鞍钢某选厂混磁精矿矿物特征及其低温反浮选捕收剂的研究①

索明名，姜永良，辛思奇，金明鉴，姜效军

（辽宁科技大学 矿业学院，辽宁 鞍山114051）

中国铁矿资源储量丰富，约230 亿吨，其中贫矿储量占总储量97.3%，而富矿只有2.7%［1］。鞍山式贫赤铁矿中磁铁矿较多，脉石矿物中闪石型脉石较多，这种硅酸盐脉石嵌布粒度细易泥化［2］。鞍钢某选矿厂采用阶段磨矿、粗细分级、重选-磁选-阴离子反浮选流程，从前使用普通脂肪酸阴离子捕收剂，药剂价格贵，浮选温度高，生产环节多，带来更多的可变因素［3］。近年有以地沟油为原料，经过磺化、皂化制备可用于铁矿石、萤石矿浮选的阴离子捕收剂，在铁精矿生产实践中发挥了一定作用，但组成不稳定［4］。文献［5］研制的阴离子捕收剂在齐大山闭路浮选流程中获得了浮选精矿全铁品位65.38%、铁回收率89.56%的指标，但未能达到品位不低于68%的要求。文献［6］研究得出，电动电位在pH＝10～12 时，捕收剂可在石英表面发生吸附，此时石英的疏水性增强，与赤铁矿分离效果最佳。文献［7－8］中合成的表面活性剂Twen-1.3，以工业环烷酸和油酸为主要原料，通过表面张力和接触角的测定，确定环烷酸钠的加入可提高氧化钙活化后SiO2界面上的疏水性，进而提高氧化钙活化后SiO2在气泡上的吸附能力，使其可浮性增强，分选效果良好。

鞍钢某选矿厂地处北纬39°，冬季漫长寒冷，平均气温－5 ℃，整个冬季选厂燃煤加热生产，不仅浮选能耗大，还对环境造成污染。针对这一问题，本文开展了低温捕收剂研究，利用酯类表面活性剂和副产脂肪酸所研制的捕收剂，在实验室和工业现场16 ～18 ℃环境下取得了良好的反浮选效果。

1 实 验

1.1 试样及药剂

试样取自鞍钢某选矿厂强磁选和弱磁选的混合精矿，铁品位43.52%。

试验药剂包括氢氧化钠（2.5%）、淀粉（2.5%）、石灰（2.5%），均为工业品，取自选矿厂。自制新型低温反浮选捕收剂，它由脂肪酸和表面活性剂按一定比例复合而成，其中脂肪酸为工业品，来自农产品加工副产品，酸值158 mgKOH／g，碘值83 gI2／g，凝点23 ℃；表面活性剂为非离子表面活性剂，结构为聚氧乙烯及聚氧丙烯多枝嵌段共聚物，为流动性液体，溶于水。

采用BT－9300S 型激光粒度仪对试样进行了粒度分析，结果如图1 所示。试样－0.074 mm 粒级占85%，－0.043 mm 粒级占47%，基本达到完全解离状态；－0.02 mm 粒级占1.79%，＋0.1 mm 粒级占3.18%，基本不存在过粉碎或粒度过粗现象，达到常规浮选要求。铁元素主要分布于磁铁矿和赤铁矿中。

图1 试样粒度分析

1.2 仪器和设备

仪器：德国蔡司sigma500 扫描电子显微镜；澳大利亚AMICS 矿物自动分析系统；丹东百特仪器有限公司生产的BT－9300S 激光粒度分析仪。

设备：长沙顺泽矿冶机械制造有限公司生产的XFD－III 变频调速单槽浮选机，槽体积500 mL。

1.3 实验方法

1）AMICS 测试样品制备：取试样3 g，用环氧树脂和三乙醇胺固化；在烘箱105 ℃下烘4 h，固化后，研磨抛光样品表面45 min，使样品表面平整光滑。将样品置于离子溅射仪中，进行喷金处理，扫描测试各种矿物的形貌和连生、镶嵌定量关系。

2）浮选试验：称取200 g 矿样，加入约400 mL 水，设定叶轮转速1 800 r／min，自动温控加热，降温则使用冰调整至16 ～18 ℃。加入捕收剂质量20%的NaOH，在90 ℃下水浴皂化45 min。依次加入浓度2.5%的氢氧化钠溶液、2.5%淀粉溶液、2.5%氢氧化钙溶液和2.5%捕收剂溶液，每次加药间隔3 min，通气浮选，粗选时间3 min，精选时间2 min。

2 结果与讨论

2.1 AMICS 全分析结果

AMICS 自动全分析软件对样品的分析结果分别如图2 和表1 所示。

图2 矿物颗粒嵌布图像

表1 矿物组成全分析结果

由AMICS 自动全分析软件得到的样品元素分析数据见表2。由表2 可知，样品中，铁元素占比34.10%，由石英、角闪石、绿泥石、云母等矿物赋存的Si 元素占比21.64%，其次是C、Ca、Mg、Mn、Al 元素。

表2 试样元素分析结果(质量分数)/%

研究发现，试样由15 种矿物组成，待富集的目标矿物为Fe2O3和Fe3O4，欲反浮选分离的主要矿物含量顺序为石英、角闪石、绿泥石、黑白云母、方解石、斜长石等。

试样中主要铁矿物为磁铁矿（占比39.2%），其次是赤铁矿（占比9.56%）和少量菱铁矿（占比0.66%）；脉石矿物主要为石英（占比42.56%），其次是角闪石（占比6.64%）和少量绿泥石、黑云母、碳酸盐及长石等。鞍山式赤铁矿难选的主要原因与菱铁矿和绿泥石的含量直接相关，该铁矿菱铁矿和绿泥石含量分别为0.66%和0.49%，低于1%，属于易选铁矿［9］。

2.2 18 ℃开路浮选试验

18 ℃下在实验室进行一粗一精三扫开路浮选试验，试样200 g，矿浆浓度400 g／L，药剂条件见表3。

表3 低温开路浮选加药量

在固定捕收剂用量不变的条件下，进行了表面活性剂占比开路分选条件试验，结果见表4。

表4 不同捕收剂浮选试验结果

16～18 ℃下，随着表面活性剂配比增加，浮选精矿全铁品位增加，脂肪酸与表面活性剂的配比为95 ∶5时，精矿全铁品位没有达到一级品（全铁品位不低于68.0%）的要求。配比为88 ∶12 时，虽然铁精矿品位达到了70.41%，但铁回收率低。为保证精矿品位在不低于68%的前提下尽可能提高铁回收率，以配比93 ∶7为宜。

2.3 低温一粗一精三扫浮选闭路试验

在开路试验的基础上进行了一粗一精三扫低温闭路浮选试验，药剂条件见表5，结果见表6。

表6 闭路浮选试验结果

依据表5 数据，按入浮原料计算药剂单耗为：氢氧化钠1 125 g／t，淀粉660 g／t，石灰600 g／t，捕收剂425 g／t，在5 次循环后，精矿和尾矿产率和回收率接近100.00%，实现闭合。精矿全铁品位始终在68%以上，符合现场精矿指标要求。数质量流程见图3。

2.4 工业试验

按照上述研究结果，在鞍钢某选矿厂进行了工业试验，浮选给矿平均浓度560 kg／m3，入浮平均全铁品位40.5%，浮选矿浆温度17 ℃，药剂单耗氢氧化钠918 g／t，淀粉574 g／t，石灰460 g／t，捕收剂206.6 g／t。产品化验结果见表7。

经6 d 浮选取样测试，得出浮选精矿平均全铁品位68.15%，浮选尾矿平均全铁品位15.14%。现场原生产浮选尾矿平均全铁品位17%～18%，新药剂浮选尾矿品位降低约2 个百分点，既降低了浮选温度、节约能源，又提高了铁精矿回收率，效果理想。

图3 闭路浮选数质量流程

表7 工业试验产品化验结果

2.5 效益分析

鞍山年平均气温9 ℃，该捕收剂使浮选温度由28 ℃降低到18 ℃，新药剂加温所需温度占比原药剂加热温度为（18－9）／（28－9）＝47.37%，可节煤100%－47.37%＝52.63%。

该选厂一年选矿加温矿浆需煤11 000 t，冬季加温节煤11 000×52.63%＝5 700 t，按动力煤价550 元／t计，节煤313 万元。

选矿厂年处理原矿1 000 万吨，浮选给矿330 万吨，产出浮选精矿165 万吨，浮选尾矿品位降低2 个百分点，可多回收精矿165×2%／68%＝4.85 万吨，按精矿单价700 元／t 计，精矿增收创效4.85×700 ＝3 395 万元，经济效益巨大。

3 机理分析

捕收剂由脂肪酸和表面活性剂配制而成，表面活性剂为聚氧乙烯和聚氧丙烯嵌段聚合酯类化合物，由于特殊的结构具有耐强碱、高温皂化不分解、低泡沫等特性，在水中可分散脂肪酸钠，增大脂肪酸钠的临界胶束浓度，降低脂肪酸钠生成胶束的程度［7］，提高捕收剂的捕收性能，吸附大部分硅石连生体，进入尾矿中。脂肪酸在pH＝11.5 条件下以脂肪酸钠存在，在低温条件下会在矿浆中形成胶束，不易分散，自由舒展的浓度降低，阴离子捕收剂与带正电荷的活化的硅石的缔合能力变差，酸根离子在脉石矿物表面的吸附量减小，直接导致硅石矿物的疏水性变差，不能与有用矿物彻底分离，浮选精矿质量变差［8，10］。

枝型嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚分散油酸钠过程如图4 所示。嵌段聚醚分散脂肪油酸钠模型为先生成内核为疏水段PO、核外壳为油酸钠，外冠为亲水段EO（Ⅰ区），当油酸钠浓度接近或超过CMC（Ⅲ区），油酸钠均匀分散在枝状表面活性剂的周围，实现低温分散。

图4 枝型嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚分散油酸钠过程

加入表面活性剂后，阻化脂肪酸钠低温条件下形成胶束，促进脂肪酸钠在水中的分散，提高脂肪酸根离子在氧化钙活化后的SiO2表面的吸附，使其疏水性增强，上浮性变好，浮选分离结果达到了药剂分子设计的要求。

4 结 论

利用表面活性剂和脂肪酸研制了一种新的反浮选捕收剂，将该捕收剂用于鞍钢某选厂混磁精矿的反浮选，16～18 ℃条件下，实验室闭路浮选能使浮选精矿全铁品位达68.50%左右，浮选尾矿全铁品位10%左右，铁回收率达90%以上；工业现场闭路试验浮选精矿全铁品位达到68.15%，浮选尾矿品位15.14%，与过去28 ℃现场捕收剂指标一致，可节省燃煤52.63%，降低了浮选成本，减少了燃煤对环境的污染，经济效益明显。