新型常温捕收剂DN-6对磷灰石的捕收性能研究

2020-05-28朱一民韩跃新

金属矿山 2020年4期

南楠朱一民韩跃新刘杰

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心，辽宁沈阳110819）

磷矿是一种重要的战略资源，是制取磷肥及多种含磷制品的重要工业原料。浮选是磷矿选矿中最有效的方法之一，磷灰石捕收剂是磷矿浮选的研究重点。传统的磷灰石捕收剂，如塔尔油和氧化石蜡皂等，均存在低温浮选性能差的问题。北方磷矿浮选过程中需要采用加温工艺，这大大增加了选矿成本[1]。近年来，东北大学对常温磷灰石捕收剂进行了一系列研究，研制出多种磷灰石常温捕收剂[2-4]。本试验研究了一种新型阴离子改性捕收剂DN-6对磷灰石单矿物的浮选性能，并通过Zeta电位和傅里叶变换红外光谱对其吸附机理进行了分析。

1 试验原料

磷灰石单矿物的制备：将块状磷灰石经人工捣碎后用陶瓷球磨机破碎，然后用湿筛法筛分，取-74+15 μm粒级，再将矿样用去离子水淋洗三次，最后用40℃真空干燥箱烘干，置于磨口瓶中备用。经化学成分分析（表1）和XRD（图1）检测，试样中P2O5含量为41.26%，符合单矿物试验要求。

试验试剂：新型阴离子改性捕收剂DN-6为实验室自制，配置成浓度为0.2%的溶液备用；pH调整剂为0.1%的盐酸和0.1 mol/L的氢氧化钠溶液。

2 试验方法

2.1 浮选试验方法

将2.00 g磷灰石单矿物与30 mL去离子水加入XFG 1150型实验室浮选机浮选槽中，在转速1 992 r/min条件下搅拌3 min，再以2 min的间隔依次加入pH调整剂和捕收剂，刮泡并将泡沫产品和槽内产品分别在25℃下干燥，最后称重计算回收率。

2.2 Zeta电位检测方法

Zeta电位采用马尔文Nano-ZS90 Zeta电位测定仪在室温下进行测定。磷灰石单矿物用三头磨机进一步磨碎至-5 μm。称取20.00 mg样品加入50 mL浓度为1×10-3mol/L的氯化钾溶液中，调整pH值后，用磁力搅拌器搅拌15 min并进行测定。每个pH值条件下，进行3次平行试验，取其平均值作为结果。

2.3 傅里叶变换红外光谱测定方法

将-5 μm的试验样品与捕收剂DN-6在最佳浮选条件下，于浮选槽中搅拌30 min。然后将混悬液离心，弃去上清液，将沉淀物用去离子水冲洗3次，在室温下用40℃真空干燥箱充分干燥。取1.00 mg上述样品，与100.00 mg KBr在玛瑙研钵中充分混匀研磨后，压制成半透明的小圆片，用Nicolet 740型傅里叶变换红外光谱仪在室温下进行测定。测定参数：扫描分辨率4 cm-1，扫描次数256次。

3 试验结果与分析

3.1 浮选条件试验

3.1.1 捕收剂DN-6浮选pH试验

在矿浆温度为28℃和新型阴离子改性捕收剂DN-6用量为166.7 mg/L条件下，进行捕收剂浮选pH条件试验，结果见图2。

从图2可以看出：矿浆pH从5.6提高至7.6的过程中，磷灰石回收率呈缓慢上升的趋势；继续提高pH，磷灰石回收率下降。因此，在捕收剂DN-6体系下，磷灰石浮选的最佳矿浆pH值为7.6。

3.1.2 捕收剂DN-6用量试验

在矿浆pH=7.6和矿浆温度28℃条件下，进行捕收剂DN-6浮选用量试验，结果见图3。

由图3可以看出，捕收剂DN-6用量从0提高到166.7 mg/L，磷灰石回收率由5%大幅提高到97.18%；继续提高DN-6用量，磷灰石的回收率基本保持不变。因此，DN-6的最佳浮选用量为166.7 mg/L。

3.1.3 最佳浮选温度试验

在捕收剂DN-6用量为166.7 mg/L和矿浆pH=7.6条件下，进行最佳浮选温度试验，结果见图4。

由图4可以看出：矿浆温度从13℃提高到28℃，磷灰石回收率持续提高；继续提高矿浆温度，对磷灰石回收率影响不大。因此，捕收剂DN-6体系下的最佳矿浆温度为28℃。

3.2 DN-6与磷灰石之间的作用机理分析

3.2.1 Zeta电位测定结果与分析

由于钠离子不是磷灰石的惰性电解液[5]，因此Zeta动电位的测定未采用氯化钠作背景溶液，而使用了氯化钾。试验首先对不同矿浆pH下的磷灰石的Zeta电位进行了测定，其后在捕收剂DN-6浓度为166.7 mg/L条件下测定其在捕收剂作用后的Zeta电位，测定结果见图5。

从图5可以看出：未加入捕收剂时，磷灰石的零电点为pH=4，这与文献中的测定结果相符[6]；当矿浆pH＜4时，矿浆中的氢离子含量较高，容易在磷灰石表面中性和负电性位点发生吸附，再加上磷灰石本身磷酸基团的溶出[7]，使得在此pH条件下磷灰石的表面电位为正值；当pH＞4时，由于矿浆中的氢氧根、溶出的磷灰石氟离子和磷酸根离子在中性和正电性位点的吸附[8]，磷灰石表面电位为负值；与捕收剂DN-6作用后，磷灰石表面的Zeta电位整体降低，这是由于DN-6为改性阴离子捕收剂，其结构中含有羧基等基团，在水溶液中发生解离时主要以阴离子形式存在；当矿浆pH＜4时，荷正电的磷灰石表面会与阴离子形式的DN-6发生吸附，使得磷灰石表面Zeta电位降低；当矿浆pH＞4时，原本荷负电的磷灰石表面同样也发生Zeta电位降低的现象，这说明磷灰石与DN-6阴离子克服了二者之间的静电斥力，并且发生了吸附作用。

3.2.2 傅里叶变换红外光谱结果与分析

为进一步研究DN-6与磷灰石之间的作用机理，测定了磷灰石和磷灰石与DN-6作用后的傅里叶变换红外光谱，检测结果见图6。

从图6可以看出：磷灰石图谱主要由[PO4]3-离子的内振动模式和晶格振动模式组成；1 046.8 cm-1和 1 096.5 cm-1是[PO4]3-的非对称伸缩振动峰，604.0 cm-1、573.4 cm-1和472.1 cm-1是[PO4]3-的弯曲振动峰，这与文献所述峰位一致[9]；1 459.5 cm-1和1 423.9 cm-1吸收峰则为天然磷灰石常见的碳酸根类质同象取代产生的[10]；与捕收剂DN-6作用后的磷灰石红外光谱中，原磷灰石的特征吸收峰保留，新出现2 919.4 cm-1为DN-6的甲基特征吸收峰，说明清水洗涤后，DN-6仍能吸附在磷灰石表面，DN-6与磷灰石之间作用力强于单纯的静电吸附，出现的1 556.4 cm-1是COO-的不对称伸缩振动吸收峰，这表明含有羧酸基团的DN-6以键合吸附的方式吸附在磷灰石表面并形成了羧酸盐。