新型捕收剂DTL-1对悬浮焙烧三水铝石的浮选试验

朱一民 王 燕 张 婧 谷晓恬 李艳军1

（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）

随着工业化进程的加快，优质铁矿资源逐渐减少，因此高效利用国内外储量较为丰富的高铝铁矿石具有重要意义［1］。已有学者采用焙烧—磁选工艺处理含铝铁矿石，但获得的铁精矿产品中Al2O3含量较高，这会对烧结和冶炼产生许多不良影响，因此需要对含铝铁精矿进行降铝处理［2-6］。磁选混合铁精矿的阴离子反浮选工艺大多存在着药剂选择性不佳、用量较大、对温度要求敏感等缺点［7-9］，因此研制出选择性高、捕收能力强、耐低温的优良捕收剂势在必行。本实验通过浮选法实现铁铝分离，将为铁精矿降铝研究提供新的思路。

本研究采用东北大学实验室自制的新型阴离子捕收剂DTL-1，在单矿物试验和人工混合矿试验基础上，研究DTL-1对某悬浮焙烧三水铝石的捕收效果，并结合表面动电位和红外光谱探讨了新型阴离子捕收剂DTL-1在矿物表面的作用机理。

1 试验矿样及试剂

1.1 试样性质

赤铁矿单矿物取自辽宁省弓长岭矿区，经人工挑拣、破碎、湿磨、摇床分选、弱磁选后得赤铁矿精矿，筛取-0.045 mm粒级，进行悬浮焙烧试验。焙烧条件为：CO浓度30%、焙烧温度560℃、焙烧时间25 min，得到的焙烧产品在磁场强度为79.62 kA/m的条件下进行弱磁选，获得的弱磁精矿作为试验用铁矿样。对其进行X射线衍射分析和化学多元素分析，结果分别如表1和图1所示。

由表1和图1可知，赤铁矿基本转化为磁铁矿，其中FeO含量为26.17%，杂质SiO2含量为0.46%，Al2O3含量为0.23%，可作为单矿物和人工混合矿的浮选试验用样。

三水铝石单矿物取自云南省文山马关县，经人工挑拣，磨细，取-0.045 mm粒级进行悬浮焙烧试验。焙烧条件为：CO浓度30%、焙烧温度560℃、焙烧时间25 min，得到的焙烧产品作为铝矿样用于浮选试验。对其进行了X射线衍射分析和化学多元素分析，结果分别如表2和图2所示。

由表2和图2分析可知，铝矿样中Al2O3含量为96.36%，其余杂质含量均小于0.1%，可作为单矿物和人工混合矿的浮选试验用样。

1.2 试验药剂

试验所用试剂见表3。

2 试验方法

2.1 单矿物和人工混合矿试验方法

单矿物浮选试验在XFGII挂槽浮选机上进行，浮选机主轴转速为1 992 r/min。称取2.0 g矿样于浮选槽中，加入30 mL去离子水后搅拌3 min，依次加入pH调整剂、捕收剂，每次加药后搅拌3 min，刮泡3 min，将刮出的泡沫产品和槽内产品分别烘干后称重，计算回收率。温度条件试验时需要将浮选用去离子水进行加热处理。

在单矿物试验基础上，进行人工混合矿试验（铁矿样与铝矿样的质量比为15.67∶1，其中Al2O3品位约为5.95%），称取3.0 g人工混合矿于浮选槽中，加30 mL去离子水，搅拌3 min后依次加入pH调整剂、捕收剂，每次加药后搅拌3 min，刮泡3 min，将刮出的泡沫产品和槽底产品分别烘干后称重，计算产率、回收率以及铝的脱除率。

2.2 动电位测量方法

首先将矿样在玛瑙研钵中进行研磨，然后称取20 mg矿样和40 mL蒸馏水置于50 mL烧杯中，并将其在磁力搅拌器上搅拌5 min，随后加入pH调整剂搅拌1 min，再加入捕收剂搅拌8 min，停止搅拌后静置5 min，最后取上清液进行动电位测量，每个试样测量3次，取平均值作为动电位的最终测量值。

2.3 红外光谱检测方法

利用FITR-740型傅立叶变换红外光谱仪对与药剂作用前后矿物的红外光谱图进行测定。将待测矿样进一步磨细至-5 μm，采用溴化钾压片法制样，即取1 mg矿样与100 mg光谱纯的KBr于研钵中充分混合，并用专门的压片模具进行压片。

3 试验结果及讨论

3.1 单矿物浮选试验

3.1.1 捕收剂DTL-1用量对铝矿样可浮性的影响

图3所示为在矿浆自然pH值（pH=7.35）、浮选温度25℃条件下，捕收剂DTL-1用量对铝矿样回收率的影响。

由图3可知：随着捕收剂DTL-1用量的增加，铝矿样的回收率呈现先上升后趋于稳定的趋势；当DTL-1用量为12.5 mg/L时，铝矿样的回收率为84.43%；DTL-1用量大于50 mg/L后，铝矿样回收率没有明显变化。因此，综合考虑经济效益，铝矿样要达到较好的上浮效果所对应的DTL-1用量为12.5 mg/L。

3.1.2 矿浆pH值对铝矿样可浮性的影响

图4所示为在浮选温度25℃、捕收剂DTL-1用量12.5 mg/L的条件下，pH值对铝矿样回收率的影响。

由图4可知，当pH值在2.0～8.0的范围内变化时，铝矿样的回收率基本稳定，当pH值大于8.0之后，回收率急剧下降。由此可见，DTL-1对pH值的适用范围较宽，pH值在2.0～8.0时，铝矿样的回收率均能达到80%以上，其中pH值为8.0时，铝矿样的回收率为88.74%。

3.1.3 温度对铝矿样可浮性的影响

图5所示为在矿浆pH=8.0、捕收剂DTL-1用量12.5 mg/L条件下，温度对铝矿样回收率的影响。

由图5可知：随着温度的升高，铝矿样的回收率呈现出先升高后降低的趋势；在浮选温度为25℃时，铝矿样的回收率最高，为91.21%。因此捕收剂DTL-1可以在常温下使用。

3.2 人工混合矿浮选试验

3.2.1 捕收剂DTL-1用量试验

图6所示为在矿浆自然pH值（pH=6.95）、浮选温度为25℃条件下，捕收剂DTL-1用量对人工混合矿浮选指标的影响。

由图6可知：随着捕收剂DTL-1用量的升高，TFe品位呈先升高后趋于稳定的趋势，而TFe回收率呈先降低后趋于稳定的趋势；Al2O3品位逐渐降低，铝的脱除率逐渐升高。综合考虑，确定捕收剂用量为12.5 mg/L时，DTL-1对铁精矿反浮选脱铝的效果最好，此时，精矿TFe品位为70.70%，TFe回收率为80.00%，Al2O3品位由5.95%降低到1.70%，铝的脱除率为78.10%。

3.2.2 pH值试验

图7所示为在捕收剂DTL-1用量为12.5 mg/L、浮选温度为25℃条件下，矿浆pH值对人工混合矿浮选指标的影响。

由图7可知：随着矿浆pH值的升高，TFe品位呈先升高后降低的趋势，TFe回收率则与之相反；Al2O3品位呈先降低后升高的趋势，铝的脱除率则先升高后降低。综合考虑，确定浮选pH值为8.0，此时，TFe品位为70.67%，TFe回收率为76.11%，Al2O3品位由5.95%降低到1.93%，铝的脱除率为74.72%，可以实现二者的有效分离。所以DTL-1在铁精矿反浮选脱铝时，在pH＜8.0的条件下，脱铝效果较好。

3.3 表面动电位分析

图8所示为在不同pH值条件下，加入捕收剂DTL-1前后，铝矿样表面动电位的变化。

由图8可知，铝矿样的零电点为pH=9.0，当pH＞9.0时，铝矿样表面带负电，当pH＜9.0时，铝矿样表面带正电。加入捕收剂DTL-1后，随着pH值的升高，铝矿样的表面动电位向负方向移动；当pH值大于10.0时，铝矿样的表面净剩电荷与不加捕收剂时相比变化较小，铝矿样表面动电位基本不移动，此时铝矿样的浮选回收率极速下降；当pH值为8.0时，捕收剂DTL-1与矿物之间存在静电力吸附，同时也可能存在化学吸附和氢键吸附，此时铝矿样的浮选回收率较高，铁矿样的回收率较低，二者出现较大的浮游差，有利于实现二者的分离。

3.4 红外光谱分析

3.4.1 捕收剂DTL-1的红外光谱分析

捕收剂DTL-1的红外光谱图如图9所示。

由图 9可知，2 924.17 cm-1和 2 852.95 cm-1分别是亚甲基（—CH2—）的反对称和对称伸缩振动峰，3 419.00 cm-1是羟基（—OH）的伸缩振动吸收峰，1 636.61 cm-1是羧基（—COOH）中羰基（—C=O）的伸缩振动吸收峰，545.79 cm-1是C—Br伸缩振动吸收峰［10］。

3.4.2 与捕收剂DTL-1作用前后铝矿样的红外光谱分析

在pH值为8.0，捕收剂DTL-1用量为12.5 mg/L条件下，与捕收剂DTL-1作用前后铝矿样的红外光谱分析结果如图10所示。

从图10可知，3 417.22 cm-1是吸附水氢键的特征吸收峰，1 637.39 cm-1和1 400.87 cm-1是水中羟基（—OH）的伸缩振动吸收峰，1 087.36 cm-1是铝矿样的特征峰，470.27 cm-1处的吸收峰则是由A1—O键的伸缩振动造成的［11］。当铝矿样与捕收剂作用后，除了铝矿样的自身谱带外，3 417.22 cm-1处的吸附水氢键的振动吸收峰偏移至3 446.72 cm-1，偏移量为29.5 cm-1，可能是来自层间水和羟基铝中的O—H伸缩振动［12］导致的，470.27 cm-1处A1—O键的吸收峰消失，此时出现了562.80 cm-1处的C—Br伸缩振动吸收峰，说明有捕收剂DTL-1吸附在铝矿样表面发生了化学吸附，由于化学吸附的作用，生成了某种难溶的表面化合物或稳定的络合物，这也就解释了在pH值为8.0的条件下，使用捕收剂DTL-1浮选铝矿样时，浮选回收率高达91.21%。综合上述分析可知，铝矿样与捕收剂DTL-1之间存在着静电吸附、氢键吸附和化学吸附。

4 结论

（1）在常温条件下，DTL-1即可对铝矿样取得较好的捕收效果；DTL-1对pH值的适用范围较宽，当pH值在2.0～8.0之间时，铝矿样的回收率均能达到80%以上；当pH值为8.0、捕收剂用量为12.5 mg/L时，单矿物浮选试验可获得Al2O3回收率91.21%的指标，人工混合矿浮选试验可获得TFe品位70.67%，TFe回收率76.11%，Al2O3品位1.93%，铝的脱除率为74.72%的选别指标。

（2）表面动电位分析和红外光谱分析结果表明，捕收剂DTL-1与铝矿样之间存在着静电吸附、氢键吸附和化学吸附。