新型螯合型捕收劑DXL對金紅石捕收性能研究

朱一民 張 毓 李小雪 李艷軍 韓躍新

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧沈陽110004；2.東北大學2011鋼鐵共性技術協同創新中心，遼寧沈陽110004；3.遼寧省難采選鐵礦石高效開發利用技術工程實驗室，遼寧沈陽110004）

浮選是分選細粒金紅石的有效方法，金紅石新型浮選藥劑及其作用機理的研究是金紅石浮選的重要研究方向，也是金紅石資源高效綜合利用的關鍵。金紅石浮選藥劑的開發在金紅石的浮選中占有重要的地位，研究高效、低毒、低成本的捕收劑，具有重要意義［1-2］。

目前，關于金紅石浮選捕收劑進行了很多研究。王軍等［3］以油酸鈉作為捕收劑進行金紅石單礦物浮選單因素條件試驗，結果表明，當溶液pH=7.3～7.7、油酸鈉用量為20 mg/L時，金紅石回收率最高，為85.27%，在此基礎上進行的金紅石表面Zeta電位測定、紅外光譜分析及浮選溶液化學計算表明，油酸鈉在金紅石表面主要發生了化學吸附；劉貝等［4］以棗陽難選金紅石礦為研究對象進行浮選試驗，證明了組合捕收劑的選礦指標要優于單一捕收劑，且所需藥劑總用量較少；孫偉等［5］分別以水楊羥肟酸（SHA）與新型捕收劑TPRO為捕收劑進行了金紅石、石英的單礦物浮選和人工混合礦浮選試驗。結果表明，與SHA相比，TPRO具有更強的捕收性能和更好的選擇性，且無需活化預處理；李文軍等［6］通過單礦物和人工混合礦浮選試驗證明，新型有機藥劑TBC對金紅石有較強的捕收能力和選擇性，可以有效分離金紅石和方解石混合礦及金紅石和石英混合礦。

本文采用實驗室自制新型螯合捕收劑DXL對金紅石、角閃石、石英單礦物進行浮選條件試驗，且對該捕收劑對金紅石的捕收性能及作用機理進行研究，為金紅石浮選藥劑的研制提供借鑒。

1 試驗原料及試劑

試驗所用礦物為金紅石、石英和角閃石單礦物，均由購買的高純礦物經破碎、瓷球磨干磨和篩分獲得，篩取0.038～0.074 mm粒級產品用于浮選試驗。金紅石、石英、角閃石XRF多元素定性分析結果見表1，金紅石、石英、角閃石X射線衍射分析結果如圖1所示。

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綜合表1和圖1分析結果，經推算得試驗所用金紅石單礦物純度為90.201%，石英單礦物純度為99.492%，角閃石單礦物純度在90%以上，均滿足純礦物浮選試驗要求。

試驗所用試劑如表2所示。捕收劑為實驗室合成的螯合型捕收劑DXL，pH調整劑為NaOH和HCl。為了適應未來工業化生產，采用自來水調制礦漿，由于溶液中鈣離子會對石英浮選產生影響，測得所用自來水和蒸餾水中的鈣離子濃度分別為43.20 mg/L和0.12 mg/L。

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2 試驗方法

2.1 浮選試驗

單礦物浮選試驗在XFGⅡ型掛槽式浮選機上進行，量取20 mL的自來水加入到槽體容積為35 mL的浮選槽中，然后加入2.00 g試樣，調整浮選機轉速為1 992 r/min，攪拌2 min，然后加入pH調整劑，攪拌2 min，最后加入捕收劑DXL，攪拌3 min，手動刮泡5 min。分別對浮選泡沫產品和槽內產品進行烘干、稱重，計算浮選回收率。

2.2 Zeta電位測試方法

（1）單礦物表面電位。將單礦物磨至-2 μm，每次稱取20 mg置于燒杯中，加50 mL蒸餾水，調漿1 min，用HCI或NaOH調pH值，用磁力攪拌器攪拌8 min后，靜置5 min，在Zeta電位分析儀上測得礦物表面的Zeta電位。

（2）單礦物與捕收劑作用后礦物表面電位。將單礦物磨至-2 μm，每次稱取20 mg置于燒杯中，加50 mL蒸餾水，調漿2 min，用HCl或NaOH調pH值，在磁力攪拌器上攪拌1 min，加入捕收劑，再用磁力攪拌器攪拌8 min，靜置5 min，在Zeta電位分析儀上測得藥劑與礦物作用后礦物表面的Zeta電位。

2.3 紅外光譜分析方法

藥劑及其與礦物作用前后的紅外光譜在Nicolet FITR-740型傅立葉變換紅外光譜儀上用漫反射法測定。測量時，將固體樣品在瑪瑙研缽中磨細，加入KBr粉料，繼續研磨直至磨細并混合均勻。然后將己經磨好的物料加到壓片專用的模具上加壓。取出壓成片狀的樣品裝入樣品架待測。

3 試驗結果與討論

3.1 DXL體系下的單礦物浮選試驗

3.1.1 礦漿pH對單礦物可浮性的影響

在浮選溫度為32℃，DXL用量為134 mg/L條件下，考察礦漿pH對單礦物可浮性的影響，結果如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著pH的升高，金紅石回收率先提高后小幅降低，當pH=8.88時，金紅石回收率為88.45%，當pH=9.93時，金紅石回收率達到最大，為89.75%，繼續升高pH，金紅石回收率小幅降低；當pH=8.88時，石英回收率為2.70%，當pH大于8.88時，石英的回收率先快速升高后小幅降低，當pH=11.50時，石英的回收率達到最大，為97.75%；pH=8.88時，角閃石回收率為13%，當pH＞8.88時，角閃石回收率隨pH升高逐漸提高，當pH=12時，角閃石回收率達到最大，為32.90%。當pH=8.88時，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達到75.45%，石英的回收率僅為2.70%，金紅石與石英的浮選回收率差值達到85.75%。綜合考慮，確定浮選礦漿pH為8.88。

3.1.2 DXL用量對單礦物可浮性的影響

在浮選溫度為32℃、礦漿pH=8.88的條件下，考察DXL用量對單礦物可浮性的影響，結果如圖3所示。

從圖3可以看出：隨著DXL用量的增加，金紅石回收率先升高后降低，當DXL用量為200 mg/L時，金紅石的回收率達到最大，為92.30%；角閃石回收率隨DXL用量的增加先升高后降低，角閃石回收率在DXL用量為66 mg/L時達到最大，為25.85%；DXL對石英的捕收能力較弱，當DXL用量為100 mg/L時，石英回收率達到最大，也僅為3.95%；考慮到DXL用量為200 mg/L時，金紅石回收率達到最大，且此時石英和角閃石回收率也相對較低。因此，單礦物浮選試驗DXL用量為200 mg/L。

3.1.3 浮選溫度對單礦物可浮性的影響

在礦漿pH=8.88、DXL用量為200 mg/L條件下，考察浮選溫度對DXL捕收效果的影響。試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，在試驗的浮選溫度范圍內，隨著浮選溫度的升高，金紅石回收率小幅升高，但均保持在90%以上，當浮選溫度為46℃時，金紅石的回收率達到最大，為94.55%；角閃石的回收率隨浮選溫度的升高逐漸增加，當浮選溫度為46℃時，其回收率達到最大值，為28.60%；在試驗溫度范圍內，石英回收率均為0%，石英處于不浮狀態；浮選溫度為25℃時，金紅石、角閃石、石英回收率分別為92.30%、4.15%、0%，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達到88.15%，金紅石與石英的浮選回收率差值為92.30%。綜合考慮，確定浮選溫度為25℃（即常溫浮選），以實現金紅石與常見脈石礦物角閃石和石英的浮選分離。

3.2 DXL與單礦物作用機理分析

3.2.1 紅外光譜分析

金紅石、角閃石、石英取得最大回收率時，DXL用量分別為200 mg/L、66 mg/L、100 mg/L。因此，在浮選溫度為25℃、pH=8.88的條件下，對DXL及DXL分別與金紅石、角閃石和石英作用后的試驗礦樣進行紅外光譜分析，結果如圖5所示。

從圖5可以看出：2 922.70 cm-1和2 853.05 cm-1處為甲基和亞甲基的C—H伸縮振動吸收峰，1 733.53 cm-1處為羧基的伸縮振動峰，此特征峰為DXL分子紅外光譜分析的重點；3 441.39 cm-1處的吸收峰為羧基中O—H的特征峰，與3種單礦物作用后，該吸收峰位置均發生不同程度的偏移，說明金紅石、角閃石和石英礦物表面與DXL均發生了氫鍵作用；1 446.62 cm-1處為甲基中C—H的不對稱彎曲振動吸收峰，1 375.71 cm-1處為甲基中C—H的對稱彎曲振動峰，1 096.81 cm-1處為C—O的伸縮振動吸收峰，673.91 cm-1處為C—Br的伸縮振動吸收峰；螯合型捕收劑DXL為α碳取代的羧酸改性類藥劑；金紅石與DXL作用后，在波數為3 441.39 cm-1和1 733.53 cm-1處的吸收峰分別偏移至3 441.90 cm-1和1 636.06 cm-1處，說明金紅石礦物表面與DXL之間發生了氫鍵吸附；DXL與金紅石作用后的特征峰向低波數方向偏移，可能是強電負性溴原子或羧基與礦物表面不同活性位點原子發生作用，使溴原子對羧基的誘導效應降低，因此的鍵力常數下降，因此，該特征峰的頻率向低波數方向產生偏移，說明DXL與金紅石礦物表面發生了化學吸附；DXL與角閃石和石英作用后，在3 441.39 cm-1處的特征峰分別偏移至3 447.17 cm-1和3 446.92 cm-1處，說明角閃石和石英與DXL發生了氫鍵吸附；在1 733.53 cm-1處的特征峰分別偏移至1 653.09 cm-1和1 617.03 cm-1處，說明DXL與角閃石和石英表面發生了化學吸附。

3.2.2 Zeta電位分析

金紅石取得最大回收率時，DXL用量為200 mg/L，因此在浮選溫度為25℃、DXL用量為200 mg/L條件下，進行了DXL與金紅石作用前后的金紅石表面Zeta電位檢測，旨在研究DXL在金紅石礦物表面的作用機理，試驗結果如圖6所示。

由圖6可知：金紅石單礦物的零電點在pH=2.5，與DXL作用后，金紅石的零電點由2.5向右偏移至3.5左右，說明DXL在金紅石表面發生了吸附；pH＞4.0時，金紅石表面荷負電，加入DXL后金紅石的表面電位明顯發生負移，說明DXL與金紅石之間存在化學吸附；在pH＞9時，金紅石表面的電位負值呈減小趨勢，而金紅石的回收率一直維持在88%以上。推斷原因可能是隨著溶液pH升高，溶液中—OH濃度不斷增加，—OH在金紅石表面覆蓋，除羧基中羥基與礦物表面氧原子形成的氫鍵作用外，捕收劑中溴原子與礦物表面的—OH也能不斷形成氫鍵作用，同時藥劑分子通過羧基與礦物表面發生化學鍵合作用，幾種吸附形式協同作用使得DXL藥劑分子更好地對金紅石進行捕收。

4 結論

（1）單礦物浮選試驗表明，當浮選溫度為25℃、礦漿pH=8.88、DXL用量為200 mg/L時，金紅石單礦物浮選回收率為92.30%，角閃石單礦物浮選回收率為4.15%，石英單礦物浮選回收率為0%，金紅石與角閃石的浮選回收率差值達到88.15%，金紅石與石英的浮選回收率差值達到92.30%，在此條件下，捕收劑DXL可以實現對金紅石及其常見脈石礦物角閃石和石英的有效分離。

（2）紅外光譜分析表明，DXL與金紅石、角閃石和石英作用后，藥劑分子中羧基的吸收峰和羧基中O—H的特征峰均發生了不同程度的偏移，說明DXL在3種單礦物表面均發生了化學吸附和氫鍵吸附。

（3）Zeta電位檢測表明，在pH＞4時，金紅石表面荷負電，加入DXL后金紅石的表面電位明顯發生負移，說明DXL與金紅石之間存在化學吸附。在pH＞9時，礦物表面的電位負值呈減小趨勢，而金紅石的回收率一直維持在88%以上，原因是隨溶液pH升高，—OH不斷在金紅石表面覆蓋，在DXL分子中，除羧基中羥基與礦物表面氧原子形成的氫鍵作用外，溴原子與礦物表面的OH—也能不斷形成氫鍵作用，說明DXL在金紅石礦物表面發生了氫鍵吸附。

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