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介绍一种抗硬水性磷矿常温浮选捕收剂

发布日期:2018-10-19   来源:矿道网   投稿者:虞梁雄   浏览次数:2561

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       磷矿浮选成本高,原因之一是药耗高和需加温浮选,以Na2CO3为例,每选别1t原矿耗5~8 kg Na2CO3,占浮选药剂费用70%以上,而Na2CO3的重要作用是调整矿浆中Ca2+浓度,以减少其对常用捕收剂脂肪酸盐的干扰。因此,降低药剂费用的关键是减少Na2CO3耗量。至于使用常温捕收剂可节省加热矿浆用煤耗,降低加工成本。据推算用于加温浮选每吨原矿需费用4~6元。本研究针对此问题,合成出抗硬水性好(即对抗Cat+干扰能力强)的捕收剂醚烷基磷酸酯,分别对磷灰石和方解石人工混合矿及磷矿石进行浮选试验,找到了选别优化条件,并对浮选机理进行了初步探索。

1捕收剂制备

1.1 醚烷基磷酸酯的合成

将脂肪醇聚氧乙烯醚加人250 mL三颈瓶中,加温熔解,加人少量正磷酸,然后加人P2O5,升温至80~90℃。反应4 h,酯化完后趁热用100目不锈钢筛网过滤,即得产品[Rm(OC2H4)nO]2P(O)OH。

原料不同(R结构及m,n不同),所得产物相应有别。将产品进行性能测试后得到复配所需醚烷基磷酸酯捕收剂(AEP )。反应所得产物均经红外光谱测试确认。

1.2 主要性质

AEP可用通式[Rm(OC2H4)nO]2P (O) OH表示。m值为12~18,n值为3~9,平均分子量为1002,密度为0.91 g/cm3(25℃)。外观为淡黄色黏稠状熔融物,属于可在水中分散级聚乙氧基酯。按照GB/T7831-93标准,测得AEP抗硬水评定分值为69分,而油酸钠为42分。可见AEP抗硬水性能优于油酸钠。25℃时表面张力为42.6 mN/m(浓度50 mg/L),AEP有较好的起泡能力,且对pH和温度变化不甚敏感。

2 混合矿浮选试验

2.1 矿样制备及试验方法

矿样采自湖北某磷矿,单矿物磷灰石和方解石经磨碎,用无水乙醇浸泡,蒸馏水清洗,放在干燥器内备用,~5μm级为电泳样,63~106μm粒级作浮选样。将磷灰石与方解石样按 1:1混匀,每次取样1g在单泡管中进行试验,用KNO3调整溶液离子强度,H2SO4和NaOH调整pH值,温度为25℃,气源为干燥的N2气。

2.2 试验结果

2.2.1 pH值对回收率的影响

在试验中AEP用量为50 mg/L,矿浆pH=8。试验结果如(图1)所示。

图1 pH(实线)和AEP用量 (虚线)与回收率关系

1和3-磷灰石;2和4-方解石

由图1可知,在pH < 4时方解石有较好的可浮性,当pH>8时磷灰石有较好的可浮性,在pH 8时两种矿物分选效果最好,捕收剂 AEP用量增加,两种矿物回收率均增加。当用量达到50 mg/L时,磷灰石回收率高达95%,而方解石回收率不到50%。

2.2.2Ca+2浓度对磷灰石回收率的影响

在AEP用量为50 mg/L,温度为25℃时,不同Ca+2浓度对磷灰石浮选的影响见图2。油酸钠作捕收剂的浮选试验结果亦画入图中以供对比。不难看出AEP浮选效果明显优于油酸钠,试验结果表明,它有较好的抗Ca+2干扰能力,水的硬度对其捕收性能影响不大。

图2 Ca2+浓度与磷灰石回收率

3磷矿石浮选试验

用AEP对天然磷矿石进行浮选试验最具实际意义,为此用某磷矿山生产矿石进行了浮选试验,试验矿样化学组成见表1。

表1 原矿主要化学组成

组分
P2O5
SiO2
MgO
S
Fe2O3
Al2O3
CaO
含量(%)
9.79
40.32
1.06
0.28
4.73
7.14
14.57

试验是在XFD浮选机中进行,试验流程为开路粗选,试验优化条件为:磨矿细度 63% -0.074mm,药剂添加量(kg/t原矿):Na2CO3 1.0、水玻璃0.8、WHL-Y 10.8、AEP 0.6。由于研究目的是降低碱耗和实现常温浮选,故重点考查了Na2CO3用量及浮选温度。捕收剂AEP宜在弱碱性介质中使用,随着Na2CO3用量增加,pH值上升,回收率虽有所提高,但精矿品位下降更快,Na2CO3用量取1.0 kg/t为宜。常温浮选试验分别用AEP与脂肪酸皂(棉籽油皂)作捕收剂,浮选磷矿石的对比试验结果见表2。

表2 不同捕收剂浮选对比试验结果

项 目
捕收剂用量(kg/t)
Na2CO3
 量Kg·t-1
WHL-Y1用量Kg·t-1
水玻璃用量
  Kg·t-1
精矿品位
(P205/%)
回收率
 (%)
浮选温度(℃)
说明
棉籽油皂
AEP
差值
0.60
0.63
6.0
1.0
5.0
0.80
0.80
  0
1.0
0.80
0.20
23.49
25.46
-1.97
91.33
90.48
-0.85
40
25
15
各自最优
浮选条件
差值
0.60
0.63
1.0
1.0
  0
0.80
0.80
  0
1.0
0.80
0.20
22.34
25.37
-3.03
40.47
90.61
-50.14
40
25
15
  相同
Na2CO3
  用量
差值
0.60
0.63
6.0
1.0
5.0
0.80
0.80
  0
1.0
0.80
0.20
28.1
25.5
2.65
43.97
90.01
-46.04
15
15
0
相同浮选
温度

表2中数据说明,在各自最优浮选条件下,两种捕收剂所得指标虽然相近(AEP稍好),但药耗相差显著,使用AEP作捕收剂时Na2CO3耗量仅为棉籽油皂时的1/6。从 15℃下的浮选指标可看出,AEP具有较好的耐低温性能,这显示了AEP在低碱、低温下的优越性。

4 浮选机理探讨

4.1 吸附特性

醚烷基磷酸酯(AEP)在溶液中存在下列平衡:

[Rm(OC2H4)nO]2P(O)OH→

[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-1 +H+

方解石和磷灰石用AEP溶液处理后,经红外光谱测定,发现方解石的红外光谱除存在方解石的特征吸收峰外,还存在1009.1 cm-1 (vP-O-C。脂肪链)、1166.8 cm-1(vC-O-C) , 1650 cm-1 (vP-O-Ca)附近吸收峰。磷灰石的红外光谱除存在磷灰石特征吸收外,还存在 1030.8 cm-1 (vP-O-C脂肪链)、1096 cm-1(vC-O-C)、1645 cm-1 (vP-O-Ca)、1259.2 cm-1(vP=O)附近吸收峰,这表明经AEP处理后的方解石和磷灰石不仅出现了AEP中某些结构特征吸收峰,还出现了P-O-Ca键的吸收峰,说明AEP与矿物表面发生了化学吸附。除化学吸附外,还存在着物理吸附。随着对矿物洗涤次数的增加,矿物上浮率下降的试验结果可证明这一结论。而pH 8时,AEP吸附试验结果表明,磷灰石对AFP的吸附量大于方解石。

4.2 矿物表面电性与可浮性关系

磷灰石与方解石在纯水及磷矿石矿浆澄清液中的Zata电位与pH值的关系如图3。

图3 Zeta电位变化与pH关系

··… 纯水 — 澄清液

1、2-磷灰石 3、4-方解石

由图3可知,在纯水中磷灰石表面Zata电位比方解石表面Zata电位更负,但在澄清液中却相反。产生该现象的原因是由于澄清液中Ca2+、 PO43-等难免离子所致。由于Ca3 (PO4)2的溶解度远低于CaCO3,电位相对较负的磷灰石表面在其阴离子活性质点优先吸附Ca2+离子,而电位相对较正的方解石表面将优先吸附PO43-离子,加之澄清液中Ca2+浓度比PO43-浓度高很多,于是就产生了表面电位逆转。许多学者的研究也证实了此现象。应该指出,这种表面电位逆转现象虽有利于磷灰石表面吸附[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-,对实现优先浮磷有实际意义,但两种矿物表面性质差异缩小会增加分选难度。因此在磷矿浮选中,调整适宜的矿浆pH值和选择有效的抑制剂是提高分选效率的重要技术措施。

4.3 Ca2+浓度对AEP捕收性能的影响

矿浆中Ca2+和Mg2+对磷矿石浮选产生不利影响已为实践证实。AEP捕收剂对抗Ca2+ 、Mg2+影响的能力远比一般脂肪酸捕收剂强。从图2可以看出,当Ca2+浓度大于200 mg/L后,用油酸钠作捕收剂的磷矿回收率显著下降,而在Ca2+浓度高达600mg/L时,对AEP的捕收能力也影响不大。这表明AEP的抗硬水能力强,受矿浆中Ca2+离子干扰小。究其原因,可能是醚基(氧原子)加人碳链,分子极性增加,溶解度增大,分散能力提高,使得捕收剂在矿浆中的有效成分相对攀高,从而提高了药剂的耐低温性。此外醚基氧原子有未配对的p电子,能与矿物表面金属离子生成氢键而被吸附,特别是分子中有多个乙氧基时,醚基能排列成类似冠醚的结构,吸附在矿物表面,使得烷基疏水性仍能保持良好的捕收性,补偿了因极性增强而削弱了的捕收性。此外,极性基中引入p原子有利于提高药剂选择性。

5 结束语

醚烷基磷酸脂(AEP)具有较强的抗硬水、对Ca2+、Mg2+离子影响不敏感,同时还有一定的耐低温能力。在弱碱性介质和低温矿浆中作磷矿捕收剂,有较好的选择性捕收能力。比用常用的脂肪酸类捕收剂浮选时的碱耗明显下降。同时节省了加温用煤耗,对降低磷矿选矿成本有明显作用。醚烷基磷酸脂与磷石灰和方解石表面存在着化学吸附和物理吸附,在pH= 8时,磷灰石和方解石较易分选。捕收剂有效成分为[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-。

参考文献:

西尔弗斯坦RM,巴勒斯GC,莫里尔TC.有机化合物光谱鉴定[M].北京:科学出版社.1982

邵绪新,郭梦雄.有色金属(选矿部分),1993(5):14~18

Somasundanan,等.国外金属选矿,1993(4):40~45

关键词TAG: 方解石
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