煤油辅助十二胺浮选尖山铁矿实验_石婷.pdf

煤油辅助十二胺浮选尖山铁矿实验石婷 1,2，刘安 3，樊民强 3（1.山西农业大学资源环境学院，山西 晋中 030801；2.山西农业大学生态环境产业技术研究院，土壤环境与养分资源山西省重点实验室，山西 太原 030031；3.太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024）摘要：本文从药剂组合的理念出发，以煤油作为辅助捕收剂部分替代价格昂贵的十二胺，配制不同组成的十二胺-煤油混溶捕收剂，研究了该药剂的对尖山铁矿以及石英纯矿物的分选规律，通过显微图像分析了混溶捕收剂的作用机理，并通过闭路流程实验与传统药剂十二胺进行了对比。结果表明：混溶捕收剂中十二胺的较佳比例为 40%，在这个比例下，煤油的增效效果最明显；煤油的加入强化了细粒石英的聚团过程显著提高了细粒级石英的回收率；通过闭路流程实验，以十二胺-煤油作为捕收剂，可以得到 TFe 品位 68.57%，回收率 96.72%的铁精矿。与传统阳离子捕收剂十二胺相比，十二胺-煤油选择性更优兼具经济效益，具有良好的应用价值。关键词：煤油；增效；聚团；分选规律doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.01.022中图分类号:TD985;TD923 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）01016206 我国铁矿资源存在着贫、细、杂的特点，特别是其伴生的脉石矿物石英的存在，会导致高炉利用系数增大，难以满足高炉冶炼的要求1-2。余永富院士出了“提铁降硅”的学术思想，在铁矿浮选的工业实践中，反浮选脱硅工艺已被证实是较为有效的方法。铁矿反浮选脱硅工艺主要分为阳离子反浮选和阴离子反浮选工艺3。阴离子反浮选工艺存在药剂制度复杂，捕收剂需要加温浮选的问题。阳离子反浮选工艺药剂制度相对简单，但是阳离子捕收剂需要酸化污染环境，且药剂成本过高4。为了降低药剂成本，在浮选工业实践中，常常会用更为经济的药剂部分取代成本较高的药剂，通过组合用药的方式，发挥不同药剂之间的选择性与活性，通过协同作用达到降低药剂成本的目的5。近年来，非极性油作为天然疏水性矿物、亲水性矿物以及微细粒矿物的捕收剂以及辅助捕收剂得到了广泛关注,笔者也进行了煤油作为十二胺的辅助捕收剂浮选石英的系列研究，结果表明煤油作为辅助捕收剂具有显著的协同作用，这是因为十二胺-煤油混溶捕收剂添加到矿浆中后，煤油是以表面吸附十二胺的形式存在，荷正电的活性油珠强化了煤油与矿物的粘附过程，从而表现出强烈的协同作用6-10。本文正是基于笔者前期研究基础之上，针对铁矿阳离子反浮选工艺中存在的捕收剂需要酸化污染环境以及药剂成本过高的问题，将煤油作为辅助捕收剂配制成十二胺-煤油混溶捕收剂，考查了混溶捕收剂对石英纯矿物的分选规律，并研究了混溶捕收剂对尖山铁矿的分选规律。1实验原料与药剂 1.1实验原料实验所用铁矿来自娄烦尖山铁矿，矿石矿物组成及矿石类型简单，主要矿物为石英、磁铁 收稿日期:2021-10-30；修回日期:2022-02-10基金项目:国家自然科学基金（51704208）作者简介:石婷（1989-），女，硕士，讲师，主要从事固体废物处理方面的研究。通信作者:刘安（1987-），女，博士，讲师，主要从事浮选药剂合成以及固体废物处理方面的研究。矿产综合利用 162 Multipurpose Utilization of Mineral Resources2023 年矿物加工工程矿，矿石类型为石英型磁铁矿及闪石型磁铁矿；矿物粒度一般为 0.020.10 mm，其中磁铁矿矿物的平均粒度为 0.061 mm，石英矿物的平均粒度为0.052 mm11。化学多元素分析结果见表 1，粒度组成见表 2。实验所用的石英纯矿物取自河北灵寿，石英经破碎分级后，分成粗粒级石英以及细粒级石英，其中粗粒级石英中位径 d50为 126.4 m；细粒级石英中位径 d50为 27.6 m。由表 2 可知，0.038 mm 粒级为矿样的主要粒级，产率为 44.57%；磁铁矿主要分布于-0.038 mm粒级，该粒级 TFe 品位为 67.61%；石英主要分布0.0450.074 mm 粒级，该粒级SiO2品位为16.62%，+0.074 mm 粒级石英品位最高，高达 44.82%；总的来说，矿物粒度越细，磁铁矿质量越高，脉石矿物石英含量越少。表 1 尖山铁矿化学多元素分析结果/%Table 1 Results of multi-elements chemical analysis of Jianshan oreTFeFe3O4SiO2Al2O3CaOMgONa2OPFeOMnOSK2O63.6587.6510.1870.260.310.330.0190.01527.480.0390.0260.0061 表 2 尖山铁矿筛析结果Table 2 Basic properties of Jianshan ore sample粒级/mm产率/%品位/%分布率/%FeSiO2FeSiO2+0.0743.6244.3544.822.5115.720.0450.07427.9559.1116.6225.8944.980.0380.04523.8665.188.0224.3718.53-0.03844.5767.614.8147.2320.78合计100.0063.8110.33100.00100.00 1.2实验药剂实验所用的十二胺以及盐酸均为分析纯，煤油为化学纯。捕收剂十二胺盐酸盐溶液是将等摩尔的十二胺与盐酸混合配制而成，浓度为 1%。十二胺-煤油混溶捕收剂是将不同质量比的十二胺与煤油混合，摇匀，50 水浴加热配制成均相溶液。2实验结果与分析 2.1十二胺-煤油混溶捕收剂浮选尖山铁矿浮选行为的影响为了解混溶捕收剂组成对矿物浮选行为的影响，配制了十二胺含量 20%、30%、40%、50%、60%、80%以及 90%的十二胺-煤油混溶捕收剂，研究了不同组成的混溶捕收剂的浮选行为，并对比了当量条件下纯十二胺与混溶捕收剂的浮选效果，前期通过药剂用量实验确定捕收剂用量为 120 g/t，实验结果见图 1。从图 1 中可以看出，以十二胺-煤油作为捕收剂时，铁精矿品位随着十二胺比例的增大逐渐增大；与十二胺对比，煤油的加入具有显著的增效效果，少量煤油的加入就可大幅提升铁精矿品位，从选矿效率这一综合指标来看，随着煤油含量占比的增加呈现出先增大后减小的趋势，比较两者之间的增幅的差值可知，十二胺的较佳比例为 40%50%，该条件下选矿效率增幅接近 30%，明显优于其他药剂配比。此外，与纯十二胺用量 120 g/t 的浮选指标（十二胺含量占比100%）相比，十二胺含量 40%50%这个区间左右，选矿效率高于纯十二胺，十二胺含量占比40%以上时，品位高于纯十二胺，这意味着，将近60%的十二胺可以被煤油取代而不影响甚至提升浮选效果。70605040302010737271706968676665品位/%选矿效率/%0.20.40.60.81.0十二胺用量/(gt1)十二胺含量占比十二胺品位/%十二胺-煤油品位/%十二胺选矿效率/%十二胺-煤油选矿效率/%24364860728496108 120图 1 十二胺-煤油混溶捕收剂浮选尖山铁矿指标Fig.1 Effect of DDA-Kerosene composition on flotation ofmagnetic separation concentrate 2.2十二胺-煤油混溶捕收剂对尖山铁矿各粒级矿物浮选行为的影响十二胺-煤油混溶捕收剂在铁矿浮选中表现出了明显的优势，为了解捕收剂对原矿中各粒级矿物浮选行为的影响，将精矿及泡沫（尾矿）产品进行了筛分实验，实验结果见图 25。从图 2 可知，十二胺含量 20%时石英的回收率很低，当十二胺含量增大至 40%时，石英上浮率大幅增加，其中-0.038 mm 粒级石英回收率增大至 90%以上，继续增大十二胺含量，-0.038 mm、0.0380.045 mm 以及 0.0450.074 mm 三个粒级石英上浮率小幅增大；而+0.074 mm 粒级石英的回收率显第 1 期2023 年 2 月石 婷等：煤油辅助十二胺浮选尖山铁矿实验 163 著增大，这说明粗粒石英比较难浮需要较多的十二胺。在十二胺比例 40%时，大部分细粒级石英上浮，对比 40%十二胺-煤油混溶捕收剂与纯十二胺（十二胺占比为 100%）的浮选指标可知，煤油的加入显著提高了-0.038 mm、0.0380.045 mm 以及 0.0450.074 mm 粒级石英的回收率，这说明煤油的协同作用主要体现在细粒级石英的浮选当中。回收率/%0.20.40.60.81.01009080706050403020+0.074 mm0.0450.074 mm0.0380.045 mm0.038 mm十二胺含量占比图 2 尾矿中各粒级石英的回收率Fig.2 SiO2 recovery of froth product in different size fraction 对尾矿中磁铁矿的上浮情况也做了分析，结果见图 3。结果表明十二胺的较佳比例为 40%，这一药剂制度下 0.0380.045 mm、0.0450.074 mm以及+0.074 mm 这三个粒级磁铁矿的损失率较低；继续增大十二胺的用量，磁铁矿的损失情况愈发严重，其中-0.038 mm 粒级损失最严重，最高可达到 25%左右，这说明十二胺的用量增大会显著增加细粒磁铁矿损失率。回收率/%0.20.40.60.81.06050403020100+0.074 mm0.0450.074 mm0.0380.045 mm0.038 mm十二胺含量占比图 3 尾矿中各粒级铁矿的回收率Fig.3 Fe recovery of froth product in different size fraction 精矿产品中各粒级 TFe 的品位结果（图 4）表明矿物粒度越细，精矿 TFe 品位越高，这与原矿组成相吻合；图 5 表明粗粒级石英较难上浮，随着十二胺含量的增大，精矿中粗粒级 SiO2品位下降明显；在不考虑粗粒级石英浮选的情况下，十二胺含量达到40%左右，0.0450.074 mm、0.0380.045 mm 以及-0.038 mm 这三个粒级石英的回收率基本维持在同一水平。品位/%0.20.40.60.81.0807060504030+0.074 mm0.0450.074 mm0.0380.045 mm0.038 mm十二胺含量占比图 4 精矿产品中各粒级 TFe 品位Fig.4 TFe grade of the concentrate in different size fraction 品位/%0.20.40.60.81.050403020100+0.074 mm0.0450.074 mm0.0380.045 mm0.038 mm十二胺含量占比图 5 精矿产品中各粒级 SiO2品位Fig.5 SiO2 content of the concentrate in different size fraction 通过上述一系列的实验表明，针对原矿性质而言，为了去除原矿中粗粒级的石英，需要增大混溶捕收剂中十二胺的含量，而增大十二胺含量则会导致细粒级磁铁矿的损失增大，综合比较这两个参数，在十二胺比例 40%时，大部分细粒级石英可被去除；此外，考虑到药剂成本因素，由于煤油价格远低于十二胺，因此，在浮选指标接近的情况下，十二胺含量越低越好，结合论文 2.1部分的实验结果，确定十二胺-煤油混溶捕收剂中十二胺：煤油含量的较佳配比为 40%60%（WDDA=40%）。2.3十二胺-煤油混溶捕收剂对石英浮选行为的影响为了准确了解混溶捕收剂对不同粒度石英浮选的影响规律，实验对比了十二胺以及十二胺-煤油（十二胺用量 40%）对粗粒石英以及细粒石英的浮选效果。从图 6 可知，粗粒石英的可浮性明 164 矿产综合利用2023 年显优于细粒石英，这是由于细粒石英比表面积较大，为了达到矿物足够上浮条件下的捕收剂覆