赤鐵礦與高嶺石的浮選行為研究

我國(guó)廣西、安徽等地以及毗鄰的東南亞國(guó)家儲(chǔ)量豐富的含鋁高的鐵礦石未得到有效利用。隨著現(xiàn)有可利用的優(yōu)質(zhì)鐵礦資源逐漸減少，充分開發(fā)利用這類資源，實(shí)現(xiàn)鐵與鋁、硅的高效分離，對(duì)緩解我國(guó)鐵礦資源嚴(yán)重短缺的壓力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。欲實(shí)現(xiàn)鐵、鋁、硅的有效分離，浮選藥劑的選擇至關(guān)重要。

研究的鮞狀赤鐵礦中的脈石礦物主要是高嶺石，因此，本文主要研究赤鐵礦和高嶺石的浮選行為，通過(guò)純礦物浮選試驗(yàn)探索能有效分離赤鐵礦與高嶺石合適的藥劑，為實(shí)際礦石的分選提供參考依據(jù)。

1、純礦物制備

試驗(yàn)所用的赤鐵礦純礦物是經(jīng)浮選后的赤鐵礦精礦，因此在赤鐵礦的表面附著一層浮選藥劑。脫出藥劑的主要方法主要分為3類：機(jī)械脫藥法、化學(xué)及物理化學(xué)法、特殊法。鑒于實(shí)驗(yàn)室可操作性，采用活性炭吸附法脫出赤鐵礦浮選精礦的浮選藥劑。用溫水反復(fù)沖洗赤鐵礦精礦4~5次，使浮選藥劑在赤鐵礦表面脫離；在礦漿中加入浮性炭，攪拌，放置5h后過(guò)濾、烘干，篩除赤鐵礦中的活性炭。使用SLon-100周期脈動(dòng)式高梯度磁選機(jī)對(duì)高嶺土進(jìn)行強(qiáng)磁選，采用一粗一精強(qiáng)磁選，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.5T的條件下除去高嶺土中的磁性雜質(zhì)，過(guò)濾、烘干得到高嶺石純礦物。純礦物的分析結(jié)果見表1。

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1、試驗(yàn)方法

純礦物浮選試驗(yàn)在40ml掛槽浮選機(jī)內(nèi)進(jìn)行，每次試驗(yàn)礦量為5g，蒸餾水為25ml，抑制劑和捕收劑的作用時(shí)間為1min，浮選時(shí)間為5min。將上浮物收集過(guò)濾、烘干、稱重，計(jì)算浮選回收率，并比較不同浮選藥劑體系中赤鐵礦和高嶺石的浮選行為。

2.2、捕收劑對(duì)赤鐵礦與高嶺石浮選行為的影響

捕收劑是在礦漿中能夠吸附在礦物表面，形成疏水薄膜，使礦物的疏水性增大，使礦粒牢固地附著于氣泡而上浮，從而增加礦物可浮性的藥劑。捕收劑能力的強(qiáng)弱、選擇性好壞都決定著分離效果，通過(guò)純礦物試驗(yàn)，分別考慮脂肪酸類、羥肟酸和胺類捕收劑對(duì)赤鐵礦、高嶺石浮選行為的影響。

2.2.1、脂肪酸類捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響

在自然條件下，通過(guò)考慮捕收劑TS、MG的不同用量對(duì)浮選效果的影響，以確定合適的藥劑種類及用量。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1（a）中看出，使用TS作為捕收劑時(shí)，高嶺石和赤鐵礦的浮選回收率均先上升后下降，在TS捕收劑用量為2.4kg/t時(shí)，兩者浮選回收率差值達(dá)到相對(duì)較大，為1.74%。從圖1（b）可看出，用MG作為捕收劑時(shí)，隨著MG捕收劑用量的增多，赤鐵礦和高嶺石的浮選回收率均呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)。赤鐵礦的浮選回收率在MG用量約為2.2kg/t時(shí)達(dá)到最大，為18.37%，而高嶺石的浮選回收率在MG用量為1.0kg/t時(shí)達(dá)到最大，為10.51%。綜合圖1（b）中可以看出，當(dāng)MG的用量為2.4kg/t時(shí)，赤鐵礦和高嶺石浮選回收率差值相對(duì)較大，為10.47%。因此選定MG作為捕收劑，且用量為2.4kg/t。

確定MG作為捕收劑且用量為2.4kg/t的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)礦漿的pH值，考察MG捕收劑在不同pH值條件下對(duì)赤鐵礦和高嶺石浮選回收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可看出，在pH=7時(shí)，高嶺石和赤鐵礦兩種礦物的浮選回收率差值達(dá)到最大，最大值為10.47%。

2.2.2、羥肟酸類捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響

在自然條件下，通過(guò)考察捕收劑苯甲羥肟酸、水楊羥肟酸、烷基羥肟酸鈉的不同用量對(duì)浮選效果的影響，以確定合適的藥劑種類及用量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，苯甲羥肟酸和水楊羥肟酸用量的多少，幾乎對(duì)浮選效果沒有影響，赤鐵礦和高嶺石的浮選回收率極低，兩者的浮選回收率差值更是幾乎為0，所以只考察烷基羥肟酸鈉對(duì)赤鐵礦與高嶺石浮選效果的影響。烷基羥肟酸鈉對(duì)赤鐵礦與高嶺石浮選效果的影響。烷基羥肟酸鈉用量試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3可看出，使用烷基羥肟酸鈉作為捕收劑且用量為2.4kg/t時(shí)，赤鐵礦和高嶺石浮選回收率差值相對(duì)較大，為16.32%。因此選定烷基羥肟酸鈉作為合適的捕收劑，且用量為2.4kg/t。

在上述試驗(yàn)中所確定烷基羥肟酸鈉捕收劑用量的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)礦漿的pH值，考察烷基羥肟酸鈉捕收劑在不同pH值條件下對(duì)赤欠缺礦和高嶺石浮選回收率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可看出，烷基羥肟酸鈉在pH=7時(shí)，高嶺石和赤鐵礦兩種礦物的浮選回收率差值相對(duì)較大，為16.32%。

2.2.3、胺類捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響

針對(duì)礦石性質(zhì)、種類，在自然條件下，通過(guò)考察TY6、LF-4、醚胺3種捕收劑用量對(duì)浮選效果的影響，確定合適的藥劑用量及種類。

其中，TY6為混合胺類氧化鋅捕收劑、鐵脫硅劑；LF-4為混合鏈的混合第一胺經(jīng)多種表面活性劑和用機(jī)劑反應(yīng)配制而成，呈黃色膏狀，易熔于水，無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕性，屬于環(huán)保產(chǎn)品，有效活性達(dá)到75%~85%，對(duì)礦石具有較好的選擇性。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可看出，使用TY6、LF-4以及醚胺作為捕收劑浮選高嶺石和赤鐵礦時(shí)，使用TY6、LF-4、醚胺捕收劑對(duì)赤鐵礦和高嶺石浮選回收率差值相對(duì)較大。

在上述試驗(yàn)中所確定TY6、LF-4、醚胺3種捕收劑用量的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)礦漿的pH值，考察3種捕收劑在不同pH值條件下對(duì)赤鐵礦和高嶺石浮選回收率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

從圖6中可看出，TY6、LF-4在pH=9、醚胺在pH=7時(shí)，高嶺石和赤鐵礦兩種礦物的浮選回收率差值達(dá)到最大。

高嶺石的零電點(diǎn)為pH=3.4，赤鐵礦零電點(diǎn)為ph=5.0~6.7，從理論講，pH值應(yīng)在3.0~6.0之間，高嶺石表面帶負(fù)點(diǎn)，赤鐵礦表面帶正電，用陽(yáng)離子胺類捕收劑同礦物發(fā)生靜電作用，達(dá)到分離。

在堿性條件下，分離效果好，分析其原因主要有：

（1）堿性條件下，在赤鐵礦表面，玉米淀粉與捕收劑發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，其吸附能力強(qiáng)于捕收劑；

（2）捕收劑在礦物表面的吸附方式主要為化學(xué)鍵合吸附，而非單純的靜電吸附；

（3）隨著pH的增加，赤鐵礦表面與氫氧根作用形成親水性的Fe(OH)3，而高嶺石表面電負(fù)性增強(qiáng)，以至于在和捕收劑作用時(shí)，高嶺石競(jìng)爭(zhēng)能力大于赤鐵礦，從而達(dá)到分離。

對(duì)比3種體系的試驗(yàn)可知，由于TY6、LF-4、醚胺3種捕收劑對(duì)赤鐵礦和高嶺石浮選回收率差值均較大，因此，在相應(yīng)的pH條件下對(duì)TY6、LF-4、醚胺3種捕收劑分加盟進(jìn)行協(xié)同用藥試驗(yàn)。

2.2.4、捕收劑協(xié)同用藥試驗(yàn)

協(xié)同用藥劑一般選擇一種捕收能力強(qiáng)的和一種選擇性好的，有利于提高分選效果。按照上述分析確定的浮選藥劑種類、藥劑用量以及浮選礦漿pH值條件，即捕收劑TY6的用量為1.0kg/t，LF-4、醚胺用量均為1.4kg/t，TY6、LF-4在pH為9、醚胺在pH為7的條件下，進(jìn)行協(xié)同用藥試驗(yàn)研究，考察柴油和十二烷基硫酸鈉兩種藥劑人乍為輔助捕收劑時(shí)，對(duì)浮選效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

由圖7（a）可看出，柴油用量的變化對(duì)高嶺石浮選回收率的影響不大，而對(duì)赤鐵礦的浮選回收率影響較大。在使用LF-4+柴油作為捕收劑時(shí)，赤鐵礦的浮選回收率隨著柴油用量的增多而上升，且赤鐵礦和高嶺石的浮選回收率差值最大發(fā)生在LF-4+柴油且柴油用量為0.12kg/t，為83.23%。

由圖7（b）可知，十二烷基硫酸鈉對(duì)高嶺石浮選回收率的影響不大，但是對(duì)赤鐵礦的浮選回收率的影響圈套。在使用TY6+十二烷基硫酸鈉作為捕收劑時(shí)，赤鐵礦的浮選回收率隨著十二烷基硫酸鈉用量的增加而減少，這是因?yàn)槭榛蛩徕c作為輔助捕收劑時(shí)，產(chǎn)生了負(fù)協(xié)同效應(yīng)，抑制了赤鐵礦的上浮。因此在不添加十二烷基硫酸鈉時(shí)，赤鐵礦和高嶺石的浮選回收率差值相對(duì)較大，為26.08%。

比較圖7的試驗(yàn)結(jié)果可知，在礦漿pH為9，捕收劑1.0kg/t（LF-4）與輔助捕收劑0.12kg/t（柴油）相結(jié)合的條件下，赤鐵礦浮選回收率為85.48%，高嶺石的浮選回收率為2.25%，差值達(dá)到最大，為83.23%，是在所使用的捕收劑中使赤鐵礦和高嶺石浮選回收率有效期值最大的捕收劑。因此，使用LF-4+柴油作為捕收劑，對(duì)抑制劑進(jìn)行篩選。

3、結(jié)論

（1）試驗(yàn)表明，捕收劑LF-4具有良好的捕收性和選擇性，適用于浮選赤鐵礦。通過(guò)試驗(yàn)確定較佳浮選條件為：當(dāng)LF-4的用量為1.4kg/t、柴油用量為0.12kg/t時(shí)，赤鐵礦的浮選回收率為85.48%、高嶺石的浮選回收率為2.25%，其浮選回收率差值最大，達(dá)到了較好分選效果。

（2）在脂肪酸和羥肟酸類浮選體系中，雖然均是在pH=7的自然條件下，使赤鐵礦和高嶺石產(chǎn)生浮選回收率差值，但是效果均不佳，脂肪酸類捕收劑最佳浮選回收率為10.47%，羥肟酸類捕收劑的浮選回收率也僅為16.32%，其浮選回收率差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及胺類浮選體系中的浮選回收率差值。

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，藥劑協(xié)同效果一般要優(yōu)于單一用藥效果。如本次試驗(yàn)，單一使用胺類捕收劑LF-4時(shí)，其浮選回收率差值為26.08%，而使用LF-4與柴油藥劑協(xié)同作用，使得赤鐵礦與高嶺石的浮選回收率差值有所提高，浮選回收率差值最大為83.23%。但是由于使用十二烷基硫酸鈉作為捕收劑協(xié)同用藥時(shí)，產(chǎn)生了負(fù)協(xié)同作用，使赤鐵礦浮選回收率下降，所以不采用其作為捕助捕收劑。

（4）胺類捕收劑的一般特點(diǎn)是與礦物作用快、分選效果好，具有一定的起泡能力，所以浮選時(shí)，不用另外加入起泡劑，但胺類捕收劑用量不宜過(guò)多，否則會(huì)推動(dòng)選擇性；胺類捕收劑在浮選分離赤欠缺礦和高嶺石時(shí)，應(yīng)在堿性條件下進(jìn)行，能達(dá)到有效地分離效果。

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