新型常温捕收剂DN-6对磷灰石的捕收性能研究_南楠.pdf

收稿日期2020-01-15 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51474055， 51774069， 51674066） 。 作者简介南楠 （1986 ） ， 女， 博士研究生。通讯作者朱一民 （1964 ） ， 女， 教授， 博士。 总第 526 期 2020 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE 新型常温捕收剂DN-6对磷灰石的捕收性能研究 南楠 1,2 朱一民 1,2 韩跃新 1,2 刘杰 1,21 （1. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819； 2. 难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心， 辽宁 沈阳 110819） 摘要为降低北方磷矿厂的选矿成本， 提高浮选指标， 东北大学研制了一种常温磷灰石捕收剂DN-6。为检测 DN-6的浮选性能， 进行了单矿物浮选试验， 并通过Zeta电位检测和傅里叶变换红外光谱分析对该捕收剂在磷灰石表 面的作用机理进行了研究。单矿物浮选试验结果表明， 在矿浆pH7.6， 矿浆温度28 ℃， DN-6用量为166.7 mg/L的浮 选条件下， 捕收剂DN-6对磷灰石单矿物的浮选回收率可达97.59。Zeta电位和傅里叶变换红外光谱分析表明， pH＜ 4时， DN-6在磷灰石表面发生键合吸附。 关键词磷灰石DN-6浮选捕收剂作用机理 中图分类号TD923.13文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -04-089-04 DOI10.19614/ki.jsks.202004015 Study on the Collection Perance of a New Collector DN-6 for Fluorapatite at Normal Temperature Nan Nan1,2Zhu Yimin1,2Han Yuexin1,2Liu Jie1,22 （1. School of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China； 2. National-Local Joint En- gineering Research Center of Refractory Iron Ore Resources Efficient Utilization Technology， Shenyang 110819， China） AbstractIn order to test the perance of DN-6 at normal temperature, a new collector developed by Northeastern University, the flotation test of single mineral was carried out, and the mechanism of the collector on the surface of fluorapatite was studied by Zeta potential detection and Fourier trans infrared spectroscopy. The results of single mineral flotation test showed that under the condition of pulp pH 7.6, temperature 28 ℃, and DN-6 dosage 166.7 mg/L, the flotation recovery of fluoapatite by collector DN-6 can reach 97.59. Zeta potential and FTIR analysis showed that DN-6 had bonding adsorption on the fluorapatite surface when pH＜4. KeywordsApatite, DN-6, Flotation, Collector, Interaction Mechanism Series No. 526 April 2020 磷矿是一种重要的战略资源， 是制取磷肥及多 种含磷制品的重要工业原料。浮选是磷矿选矿中最 有效的方法之一， 磷灰石捕收剂是磷矿浮选的研究 重点。传统的磷灰石捕收剂， 如塔尔油和氧化石蜡 皂等， 均存在低温浮选性能差的问题。北方磷矿浮 选过程中需要采用加温工艺， 这大大增加了选矿成 本 ［1］。近年来， 东北大学对常温磷灰石捕收剂进行了 一系列研究， 研制出多种磷灰石常温捕收剂 ［2-4］。本 试验研究了一种新型阴离子改性捕收剂DN-6对磷 灰石单矿物的浮选性能， 并通过Zeta电位和傅里叶 变换红外光谱对其吸附机理进行了分析。 1试验原料 磷灰石单矿物的制备 将块状磷灰石经人工 捣碎后用陶瓷球磨机破碎， 然后用湿筛法筛分， 取-7415 μm粒级， 再将矿样用去离子水淋洗三次， 最后用 40 ℃真空干燥箱烘干， 置于磨口瓶中备用。 经化学成分分析 （表 1） 和 XRD （图 1） 检测， 试样中 P2O5含量为41.26， 符合单矿物试验要求。 89 ChaoXing 金属矿山2020年第4期总第526期 试验试剂 新型阴离子改性捕收剂DN-6为实验 室自制， 配置成浓度为0.2的溶液备用； pH调整剂 为0.1的盐酸和0.1 mol/L的氢氧化钠溶液。 2试验方法 2. 1浮选试验方法 将 2.00 g磷灰石单矿物与 30 mL 去离子水加入 XFG 1150 型实验室浮选机浮选槽中， 在转速 1 992 r/min条件下搅拌3 min， 再以2 min的间隔依次加入 pH调整剂和捕收剂， 刮泡并将泡沫产品和槽内产品 分别在25 ℃下干燥， 最后称重计算回收率。 2. 2Zeta电位检测方法 Zeta电位采用马尔文 Nano-ZS90 Zeta电位测定 仪在室温下进行测定。磷灰石单矿物用三头磨机进 一步磨碎至-5 μm。称取20.00 mg样品加入50 mL浓 度为110-3mol/L的氯化钾溶液中， 调整pH值后， 用 磁力搅拌器搅拌15 min并进行测定。每个pH值条件 下， 进行3次平行试验， 取其平均值作为结果。 2. 3傅里叶变换红外光谱测定方法 将-5 μm的试验样品与捕收剂DN-6在最佳浮选 条件下， 于浮选槽中搅拌 30 min。然后将混悬液离 心， 弃去上清液， 将沉淀物用去离子水冲洗3次， 在室 温下用40 ℃真空干燥箱充分干燥。取1.00 mg上述 样品， 与100.00 mg KBr在玛瑙研钵中充分混匀研磨 后， 压制成半透明的小圆片， 用Nicolet 740型傅里叶 变换红外光谱仪在室温下进行测定。测定参数 扫 描分辨率4 cm-1， 扫描次数256次。 3试验结果与分析 3. 1浮选条件试验 3. 1. 1捕收剂DN-6浮选pH试验 在矿浆温度为 28 ℃和新型阴离子改性捕收剂 DN-6用量为166.7 mg/L条件下， 进行捕收剂浮选pH 条件试验， 结果见图2。 从图2可以看出 矿浆pH从5.6提高至7.6的过 程中， 磷灰石回收率呈缓慢上升的趋势； 继续提高 pH， 磷灰石回收率下降。因此， 在捕收剂DN-6体系 下， 磷灰石浮选的最佳矿浆pH值为7.6。 3. 1. 2捕收剂DN-6用量试验 在矿浆pH7.6和矿浆温度28 ℃条件下， 进行捕 收剂DN-6浮选用量试验， 结果见图3。 由图3可以看出， 捕收剂DN-6用量从0提高到 166.7 mg/L， 磷灰石回收率由5大幅提高到97.18； 继续提高 DN-6 用量， 磷灰石的回收率基本保持不 变。因此， DN-6的最佳浮选用量为166.7 mg/L。 3. 1. 3最佳浮选温度试验 在捕收剂 DN-6 用量为 166.7 mg/L 和矿浆 pH 7.6条件下， 进行最佳浮选温度试验， 结果见图4。 由图4可以看出 矿浆温度从13℃提高到28℃， 磷灰石回收率持续提高； 继续提高矿浆温度， 对磷灰 石回收率影响不大。因此， 捕收剂DN-6体系下的最 佳矿浆温度为28 ℃。 3. 2DN-6与磷灰石之间的作用机理分析 3. 2. 1Zeta电位测定结果与分析 由于钠离子不是磷灰石的惰性电解液 ［5］， 因此 90 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ Zeta动电位的测定未采用氯化钠作背景溶液， 而使用 了氯化钾。试验首先对不同矿浆pH下的磷灰石的 Zeta 电位进行了测定， 其后在捕收剂 DN-6 浓度为 166.7 mg/L条件下测定其在捕收剂作用后的Zeta电 位， 测定结果见图5。 从图5可以看出 未加入捕收剂时， 磷灰石的零 电点为pH4， 这与文献中的测定结果相符 ［6］； 当矿浆 pH＜4时， 矿浆中的氢离子含量较高， 容易在磷灰石表 面中性和负电性位点发生吸附， 再加上磷灰石本身 磷酸基团的溶出 ［7］， 使得在此pH条件下磷灰石的表 面电位为正值； 当pH＞4时， 由于矿浆中的氢氧根、 溶 出的磷灰石氟离子和磷酸根离子在中性和正电性位 点的吸附 ［8］， 磷灰石表面电位为负值； 与捕收剂DN-6 作用后， 磷灰石表面的Zeta电位整体降低， 这是由于 DN-6为改性阴离子捕收剂， 其结构中含有羧基等基 团， 在水溶液中发生解离时主要以阴离子形式存在； 当矿浆pH＜4时， 荷正电的磷灰石表面会与阴离子形 式的 DN-6 发生吸附， 使得磷灰石表面 Zeta 电位降 低； 当矿浆pH＞4时， 原本荷负电的磷灰石表面同样 也发生Zeta电位降低的现象， 这说明磷灰石与DN-6 阴离子克服了二者之间的静电斥力， 并且发生了吸 附作用。 3. 2. 2傅里叶变换红外光谱结果与分析 为进一步研究DN-6与磷灰石之间的作用机理， 测定了磷灰石和磷灰石与DN-6作用后的傅里叶变 换红外光谱， 检测结果见图6。 从图 6 可以看出 磷灰石图谱主要由 ［PO4］ 3-离 子的内振动模式和晶格振动模式组成； 1 046.8 cm-1 和 1 096.5 cm-1是 ［PO4］ 3-的非对称伸缩振动峰， 604.0 cm-1、 573.4 cm-1和472.1 cm-1是 ［PO4］ 3-的弯曲振动峰， 这与文献所述峰位一致 ［9］； 1 459.5 cm-1和1 423.9 cm-1 吸收峰则为天然磷灰石常见的碳酸根类质同象取代 产生的 ［10］； 与捕收剂DN-6作用后的磷灰石红外光谱 中， 原磷灰石的特征吸收峰保留， 新出现2 919.4 cm-1 为DN-6的甲基特征吸收峰， 说明清水洗涤后， DN-6 仍能吸附在磷灰石表面， DN-6与磷灰石之间作用力 强于单纯的静电吸附， 出现的1 556.4 cm-1是COO-的 不对称伸缩振动吸收峰， 这表明含有羧酸基团的 DN-6以键合吸附的方式吸附在磷灰石表面并形成 了羧酸盐。 4结论 （1） 研制的新型阴离子改性捕收剂DN-6对磷灰 石 的 捕 收 能 力 较 强 。 在 矿 浆 pH7.6， 矿 浆 温 度 28 ℃， DN-6用量为166.7 mg/L条件下， 对磷灰石单 矿物进行浮选试验， 磷灰石回收率高达97.59。 （2） Zeta电位检测结果表明， 矿浆中添加捕收剂 DN-6后， 磷灰石的表面Zeta电位整体降低。当矿浆 pH＜4时， 磷灰石与DN-6之间发生静电吸附； 当pH＞4 时， 磷灰石与DN-6之间克服了静电斥力， 发生了非 静电吸附。 （3） 通过傅里叶变换红外光谱检测结果分析， 并 结合Zeta电位测定结果， 可以得出当矿浆pH7.6时， 磷灰石与DN-6之间存在键合吸附作用。 参 考 文 献 陈云峰， 黄齐茂， 潘志权.磷矿浮选捕收剂的研究进展 ［J］ .武汉 工程大学学报， 2011 （2） 76-80. 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