浮选药剂概述

胡继文丁 国邢 轶

（1.内蒙古科技大学 内蒙古 包头 014010；2.内蒙古包钢（集团）股份有限公司 内蒙古 包头 014010）

浮选药剂概述

胡继文1,2丁 国1邢 轶2

（1.内蒙古科技大学 内蒙古 包头 014010；2.内蒙古包钢（集团）股份有限公司 内蒙古 包头 014010）

本文简要介绍了白云鄂博铁矿主要成分、分布状况，简单叙述了白云鄂博是内蒙古地区最大的钢铁能源基地，是以铁、稀土、钍、铌等为主的多元素共生矿，及储量分布。概述了铁矿浮选基本流程及铁矿浮选药剂种类。介绍了铁矿浮选药剂的的研究开发状况，对新型铁矿浮选药剂的性能进行了评述并指出铁矿浮选药剂的发展趋势。

铁矿；浮选药剂； 阳离子捕收剂 ；阴离子捕收剂；抑制剂

1.前言

白云鄂博铁矿是以铁、稀土、钍、旎为主的多元素共生矿，按其数量和用途应以铁为主，但按其价值讲稀土则为重要资源，特别是钍、铌矿物因其特殊用途，虽然数量较少，但其重要性却不亚于铁。白云鄂博的稀上资源中有98％是轻稀土。稀土可应用于冶金、电子、化学等领域，在激光以及耐热合金和超导体方面有广泛的应用前景。钍在发展核电方面有着巨大的潜力，白云鄂博矿钍储量221412吨（二氧化钍），占我国钍总储量286335吨的77.3％，仅次于世界第一的印度343000吨。美国国防部和日本防卫厅都把钍、铀等除钷以外的16种稀土元素定为战略元素，法律规定国家要有一定量的储备。

随着科学技术的进步和国民经济的发展，白云鄂博的稀土、钍、铌等资源具有比铁资源更大的开发利用价值。2005年徐光宪、师昌绪等十五位院士联名向国务院建议，应该保护白云鄂博钍和稀土资源，逐步减少开采主矿和东矿而增加开采西矿，并最终封存主矿和东矿。具体来说，2004年主东矿实际开采1000万吨，建议2005年起逐年减少，至2007年底减至500万吨，2009年减至300万吨，2012年起停止开采，把主矿和东矿封存起来，用尾矿坝提供稀土的需要，并恢复植被。

2.铁矿浮选药剂

铁矿石中的主要脉石矿物是石英。浮选是富集细粒嵌布（＜149μm）矿石的常用方法。主要有几种不同的浮选铁矿石的流程：1.用阳离子捕收剂反浮选石英；2.用阴离子捕收剂正浮选铁矿物；3.用阴离子捕收剂反浮选活化后的石英。在1930年～1940年期间，大多数这类研究在美国进行。Hanna Mining和Cyanamid公司联合开发了两种阴离子捕收剂浮选流程。后一种流程20世纪50年代美国矿业局（USBM）在密歇根和明尼苏达开发了阳离子捕收剂反浮选流程，该工艺以后成为美国和其它西方国家十分流行的铁矿浮选方法。阳离子捕收剂反浮选的第一次应用主要依赖于脂肪胺，后来用更有效的醚胺替代。

长期以来阳离子捕收剂反浮选流程成为最广泛应用的方法。用乙酸部分中和的醚胺（R-(OCH2)3-NH2）浮选石英。中和度是一个很重要的参数。较高的中和度可增加捕收剂的溶解度,但会削弱浮选行为。目前供应的大多数醚胺中和度为25％～30％。醚二胺和单醚胺混合应用可改善某些类型的铁矿的浮选行为。在一些选矿厂中，用燃料油部分代替胺[1]。燃料油的乳化在工艺中起着相当重要的作用，考虑到燃料油的价格比胺低，用普通起泡剂部分代替胺的可能性已经被研究，但是还需要做进一步研究。

氧化铁矿的阴离子捕收剂正浮选似乎是对低品位矿石或目前尾矿库中堆存的物料富集有吸引力。用脂肪酸作捕收剂，但脉石矿物的抑制剂一直是个需要攻克的难题[2]。

2.1 脱泥

USBM制定的阳离子捕收剂反浮选铁矿物前需要脱泥作业。矿粒在矿浆中的适当分散度是有效脱泥的必备条件。一种简单而廉价的方法是用大量的NaOH提高pH，使矿粒得到高度分散，这可增大矿粒间的电荷排斥力。简单和可靠的实验室试验提供了分散度与脱泥效果的相关性，这是预测浮选指标方法。Peres等研究了采自巴西CVRD矿山的9个样品的上述相关性。pH值高于8时，全部样品的分散度没有明显的增加。除了两个样品具有天然的高分散度外，含泥量(浮选给矿中定量测定的含泥量) 对铁矿的浮选性均有影响。

Queiroz证明，对铁英岩型铁矿石采用擦洗可增加矿泥产率和浮选精矿产率，降低浮选尾矿和矿泥铁品位，同时降低精矿中的SiO2、Al2O3和P含量，提高Gaudin选择性指数。除了改善浮选工艺性能外，擦洗还可降低捕收剂消耗量。

2.2 阳离子捕收剂

在早期USBM制定的工艺中使用的脂肪伯胺现在不再用于浮选铁矿了[3]。在脂肪伯胺的R基团和NH2极性基之间插入(O-CH2)3极性基团来改进伯胺的性质。由于有具有机醚官能特性的C-O共价键存在，所以，这类药剂属于所谓的醚胺类。亲水基团的存在改善了药剂的溶解性，促进药剂进入固—液和液—气界面上，增强气泡周围液膜的弹性，也影响极性基团的偶极矩，缩短主要介电弛豫时间（偶极重新定向的时间）。这个特性可能与胺的起泡性能有关。起泡剂影响矿粒与气泡之间的粘附动力学，使弛豫时间比接触时间短。在这些条件下，碰撞时间比气泡周围水膜变薄和破裂所需要的时间要长。

Papini等人完成了巴西Iron Quadrangle铁矿的大量小型浮选粗选试验。选择了不同阳离子捕收剂：脂肪一元胺、脂肪二胺、一元醚胺、二元醚胺、缩合物、煤油与胺的混合物。脂肪胺和缩合物浮选得到的精矿硅含量非常高。对于所研究的特定矿石来说，试验表明，一元醚胺的捕收效果优于二元醚胺，与预料不同的是，第二个极性基团增加了它的捕收能力。另一方面,对于同样的矿物，当与煤油联合使用时，二元胺比一元胺更有效。在大型选矿厂中，为了降低精矿中的硅含量，常常混合使用二元胺和一元胺。当需要生产直接还原铁精矿的时候，二元胺的用量比例可以大些。在选矿厂实践中，混合使用醚胺和巴西“柴油”。这种产品类似于广泛应用于美国佛罗里达磷酸盐矿物浮选的ASTM5#燃料油。将油乳化到胺溶液中是这项技术成功的关键。捕收剂混合物中油的比例约为20％。采用这个比例可以减少胺的消耗，并且不影响浮选回收率。对应用柴油的选矿厂尾矿库中的废水分析已超过一年，试验中没有发现有害的影响。废水的特性类似于使用柴油以前的情况。检测到苯酚的含量增加，但是这些苯酚可能来自另外的源头（如维修车间）的可能性。脂肪酸乳化的非极性油曾经在瑞典和俄罗斯氧化铁矿阴离子捕收剂浮选中得到成功的应用。

2.3 阴离子捕收剂

氧化铁矿阴离子捕收剂浮选是过去铁选矿厂工业实践的代表[4]。Gelmbotsky指出：“显然，阳离子捕收剂反浮选比阴离子捕收剂正浮选没有基本的技术优势，对于每一种特定的情况，捕收剂的选择主要决定于经济性和调整剂的效果”。对低品位铁矿、表外矿和老尾矿，氧化铁矿的正浮选似乎仍具有吸引力。然而，大多数实验室研究表明，用阴离子捕收剂（脂肪酸）或两性捕收剂（肌氨酸和磺化琥珀酸盐）浮选氧化铁矿可生产含硅量高的精矿。在这个体系中，硅酸钠不是有效的抑制剂。由于其价格高,羟肟酸的应用潜力还未显示出来。

2.4 抑制剂

在铁矿浮选中，淀粉是氧化铁矿物的常用抑制剂，淀粉可以从几种植物（如玉米、木薯、马铃薯、小麦、大米和竹芋等）中提取。在矿物工业中，玉米淀粉至今是应用最广泛的一种。

从1978年，巴西就在铁矿浮选中使用玉米淀粉[5]。这种药剂的商品名为Collamil，它由非常细和纯的产品组成。直链淀粉和支链淀粉的干基总含量达到98％～99％，还含有少量的纤维、矿物质、油和蛋白质。这种淀粉用于Samarco选矿厂，也用在磷酸盐选矿厂中。

工业实践结果表明，非传统淀粉的使用不会损害选矿厂的冶金指标,即铁的回收率和精矿中有害杂质的含量。

替代的非传统抑制剂的价格约为传统淀粉价格的一半。有8个较强竞争力的不同的供应商，因此，淀粉用户比先前垄断时候有更宽松的环境。

尽管工业实践证实，两种淀粉的性能相近,但传统淀粉的供应商认为，淀粉中的蛋白质对浮选可能有害。改进的哈里蒙德管微浮选试验结果表明，蛋白质含量最丰富的玉米蛋白是赤铁矿的抑制剂，其抑制能力与支链淀粉和传统玉米淀粉相同。

非传统淀粉提供合适的工业指标不是偶然的。从Pinto等人的微量浮选试验结果可知，支链淀粉是抑制赤铁矿更有效的淀粉化合物。一个玉米淀粉产品供应商开发出了一种普通的改性淀粉产品——“Waxy玉米淀粉”，它的支链淀粉含量为96％，而普通的黄玉米制成的淀粉中支链淀粉与直链淀粉之比为75％：25％。在工业上使用Waxy玉米淀粉的优势并没有看到，而产品也相当昂贵。

淀粉含油量高于1.8％，就应考虑泡沫稳定性的风险问题。如果矿石的烧损成分高，这种危险还增大。

为了增大玉米淀粉的溶解度，有两个可能的方法：在56℃的水中加热淀粉悬浮液或添加NaOH。由于在选矿厂中应用热水有一定的危险性，所以，目前所有公司均采用苛性钠方案。由于NaOH成本高，价格波动大，加热方案应受到关注，有可能变得具有吸引力。

从其它原料提供的抑制剂中，羧甲基纤维素（CMC）是目前潜力最大的一种。从技术上已证明这种药剂可以替代淀粉。分别对Quadrangle铁矿的不同铁矿石开展使用商业品级的CMC系列实验室研究计划，包括替代的用量和不同分子量的CMC试验。通常，全部CMC试验获得的精矿硅含量比使用淀粉时低些，但迄今为止,CMC试验获得的尾矿铁品位略高。

从运行成本的竞争力来考虑，CMC的操作用量至多为淀粉的1/5。CMC试验的用量范围是淀粉用量的1/10～1/5。即使CMC用量为淀粉量的1/10时，一些CMC获得了相当好的结果。在研究中的另一个选择是使用合成的絮凝剂类聚合物，部分替代淀粉。对阴离子、阳离子和非离子聚丙烯酰胺进行了实验室规模的试验。这些药剂高得多的价格可以通过低得多的用量获得应用优势[6-7]。

2.5 起泡剂

尽管在美国铁矿反浮选中使用专用的起泡剂（乙醇和聚丙烯乙二醇）存有记录。但它们的使用不是常用的工业实践。浮选是在胺类阳离子和分子组分稳定的pH范围内进行，此时阳离子组分起捕收剂作用，而分子组分起到起泡剂作用。用专用的起泡剂部分替代胺的实验室研究正在进行中（单矿物浮选和矿石浮选）。目前获得的结果是具有吸引力的。

在一系列试验中，用合成的聚乙二醇类起泡剂约替代10％胺总用量可提高浮选铁回收率和选择性。松醇油起泡剂替代胺时也取得较好的结果。另一方面，直链醇试验结果表明，与单用胺相比，浮选指标没有改善。

2.6 非离子表面活性剂

Filho L等人进行了实验室规模的非离子表面活性剂对用醚胺阳离子捕收剂浮选石英的影响试验。所试验的药剂是乙氧化的壬基苯酚，其中有两个或四个乙烯氧化物和乙氧化的脂肪醇。有两个乙烯氧化物的壬基苯酚与醚胺按1∶4比例联合使用，可提高石英的可浮性20％。药剂也明显改善了系统的泡沫特性,降低了系统的表面张力。

3.结语

我国铁矿资源丰富,但随着开采的深入,易选富矿越来越少,取而代之的是难选贫矿越来越多。对于难选贫矿来说,仅靠传统的磁选工艺难以达到冶炼的要求,于是浮选在铁矿选矿中所占的地位越来越重要。浮选之所以能被广泛应用于矿物加工,重要的原因在于它能通过浮选药剂灵活有效的控制浮选过程,成功的将矿物按人们的要求加以分开,使资源得到综合利用。高效的、选择性好的浮选药剂的研究和发展,成为引领浮选工艺发展的重要因素。

[1]胡龙,郑怀昌,肖刚.铁矿浮选工艺的发展[J].现代矿业,2010, (1): 23-27.

[2]刘静,张建强,刘炯天.铁矿浮选药剂现状综述[J].中国矿业, 2007,16(2): 106-108.

[3]罗秋良.钾矿浮选药剂进展[J].国外金属矿选矿,1988, (1): 34-36.

[4]H·K·阿尔盖布拉依斯多娃, 汪镜亮, 雨田. 浮选含金矿石的新药剂[J]. 国外金属矿选矿, 2006, (1): 11-12.

[5]朱建光.2008年浮选药剂的进展[J]. 国外金属矿选矿, 2009, (1): 2-8.

[6]葛英勇,余俊,朱鹏程.铁矿浮选药剂评述[J]. 现代矿业,2009, (11): 6-10.

[7]A·C·阿鲁基奥,周海波,肖力子.浮选铁矿的药剂[J].国外金属矿选矿, 2009, (Z1): 4-7.

Summary of flotation reagents

HU Ji-wen1,212., DING Guo, XING Yi1, Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia, Baotou 014010, China; 2, Inner Mongolia Baotou Steel (group) co., LTD., Inner Mongolia, Baotou 014010, China

This paper briefly introduced the main composition, distribution of baiyun obo ore, simple describes the baiyun obo is one of the largest steel in Inner Mongolia energy base, is the iron, rare earth, thorium, niobium multielement GongShengKuang, distribution and reserves. Outlines the iron ore flotation basic flow and kinds of iron ore flotation reagents. Of iron ore flotation reagents introduced the research and development status, the performance of the new iron ore flotation reagents are reviewed and pointed out the development trend of iron ore flotation reagents.

Iron ore; Flotation reagents; Cationic collector; Anionic collector; Inhibitors

O658.6+6

A

1009-5624-（2016）03-0004-03