油酸钠体系下细粒赤铁矿精矿过滤影响因素研究

潘 登 张 芹 吴 梅 曾 睿 李 炼(1.武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081；2.冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081)

我国高品位赤铁矿石资源极度匮乏，普遍可见的为细粒嵌布的低品位赤铁矿石资源[1]，单一磁选工艺处理这类赤铁矿石资源难以获得高品位铁精矿，以油酸钠为捕收剂，对磁选铁精矿进行浮选能显著提高精矿铁品位。然而，细粒赤铁矿的油酸钠浮选泡沫不仅丰富，而且矿浆发黏，影响精矿过滤效率[2]。要解决油酸钠浮选体系下细粒赤铁矿精矿的过滤问题，就必须查明哪些因素是影响过滤的显著因素，为后续解决问题指明方向。

1 试样与药剂

1.1 试 样

试样为武钢工业港巴西某赤铁矿精矿，密度为4.1 g/cm3，铁品位为64.22%，用行星磨磨至表1所示的粒度。

表1 试样粒度分析结果Table 1 Particle size distribution of the sample

1.2 试验药剂

试验用油酸钠(C18H33NaO2)为分析纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司生产，配制成浓度为0.1%的溶液使用；玉米淀粉((C6H10O5)n)为食品级试剂，由广西横县嘉辉工贸有限公司生产，配制成浓度为0.3%的溶液使用；pH调整剂NaOH、H2SO4均为分析纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司生产，配制成浓度为1 mol/L的溶液使用。

2 试验方法

准确称取20 g试样置于100 mL烧杯中，加入蒸馏水及药剂定容至50 mL，以350 r/min的转速搅拌5 min，将已润湿的滤纸(φ150 mm)置于φ120 mm漏斗中，再将搅拌好的矿浆注入漏斗中，使过滤系统的真空度稳定在0.06 MPa情况下打开阀门，恒压过滤2.5 min，记录每获得5 mL滤液所需的时间[3]。试验装置见图1，参照文献[4]对试验结果进行计算。

图1 真空过滤机过滤试验装置示意Fig.1 Vacuum filtration experimental apparatus1—过滤漏斗；2—盛液量筒；3—抽滤瓶；4—阀门;5—压力表;6—阀门;7—缓冲瓶;8—真空泵

3 试验结果及讨论

3.1 油酸钠用量对细粒赤铁矿精矿过滤效果的影响

在矿浆自然pH(pH=6.3)、不添加淀粉、温度为20 ℃情况下进行油酸钠的用量试验，结果见图2。

图2 油酸钠用量对赤铁矿精矿滤饼比阻的影响Fig.2 Effect of the dosage of sodium oleate on the filter cake resistance of hematite concentrate

由图2可知：随着油酸钠用量的增加，赤铁矿精矿滤饼的比阻持续增大，当油酸钠用量超过1 600 g/t后，滤饼比阻急剧增大，使得过滤过程几乎无法进行。

添加油酸钠后，滤饼比阻增大可能是由于油酸钠吸附于赤铁矿表面，使物料表面荷负电，颗粒间的相互排斥阻碍了颗粒的靠近，从而阻碍了颗粒间液体的排出。

3.2 油酸钠不同用量下矿浆pH对细粒赤铁矿精矿过滤效果的影响

矿浆pH对赤铁矿吸附油酸钠后表面电位有较大的影响，为此在不同油酸钠用量下探究赤铁矿精矿滤饼比阻与矿浆pH的关系。矿浆pH试验在不添加淀粉、温度为20 ℃情况下进行，结果见图3.

图3 不同油酸钠用量下pH对赤铁矿精矿滤饼比阻的影响Fig.3 Effect of pH on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由图3可知：pH≤4时，油酸钠用量为0情况下的滤饼比阻变化不大，添加了油酸钠后，随着矿浆酸性的增强，滤饼比阻逐渐减小，且油酸钠用量越大比阻减小幅度越大；pH=4～10时，赤铁矿精矿的滤饼比阻受矿浆pH变化的影响不大；继续增大矿浆pH，滤饼比阻不同程度增大。强酸性条件下油酸钠对赤铁矿精矿过滤的阻碍作用较小可能是由于此时油酸钠几乎不能吸附于赤铁矿表面，因而无法影响过滤过程所致。强碱性条件下，油酸钠用量较低或不添加油酸钠情况下，滤饼比阻较低可能与物料表面的Zeta电位的变化有关[5]；pH=12、油酸钠用量为1 200 g/t和1 600 g/t时的滤饼比阻相当，说明油酸钠用量为 1 200 g/t时可能已达到吸附饱和。同时，碱性环境下OH-的加入，在赤铁矿表面形成Fe(OH)2与 Fe(OH)3亲水性表面膜，不利于滤饼中水分的流动也可能是导致滤饼比阻增大的原因。

3.3 油酸钠不同用量下温度对细粒赤铁矿精矿过滤效果的影响

温度试验在矿浆自然pH、不添加淀粉情况下进行，结果见图4。

由图4可知：无论在何温度下，油酸钠用量越大，滤饼比阻越大；相同油酸钠用量下，提高温度，滤饼比阻小幅下降，这可能是由于温度升高，矿浆的黏度和物料的表面张力下降，颗粒亲水性变弱，水化膜变薄所致[6]。

图4 油酸钠不同用量下温度对赤铁矿精矿滤饼比阻的影响Fig.4 Effect of temperature on the filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

3.4 油酸钠不同用量下淀粉添加量对细粒赤铁矿精矿过滤效果的影响

淀粉添加量试验在矿浆自然pH、温度为20 ℃情况下进行，结果见图5。

图5 油酸钠不同用量下淀粉用量对 赤铁矿精矿滤饼比阻的影响Fig.5 Effect of starch dosage on filter cake resistance of hematite concentrate with different dosage of oleic acid■─0 g/t；●─400 g/t；▲─1 200 g/t；▼─1 600 g/t

由图5可知：赤铁矿精矿滤饼的比阻随着淀粉添加量的增大先减小后增大，油酸钠用量越大，这种变化趋势越明显，这可能是由于少量的淀粉能促进颗粒间的絮团，使得滤饼结构中平均粒径增大，孔隙率增加，从而促进过滤；然而淀粉在矿浆中带负电，过量的淀粉分子之间会相互排斥，淀粉分子将难以舒展，加之油酸钠为阴离子捕收剂，这样淀粉分子将很难吸附在赤铁矿表面，导致桥架作用减弱，滤饼比阻升高。

4 结 论

(1)油酸钠用量对细粒赤铁矿精矿的过滤有显著影响，随着油酸钠用量的增加，赤铁矿精矿滤饼比阻增大。

(2)矿浆pH对赤铁矿精矿滤饼比阻的影响较大，强酸性条件能减弱甚至消除油酸钠对赤铁矿精矿过滤的阻碍作用，近中性条件下赤铁矿精矿滤饼比阻变化不大，强碱性条件下赤铁矿精矿的过滤效果变差。

(3)矿浆温度对赤铁矿精矿滤饼比阻的影响较小，随着温度的升高滤饼比阻减小。

(4)添加少量的淀粉可促进赤铁矿精矿的过滤，过量的淀粉会增大赤铁矿精矿滤饼的比阻。

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