仲辛醇在十二胺反浮选磁铁矿中的效果研究

乔笑笑，樊盼盼，刘 安，任 聪，樊民强

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

我国铁精矿的品位较低，其硅含量较高(一般为5%～11%)，是造成高炉炼铁高渣比、高焦比、产量低、效益低的最根本原因[1]。磁选精矿往往需要经过反浮选进一步降低铁精矿中硅的含量，提高铁精矿的品位。目前，从铁矿中分选出石英等杂质以达到提铁降杂(硅)的反浮选工艺，已成为选矿厂的必备环节。为了降低企业浮选成本和改善环境问题，提高与国外资源的竞争力，研究开发新型绿色高效低温的铁矿反浮选捕收剂成为必然趋势。

在铁矿石反浮选中，阳离子捕收剂起重要作用。近年来，合成与开发环保、高效、低成本、耐低温、高水溶性的阳离子捕收剂已成为热点。目前，一系列新型阳离子表面活性剂已成功合成并用作石英与铁矿石分离的捕收剂，如M-302[2]，N-十二烷基-1，3-丙二胺[3]，N-十二烷基乙二胺[4]，N-十二烷基-β-氨基丙酰胺[5]、CS系列[6]及GE系列[7]，但价格偏高。十二胺是浮选石英常采用的效果较好的阳离子捕收剂。因十二胺的凝固点高，水溶性差，工业上常将其配成十二胺盐酸盐或醋酸盐使用，但存在盐酸、醋酸存储困难，药剂配制不便等问题。有研究表明醇类的加入可以提高石英的回收率，降低十二胺的用量。姜广大等[8]研究了脂肪醇在十二胺盐酸盐浮选石英中的作用，指出在用十二胺盐酸盐浮选石英中，烃链长度适宜的脂肪醇(C8～C12)能提高石英回收率，降低十二胺盐酸盐用量，其中十二醇效果最好。刘臻等[9]对醇胺药剂与石英界面作用进行了分子动力学模拟，结果表明，十二胺可以通过静电力作用吸附在石英表面，而十二醇则无法吸附。十二醇在石英浮选过程中更多的是作为起泡剂而非捕收剂使用。刘安[10]将十二胺与煤油复配，用甲基异丁基甲醇作为起泡剂，得出该混溶捕收剂具有显著的协同作用，与相同用量纯十二胺相比，石英回收率大幅增加。

仲辛醇是选煤常用的起泡剂，具有熔点低、泡沫脆等特点。本研究将十二胺与仲辛醇复配，在不同的温度、仲辛醇用量下，就十二胺盐酸盐，十二胺盐酸盐+仲辛醇和十二胺-仲辛醇对石英和磁铁矿的浮选效果进行对比，研究仲辛醇的促进作用及十二胺-仲辛醇复配的可行性。

1 试验原料及方法

1.1 石英

试验所用石英(硅微粉)取自安徽凤阳，原矿石经粗破后水洗精磨得到水洗砂，水洗砂烘干后得到低铁水洗烘干砂，再经球磨、筛分得到试验所需石英。石英纯矿物的化学多元素分析及XRD分析结果分别见表1和图1。

表1 石英化学多元素分析结果

图1 石英纯矿物的XRD图谱

由表1和图1可知，石英矿物纯度很高，SiO2的含量为99.39%，含有少量杂质。

1.2 磁铁矿

试验所用矿样取自太原古交，磁选精矿过0.074 mm筛子后筛下产品为试验所需矿样。矿样化学多元素分析及XRD分析结果分别见表2和图2。

表2 矿样化学多元素分析结果

图2 矿样的XRD图谱

由表2和图2可知，矿样的主要矿质元素为铁和硅，还含有少量铝、镁、钙、硫及磷元素；矿样的有用矿物为主要磁铁矿、赤铁矿，脉石矿物主要为石英，全铁品位为64.46%。

1.3 试验药剂

试验中的捕收剂为十二胺，起泡剂为仲辛醇，其中DDA-HCl由十二胺与盐酸混合配制而成(摩尔比为1∶1)。混溶捕收剂为十二胺-仲辛醇，由十二胺和仲辛醇按一定的比例直接配制，混溶药剂稳定、透明。

1.4 试验方法

使用XFDⅢ-1.5L型单槽浮选机，主轴转速为1 800 r/min。石英浮选的矿浆浓度为200 g/L；磁铁矿浮选的矿浆浓度为300 g/L，调浆2 min后加入捕收剂，搅拌2 min后加入起泡剂，10 s后开始刮泡，刮泡时间5 min；不加起泡剂时，加捕收剂搅拌2 min后直接刮泡。浮选过程中收集泡沫，并将其和槽内产品分别过滤、烘干、称量，计算回收率。浮选试验流程如图3所示。

1.5 选矿效率的计算方法

选矿效率的计算采用的是R.T.汉考克于1918年提出的分选效率公式，见式(1)和式(2)。

(1)

(2)

式中：M、Q分别为磁铁矿和石英；η为分选效率；α、β、θ为代表原矿、铁精矿及泡沫产品中TFe/SiO2的含量；βm为磁铁矿纯矿物中铁元素的含量，βm值为72.4%。

2 结果与讨论

2.1 石英单矿物浮选条件试验

2.1.1 矿浆温度试验

将十二胺与仲辛醇按不同比例混合，各混合物的凝固点见表3。

图3 浮选试验流程

表3 药剂的凝固点

药剂凝固点/℃十二胺28.3仲辛醇-38十二胺-仲辛醇(5∶1)20十二胺-仲辛醇(2.5∶1)18十二胺-仲辛醇(1.33∶1)10

由表3可知，随着仲辛醇比例的增加，十二胺与仲辛醇混合物的凝固点明显降低。

在十二胺用量为40 g/t、仲辛醇用量为30 g/t，矿浆温度分别为5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃条件下进行试验，结果如图4所示。

由图4可知，随着矿浆温度的升高，石英的回收率均有所提高，在相同十二胺用量下，十二胺盐酸盐+仲辛醇和十二胺-仲辛醇作用下的石英的回收率明显优于十二胺盐酸盐，即仲辛醇的加入明显提高了石英的回收率。温度在5～15 ℃时，石英回收率十二胺盐酸盐+仲辛醇>十二胺-仲辛醇；15～25 ℃时，二者相差不大。

计算在不同温度3种药剂作用下石英回收率的均值、标准差和异变系数，结果见表4。

图4 矿浆温度对不同药剂浮选石英行为的影响

表4 不同药剂作用下石英回收率的变异系数

药剂平均值x标准差S变异系数CV/%十二胺盐酸盐65.885.928.99十二胺盐酸盐 +仲辛醇89.201.902.12十二胺-仲辛醇86.186.667.72

由表3可知，矿浆温度对不同药剂浮选石英均有一定影响，变异系数十二胺盐酸盐>十二胺-仲辛醇>十二胺盐酸盐+仲辛醇，即十二胺-仲辛醇对温度的适应性好于十二胺盐酸盐略逊于十二胺盐酸盐+仲辛醇。故仲辛醇在十二胺浮选石英过程中可以降低温度对石英回收率的影响，提高药剂对温度的适应性。

2.1.2 仲辛醇用量试验

在矿浆温度20 ℃，十二胺用量分别为20 g/t、40 g/t、60 g/t、80 g/t、100 g/t，十二胺(盐酸盐)∶仲辛醇=10∶1、5∶1、2.5∶1、1.33∶1条件下进行试验，并与单十二胺盐酸盐作对比，考察仲辛醇用量对十二胺盐酸盐浮选石英效果的影响，结果如图5所示。

图5 仲辛醇用量试验结果

由图5可知，在十二胺用量相同时，随着仲辛醇用量的增加，石英的回收率逐渐增大，且十二胺用量低时，随着仲辛醇用量的增加石英的回收率提高较为明显；十二胺用量大时，石英的回收率随仲辛醇用量的变化相差不大，可能是石英的回收率已达到极限值。

在十二胺∶仲辛醇=1.33∶1，十二胺用量40 g/t(总用量70 g/t)时，石英回收率与十二胺∶仲辛醇=5∶1，十二胺用量为60 g/t(总用量为72 g/t)基本一致，相当于用18 g/t仲辛醇替代了20 g/t十二胺；在十二胺∶仲辛醇=1.33∶1，十二胺用量为60 g/t(总用量为105 g/t)时，石英回收率与十二胺(盐酸盐形式)100 g/t基本一致，相当于用45 g/t的仲辛醇替代了40 g/t十二胺。在相同石英回收率下，仲辛醇的加入节省了十二胺的用量。按照目前市场价格(慧聪网)，十二胺1.9万元/t左右，仲辛醇0.6万元/t左右，上述两种条件，浮选每吨铁矿分别可节省药剂成本20×19 000/106-18×6 000/106=0.272元、40×19 000/106-45×6 000/106=0.49元。因仲辛醇的成本较十二胺低，故仲辛醇的引入可降低药剂成本。

2.1.3 仲辛醇添加方式试验

在矿浆温度为20 ℃，十二胺∶仲辛醇=5∶1、2.5∶1、1.33∶1条件下进行试验，考察仲辛醇添加方式对十二胺浮选石英效果的影响，结果如图6所示。

图6 仲辛醇添加方式对石英浮选效果的影响

由图6可知，在十二胺与仲辛醇比例相同时，在十二胺与仲辛醇比例为1.33∶1和2.5∶1条件下，十二胺盐酸盐+仲辛醇与十二胺-仲辛醇作用下石英的回收率基本一致。在十二胺与仲辛醇比为5∶1时，由于药剂凝固点问题，十二胺-仲辛醇在矿浆中的分散性变差，其作用下石英的回收率比十二胺盐酸盐+仲辛醇稍低点。

2.2 磁铁矿浮选条件试验

在矿浆温度为20 ℃，十二胺用量分别为60 g/t、90 g/t、120 g/t、150 g/t条件下，分别用药剂十二胺盐酸盐、十二胺盐酸盐+仲辛醇和十二胺-仲辛醇对磁铁矿进行浮选试验，其中药剂十二胺盐酸盐+仲辛醇和十二胺-仲辛醇中十二胺与仲辛醇的比例均为4∶3，试验结果如图7所示。

由图7可知，随着十二胺用量的增加，精矿中TFe的含量逐渐提高，SiO2的含量逐渐降低，随着TFe的回收率的下降，铁精矿品质提高。在十二胺用量相同时，十二胺盐酸盐的捕收能力最弱。在十二胺用量为150 g/t时，十二胺盐酸盐+仲辛醇作用下精矿TFe的回收率为76.62%，品位为67.50%，SiO2品位为4.06%，尾矿SiO2的回收率为63.36%，TFe的选矿效率为31.81%，SiO2的选矿效率为39.68%。十二胺-仲辛醇作用下精矿中TFe的回收率为77.41%，品位为67.84%，SiO2品位为3.79%，尾矿SiO2的回收率为64.19%，TFe的选矿效率为33.87%，SiO2的选矿效率为41.19%。十二胺-仲辛醇与十二胺盐酸盐+仲辛醇在相同药剂用量下得到的铁矿回收率相近，但前者作用下精矿的TFe品位较高，SiO2含量较低，铁精矿品质高，选矿效率高出约2个百分点。十二胺-仲辛醇的捕收性能与十二胺盐酸盐+仲辛醇相近，但选择性能较好。

十二胺盐酸盐在具有捕收性的同时，还具有起泡性，产生的泡沫发黏，使药剂的选择性变差，浮选过程中可能夹带微细粒铁矿上浮，使精矿中铁的回收率下降；磁铁矿的零电点在pH值为6左右[12]，石英的零电点在pH值为3左右[13]。在试验pH值(pH=7.8)下，二者表面均荷负电。由于静电作用力，石英和铁矿对RNH3+存在竞争吸附，部分胺根离子吸附在铁矿上，使得吸附到石英表面的药剂量减少，导致铁精矿中SiO2的含量偏高，铁品位降低。十二胺-仲辛醇复配增强了十二胺的可溶性，提高了十二胺与仲辛醇在矿浆中的分散性，十二胺直接添加作为捕收剂，十二胺在铁矿上的吸附量减少，且仲辛醇作为起泡剂，泡沫黏度低，流动性好，双重作用使得反浮选指标提高。

由于十二胺的凝固点为28.3 ℃，其在常温下为白色或近似白色的膏体，不能直接使用。由十二胺盐酸盐+仲辛醇和十二胺-仲辛醇的试验结果可见，盐酸在十二胺盐酸盐浮选石英和铁矿中作用均不大，只是起到了一个溶剂的作用，与之相比，十二胺-仲辛醇不需要酸化，配制简单、环保，使用方便，且凝固点较低。仲辛醇作为溶剂的同时还具有起泡作用，并可以节省十二胺的用量，满足常温浮选，故十二胺-仲辛醇具有一定的工业应用价值。

图7 不同药剂对磁铁矿的浮选效果的影响

3 结 论

1) 在十二胺浮选石英过程中，添加仲辛醇可以提高石英的回收率，降低温度对浮选效果的影响。十二胺-仲辛醇对温度的适应性好于十二胺盐酸盐，而略逊于十二胺盐酸盐+仲辛醇。在20 ℃时，无论对石英还是磁铁矿，十二胺-仲辛醇与十二胺盐酸盐+仲辛醇的捕收性能相近，十二胺-仲辛醇对磁铁矿反浮选的选择性略高。

2) 与十二胺盐酸盐单独作为捕收剂相比，在相同的石英回收率下，十二胺-仲辛醇节省了十二胺用量，考虑到仲辛醇的药剂成本远低于十二胺，十二胺-仲辛醇更加经济划算。

3) 十二胺-仲辛醇不需要酸化，配制过程环保、简单，使用方便，且凝固点低，具有工业应用的潜力。