袁家村铁矿微细粒赤铁矿高效抑制剂技术开发与应用

牛建昆 侯向泽 王 斌

（太钢集团岚县矿业有限公司）

我国铁矿资源禀赋差，具有贫、细、杂的特点［1］，开发利用难度大，难选赤铁矿储量占总储量的1/3，其中微细粒嵌布的鞍山式红磁铁储量约30 亿t。袁家村铁矿属于微细粒红磁混合难选铁矿，其-30 μm 粒级磨选综合技术处于行业领先水平，但由于铁矿物和脉石矿物种类多、铁矿物嵌布粒度微细，细磨产生的-19 μm 微细粒级矿物的选别以及综合水质改善仍是困扰选矿效率和品质提升的两大技术难题。与袁家村矿石性质类似的美国Tilden 铁矿对微细粒铁矿（-25 μm）的选矿也曾进行了多年的技术研究和攻关，终因水质问题未得到解决而被迫停产。高效抑制剂应用前，袁家村铁矿采用的浮选药剂（玉米淀粉和捕收剂）对-19 μm 微细粒级铁矿物的选择性差，浮尾铁品位高，金属流失严重。为此，针对上述难题，对选矿浮选药剂进行了优化研究，提高了药剂的选择性，实现了袁家村铁矿的高效浮选。

1 KDF抑制剂的研究与合成

1.1 KDF抑制剂设计思路

KDF抑制剂主要研发思路［2］：①提高抑制剂的选择性，针对尾矿中夹带的细粒铁矿展开攻关，主要通过在抑制剂结构上增加含有抑制细粒铁矿的基团或组分等方式实施。②增加抑制剂的功能，使其具有多种功能，促使选矿中各药剂的功能进一步强化。例如，降低捕收剂的用量，降低矿浆浮选温度，阻止浮选过程中其他药剂与铁矿石表面的作用，降低铁精矿中其他矿物的作用，从而达到提质降尾的目的。

1.2 KDF抑制剂设计原理

抑制剂与铁矿物颗粒的作用方式主要有静电力［3］、氢键、范德华力、物理吸附、化学吸附和表面化学反应。高效抑制剂的研发主要从袁家村铁矿性质入手，采用以下几种作用方式，制定袁家村铁矿石浮选抑制剂的设计原理。

（1）成份上增加与细粒矿物选择性作用的小分子化合物，使细粒矿物表面亲水被抑制在矿浆中，降低细粒矿物的夹带量。

（2）增加与细粒矿物选择性作用的亲固基，亲固基与细粒矿物表面有特殊的作用力使其被抑制，降低尾矿中细粒铁矿的含量。

（3）增强抑制剂与铁矿物表面的螯合效应。与矿物表面捕收剂的竞争作用而使其解吸或阻止捕收剂与含铁矿物作用。

1.3 KDF抑制剂合成工艺

研制过程中，主要在抑制剂合成过程的反应温度、时间、催化剂添加量等反应条件和抑制剂官能团含量方面进行优化。通过优化试验，使抑制剂分子上的乙氧基、羧基、醛基和醚键等基团控制在一定的范围内，使其对铁矿物颗粒的选择性得到了进一步的加强，这些基团的螯合效应、协调效应等对细粒铁矿石具有很强的作用力，提高了抑制剂的选择性［4］。

1.3.1 合成条件优化

（1）反应温度。选择4 种不同的反应温度，随着温度的升高，精矿产率降低、品位升高，尾矿产率升高、品位下降，综合来看，温度对选择性影响不大，对抑制力有一定影响。

（2）反应时间。第1 步反应比较快，2 h 就能达到反应要求；第2 步反应时间比较慢，是决定反应的步骤，反应时间对产物的抑制力影响较大，对选择性有一定影响，反应时间在3～4 h指标较好；第3步反应比较快，对产品性能影响不大，1～2 h就能达到反应要求。

（3）催化剂用量。催化剂1主要影响产物的选择性，随着催化剂用量的降低，产物选择性下降，从试验选取的4种催化剂用量看，催化剂与高分子化合物比例4∶100时选择性最好。催化剂2主要影响反应的转化率，从试验选取的4种催化剂用量看，催化剂与高分子化合物比例6∶100时选择性最好。催化剂3主要影响官能团的生成，从试验选取的4种催化剂用量看，催化剂与高分子化合物比例2∶100时选择性最好。

（4）氢氧化钠用量。氢氧化钠的用量主要影响催化剂的催化活性，氢氧化钠用量不足，将导致催化剂催化反应不充分。因此，氢氧化钠的用量对反应产物的选择性及抑制力影响较明显，随着氢氧化钠用量的增加，抑制力先降后升，选择性先升后降，每100 g高分子化合物添加0.3～0.4 g氢氧化钠最好。

1.3.2 官能团优化

（1）乙氧基的长度。抑制剂中含有乙氧基，能与铁矿石表面的铁形成螯合化合物，太长太短形成的环不稳定。通过1～12 个长度的乙氧基的抑制剂试验，发现乙氧基长度为2～3 个时比较适合铁矿石表面的铁形成稳定的六元螯合环，太长形成的螯合环和太短形成的螯合环有环张力，稳定性不高。所以，抑制剂乙氧基长度为3个效果较好。

（2）醛基。通过控制催化剂种类和用量得到不同含量的醛基，抑制剂的醛基有利于提高抑制剂分子与细颗粒铁矿石表面的作用力，能将细颗粒铁矿石抑制在精矿中而不被泡沫带入到尾矿中。试验表明，抑制剂分子上含有一定量的醛基比较适合袁家村铁矿的矿石性质。

（3）醚键。醚基中氧原子的孤对电子能进入到铁矿石表面铁原子的3d 轨道中形成配位键，提高抑制剂分子与铁矿石的作用力。增加醚基能降低抑制剂的水溶性，反而会降低抑制剂的抑制能力。试验表明，抑制剂分子上含有一定量的醚基较适合袁家村铁矿的矿石性质。

（4）羧基。抑制剂分子适当引入少量的羧基有利于改善抑制剂的综合性能，采用氧化剂可以增加羧基的含量，运用催化剂可以控制羧基的位置。如果抑制剂上羧基的位置控制不好，反而会降低抑制细颗粒铁矿物的效果，起不到降低尾矿的目的。

1.3.3 KDF抑制剂合成工艺流程

经过大量的试验及条件优化，确定了袁家村铁矿KDF高效抑制剂的合成工艺流程（图1），该生产过程具有科学先进、选择性高、高效环保等特点，整个合成过程无“三废”产生。

2 KDF高效抑制剂试验结果及效果分析

2.1 KDF 高效抑制剂与现场捕收剂组合条件优化试验

以不同的pH 值调整剂NaOH、抑制剂KDF、活化剂CaO、捕收剂RA-935用量为考察因素（依次为因素A、B、C、D），按现场阴离子反浮选生产流程进行开路试验，按正交表L9（34）进行正交试验，各因素水平安排见表1，试验结果见表2。

注：β（TFe）、ε（TFe）、E 分别为浮选精矿全铁品位、全铁回收率和选矿效率。

对表2试验结果进行极差分析，结果见表3。

由表3可知，各因素不同水平对浮选效果有不同的影响［5］，试验浮精品位、选矿效率越高，金属回收率也较高，分选效果越好；对于精矿品位而言，最优水平组合为A1B2C3D2，对浮精品位和选矿效率指标也是A1B2C3D2，与表2 结果一致，所以较优的药剂是NaOH用量875 g/t、KDF 用量1 250 g/t、CaO 用量300 g/t、RA-935捕收剂用量480 g/t。通过闭路试验进一步验证，最终确定4 种药剂的最佳用量分别为NaOH 用量875 g/t、KDF 用量1 280 g/t、CaO 用量250 g/t和捕收剂用量480 g/t。

2.2 现场药剂用量优化试验

按当前生产采用的药剂制度进行开路试验，结果见表4。

由表4 可知，5 号试验取得的浮精铁品位达到了65%以上，铁回收率和选矿效率均较高，NaOH 用量1 050 g/t、淀粉用量800 g/t、CaO 用量400 g/t和捕收剂用量420 g/t 可作为闭路流程浮选试验的较优药剂制度。

2.3 闭路试验

新型抑制剂KDF 与现场捕收剂及其他药剂组合［6］，在各自的较优条件下分别开展闭路对比试验，试验结果见表5。

由表5 可知，使用新型抑制剂KDF，在矿浆温度（36～37 ℃）相同的条件下，浮选尾矿品位从14.31%降到11.63%，降低了2.68 个百分点，铁回收率从85.41%提高到了88.83%，提高了3.42个百分点，优化效果显著［7］。

2.4 闭路流程验证试验及结果

在试验设备、药剂制度等不变的条件下，重复开展闭路流程试验，试验结果见表6。

由表6可知，使用新型抑制剂KDF与现场玉米淀粉抑制剂相比，浮精铁品位从65.36% 提高到65.57%，提高了0.21个百分点，浮尾品位从13.94%降至10.84%，降低了3.10 个百分点，作业回收率提高了3.66个百分点，效果明显。

2.5 工业应用效果

2019 年1 月开始在浮选1 个系列试用KDF 高效抑制剂，并于4月10日浮选3个系列同时投用高效抑制剂，与未投用时的生产指标对比见表7。

注：由于5、6月份入浮品位相比2、3月份降低0.43个百分点，如果按照2、3月份的入浮品位计算金属回收率，相比抑制剂投用以前可以提高2.14个百分点。

由表7可知，3个系列同时使用高效抑制剂后，精矿铁品位提升0.30 个百分点，尾矿品位降低0.90 个百分点，精矿品位稳定率提升20.60 个百分点，尾矿品位合格率提升29.29 个百分点，浮选作业金属回收率提升1.42 个百分点，若消除入浮品位的影响，浮选作业金属回收率可提升2.14个百分点。

3 结论

（1）袁家村铁矿铁矿物嵌布粒度微细，尤其是浮选给矿F80需达到30 μm，现场生产实际检测浮选给矿中-19 μm含量达65%～70%，玉米淀粉对微细粒级铁矿物的选择性抑制效果较差，浮选尾矿夹带部分细粒铁矿导致尾矿品位偏高。

（2）试验结果表明，KDF抑制剂有效解决了袁家村铁矿-19 μm 微细粒铁矿物损失率高的难题。通过KDF 抑制剂的合成应用，精矿品位提升了0.30 个百分点，尾矿品位降低了0.90 个百分点，精矿品位稳定率提升20.60 个百分点，尾矿品位合格率提升29.29个百分点，浮选作业金属回收率提升1.42 个百分点，若消除入浮品位的影响，浮选作业金属回收率可提升2.14 个百分点。KDF 高效抑制剂的研发以及在工业生产中的成功应用，证明了该类型铁矿物抑制剂可有效提高对微细粒级矿物的抑制能力，大幅提高浮选作业金属回收率。