿选矿技术［M］.北京：化学工业出版社，2009：8-11.

［2］孙传尧，印万忠.硅酸盐矿物浮选原理［M］.北京：科学出版社，2001：19-26.

［3］胡熙庚，黄和慰.浮选理论与工艺［M］.长沙：中南工业大学出版社，1991：124-130.

Experimental Study on Cationic Collector in theDiopsideFlotation

JIN Ziqiao,SUN Qiliang

（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

On the basis of experiments of flotation,collecting properties of cationic amine collector were studied in the diopside flotation.The results showed that for the agent of different amine collector,the appropriate pH value is different;The influence of structure of collector was obvious in the diopside flotation;Flotation effect of polyamines with less alkyl in the N atom was best,and that of quaternary ammonium salts with excessive and long branched chain was worst,and that of primary amines was between two kinds.

diopside;flotation;collector;space steric effect

TD923+.13

A

1004-4620（2014）03-0041-03

2013-11-18

金子桥，男，1985年生，2011年毕业于山东科技大学矿物加工工程专业，硕士。现为山东省冶金设计院股份有限公司助理工程师，从事烧结、选矿及资源综合利用研究工作。