新型螯合型捕收剂DXL对金红石捕收性能研究

朱一民 张 毓 李小雪 李艳军 韩跃新

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004；2.东北大学2011钢铁共性技术协同创新中心，辽宁沈阳110004；3.辽宁省难采选铁矿石高效开发利用技术工程实验室，辽宁沈阳110004）

浮选是分选细粒金红石的有效方法，金红石新型浮选药剂及其作用机理的研究是金红石浮选的重要研究方向，也是金红石资源高效综合利用的关键。金红石浮选药剂的开发在金红石的浮选中占有重要的地位，研究高效、低毒、低成本的捕收剂，具有重要意义［1-2］。

目前，关于金红石浮选捕收剂进行了很多研究。王军等［3］以油酸钠作为捕收剂进行金红石单矿物浮选单因素条件试验，结果表明，当溶液pH=7.3～7.7、油酸钠用量为20 mg/L时，金红石回收率最高，为85.27%，在此基础上进行的金红石表面Zeta电位测定、红外光谱分析及浮选溶液化学计算表明，油酸钠在金红石表面主要发生了化学吸附；刘贝等［4］以枣阳难选金红石矿为研究对象进行浮选试验，证明了组合捕收剂的选矿指标要优于单一捕收剂，且所需药剂总用量较少；孙伟等［5］分别以水杨羟肟酸（SHA）与新型捕收剂TPRO为捕收剂进行了金红石、石英的单矿物浮选和人工混合矿浮选试验。结果表明，与SHA相比，TPRO具有更强的捕收性能和更好的选择性，且无需活化预处理；李文军等［6］通过单矿物和人工混合矿浮选试验证明，新型有机药剂TBC对金红石有较强的捕收能力和选择性，可以有效分离金红石和方解石混合矿及金红石和石英混合矿。

本文采用实验室自制新型螯合捕收剂DXL对金红石、角闪石、石英单矿物进行浮选条件试验，且对该捕收剂对金红石的捕收性能及作用机理进行研究，为金红石浮选药剂的研制提供借鉴。

1 试验原料及试剂

试验所用矿物为金红石、石英和角闪石单矿物，均由购买的高纯矿物经破碎、瓷球磨干磨和筛分获得，筛取0.038～0.074 mm粒级产品用于浮选试验。金红石、石英、角闪石XRF多元素定性分析结果见表1，金红石、石英、角闪石X射线衍射分析结果如图1所示。

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综合表1和图1分析结果，经推算得试验所用金红石单矿物纯度为90.201%，石英单矿物纯度为99.492%，角闪石单矿物纯度在90%以上，均满足纯矿物浮选试验要求。

试验所用试剂如表2所示。捕收剂为实验室合成的螯合型捕收剂DXL，pH调整剂为NaOH和HCl。为了适应未来工业化生产，采用自来水调制矿浆，由于溶液中钙离子会对石英浮选产生影响，测得所用自来水和蒸馏水中的钙离子浓度分别为43.20 mg/L和0.12 mg/L。

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2 试验方法

2.1 浮选试验

单矿物浮选试验在XFGⅡ型挂槽式浮选机上进行，量取20 mL的自来水加入到槽体容积为35 mL的浮选槽中，然后加入2.00 g试样，调整浮选机转速为1 992 r/min，搅拌2 min，然后加入pH调整剂，搅拌2 min，最后加入捕收剂DXL，搅拌3 min，手动刮泡5 min。分别对浮选泡沫产品和槽内产品进行烘干、称重，计算浮选回收率。

2.2 Zeta电位测试方法

（1）单矿物表面电位。将单矿物磨至-2 μm，每次称取20 mg置于烧杯中，加50 mL蒸馏水，调浆1 min，用HCI或NaOH调pH值，用磁力搅拌器搅拌8 min后，静置5 min，在Zeta电位分析仪上测得矿物表面的Zeta电位。

（2）单矿物与捕收剂作用后矿物表面电位。将单矿物磨至-2 μm，每次称取20 mg置于烧杯中，加50 mL蒸馏水，调浆2 min，用HCl或NaOH调pH值，在磁力搅拌器上搅拌1 min，加入捕收剂，再用磁力搅拌器搅拌8 min，静置5 min，在Zeta电位分析仪上测得药剂与矿物作用后矿物表面的Zeta电位。

2.3 红外光谱分析方法

药剂及其与矿物作用前后的红外光谱在Nicolet FITR-740型傅立叶变换红外光谱仪上用漫反射法测定。测量时，将固体样品在玛瑙研钵中磨细，加入KBr粉料，继续研磨直至磨细并混合均匀。然后将己经磨好的物料加到压片专用的模具上加压。取出压成片状的样品装入样品架待测。

3 试验结果与讨论

3.1 DXL体系下的单矿物浮选试验

3.1.1 矿浆pH对单矿物可浮性的影响

在浮选温度为32℃，DXL用量为134 mg/L条件下，考察矿浆pH对单矿物可浮性的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出：随着pH的升高，金红石回收率先提高后小幅降低，当pH=8.88时，金红石回收率为88.45%，当pH=9.93时，金红石回收率达到最大，为89.75%，继续升高pH，金红石回收率小幅降低；当pH=8.88时，石英回收率为2.70%，当pH大于8.88时，石英的回收率先快速升高后小幅降低，当pH=11.50时，石英的回收率达到最大，为97.75%；pH=8.88时，角闪石回收率为13%，当pH＞8.88时，角闪石回收率随pH升高逐渐提高，当pH=12时，角闪石回收率达到最大，为32.90%。当pH=8.88时，金红石与角闪石的浮选回收率差值达到75.45%，石英的回收率仅为2.70%，金红石与石英的浮选回收率差值达到85.75%。综合考虑，确定浮选矿浆pH为8.88。

3.1.2 DXL用量对单矿物可浮性的影响

在浮选温度为32℃、矿浆pH=8.88的条件下，考察DXL用量对单矿物可浮性的影响，结果如图3所示。

从图3可以看出：随着DXL用量的增加，金红石回收率先升高后降低，当DXL用量为200 mg/L时，金红石的回收率达到最大，为92.30%；角闪石回收率随DXL用量的增加先升高后降低，角闪石回收率在DXL用量为66 mg/L时达到最大，为25.85%；DXL对石英的捕收能力较弱，当DXL用量为100 mg/L时，石英回收率达到最大，也仅为3.95%；考虑到DXL用量为200 mg/L时，金红石回收率达到最大，且此时石英和角闪石回收率也相对较低。因此，单矿物浮选试验DXL用量为200 mg/L。

3.1.3 浮选温度对单矿物可浮性的影响

在矿浆pH=8.88、DXL用量为200 mg/L条件下，考察浮选温度对DXL捕收效果的影响。试验结果如图4所示。

由图4可知，在试验的浮选温度范围内，随着浮选温度的升高，金红石回收率小幅升高，但均保持在90%以上，当浮选温度为46℃时，金红石的回收率达到最大，为94.55%；角闪石的回收率随浮选温度的升高逐渐增加，当浮选温度为46℃时，其回收率达到最大值，为28.60%；在试验温度范围内，石英回收率均为0%，石英处于不浮状态；浮选温度为25℃时，金红石、角闪石、石英回收率分别为92.30%、4.15%、0%，金红石与角闪石的浮选回收率差值达到88.15%，金红石与石英的浮选回收率差值为92.30%。综合考虑，确定浮选温度为25℃（即常温浮选），以实现金红石与常见脉石矿物角闪石和石英的浮选分离。

3.2 DXL与单矿物作用机理分析

3.2.1 红外光谱分析

金红石、角闪石、石英取得最大回收率时，DXL用量分别为200 mg/L、66 mg/L、100 mg/L。因此，在浮选温度为25℃、pH=8.88的条件下，对DXL及DXL分别与金红石、角闪石和石英作用后的试验矿样进行红外光谱分析，结果如图5所示。

从图5可以看出：2 922.70 cm-1和2 853.05 cm-1处为甲基和亚甲基的C—H伸缩振动吸收峰，1 733.53 cm-1处为羧基的伸缩振动峰，此特征峰为DXL分子红外光谱分析的重点；3 441.39 cm-1处的吸收峰为羧基中O—H的特征峰，与3种单矿物作用后，该吸收峰位置均发生不同程度的偏移，说明金红石、角闪石和石英矿物表面与DXL均发生了氢键作用；1 446.62 cm-1处为甲基中C—H的不对称弯曲振动吸收峰，1 375.71 cm-1处为甲基中C—H的对称弯曲振动峰，1 096.81 cm-1处为C—O的伸缩振动吸收峰，673.91 cm-1处为C—Br的伸缩振动吸收峰；螯合型捕收剂DXL为α碳取代的羧酸改性类药剂；金红石与DXL作用后，在波数为3 441.39 cm-1和1 733.53 cm-1处的吸收峰分别偏移至3 441.90 cm-1和1 636.06 cm-1处，说明金红石矿物表面与DXL之间发生了氢键吸附；DXL与金红石作用后的特征峰向低波数方向偏移，可能是强电负性溴原子或羧基与矿物表面不同活性位点原子发生作用，使溴原子对羧基的诱导效应降低，因此的键力常数下降，因此，该特征峰的频率向低波数方向产生偏移，说明DXL与金红石矿物表面发生了化学吸附；DXL与角闪石和石英作用后，在3 441.39 cm-1处的特征峰分别偏移至3 447.17 cm-1和3 446.92 cm-1处，说明角闪石和石英与DXL发生了氢键吸附；在1 733.53 cm-1处的特征峰分别偏移至1 653.09 cm-1和1 617.03 cm-1处，说明DXL与角闪石和石英表面发生了化学吸附。

3.2.2 Zeta电位分析

金红石取得最大回收率时，DXL用量为200 mg/L，因此在浮选温度为25℃、DXL用量为200 mg/L条件下，进行了DXL与金红石作用前后的金红石表面Zeta电位检测，旨在研究DXL在金红石矿物表面的作用机理，试验结果如图6所示。

由图6可知：金红石单矿物的零电点在pH=2.5，与DXL作用后，金红石的零电点由2.5向右偏移至3.5左右，说明DXL在金红石表面发生了吸附；pH＞4.0时，金红石表面荷负电，加入DXL后金红石的表面电位明显发生负移，说明DXL与金红石之间存在化学吸附；在pH＞9时，金红石表面的电位负值呈减小趋势，而金红石的回收率一直维持在88%以上。推断原因可能是随着溶液pH升高，溶液中—OH浓度不断增加，—OH在金红石表面覆盖，除羧基中羟基与矿物表面氧原子形成的氢键作用外，捕收剂中溴原子与矿物表面的—OH也能不断形成氢键作用，同时药剂分子通过羧基与矿物表面发生化学键合作用，几种吸附形式协同作用使得DXL药剂分子更好地对金红石进行捕收。

4 结论

（1）单矿物浮选试验表明，当浮选温度为25℃、矿浆pH=8.88、DXL用量为200 mg/L时，金红石单矿物浮选回收率为92.30%，角闪石单矿物浮选回收率为4.15%，石英单矿物浮选回收率为0%，金红石与角闪石的浮选回收率差值达到88.15%，金红石与石英的浮选回收率差值达到92.30%，在此条件下，捕收剂DXL可以实现对金红石及其常见脉石矿物角闪石和石英的有效分离。

（2）红外光谱分析表明，DXL与金红石、角闪石和石英作用后，药剂分子中羧基的吸收峰和羧基中O—H的特征峰均发生了不同程度的偏移，说明DXL在3种单矿物表面均发生了化学吸附和氢键吸附。

（3）Zeta电位检测表明，在pH＞4时，金红石表面荷负电，加入DXL后金红石的表面电位明显发生负移，说明DXL与金红石之间存在化学吸附。在pH＞9时，矿物表面的电位负值呈减小趋势，而金红石的回收率一直维持在88%以上，原因是随溶液pH升高，—OH不断在金红石表面覆盖，在DXL分子中，除羧基中羟基与矿物表面氧原子形成的氢键作用外，溴原子与矿物表面的OH—也能不断形成氢键作用，说明DXL在金红石矿物表面发生了氢键吸附。

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