新型捕收剂DTL-1对悬浮焙烧三水铝石的浮选试验_朱一民.pdf

收稿日期2020-01-14 基金项目国家自然科学基金项目编号 51774069， 51974067。 作者简介朱一民 （1964） ， 女， 教授， 博士， 博士研究生导师。 新型捕收剂DTL-1对悬浮焙烧三水铝石的 浮选试验 朱一民 1， 2 王燕 1， 2 张婧 2 谷晓恬 1， 2 李艳军 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） 摘要阴离子捕收剂DTL-1是东北大学为悬浮焙烧磁选铁精矿反浮选脱铝而研制的新型捕收剂， 通过捕 收剂DTL-1对三水铝石单矿物悬浮焙烧后的铝矿样以及铝矿样和赤铁矿单矿物悬浮焙烧磁选后的铁矿样组成 的人工混合矿进行浮选试验， 以检验捕收剂DTL-1的脱铝效果。结果表明 在常温条件下， DTL-1对铝矿样的捕收 效果较好， 当pH值为8.0时， 单矿物浮选试验可获得Al2O3回收率91.21的指标， 人工混合矿 （铁矿样与铝矿样的质 量比为15.67 ∶1， Al2O3品位约为5.95） 浮选试验可获得TFe品位70.67， TFe回收率76.11， Al2O3品位1.93， 铝的 脱除率为74.72的选别指标。采用表面动电位和红外光谱检测对捕收剂与铝矿样的作用机理进行研究， 结果表 明 捕收剂DTL-1与铝矿样之间存在着静电吸附、 氢键吸附和化学吸附。这说明DTL-1是一种可用于悬浮焙烧 磁选铁精矿反浮选脱铝的新型常温阴离子捕收剂。 关键词三水铝石阴离子捕收剂DTL-1浮选悬浮焙烧 中图分类号TD923文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -09-131-06 DOI10.19614/ki.jsks.202009018 Flotation Tests of a New Collector DTL-1 on Suspension Roasted Gibbsite ZHU Yimin1， 2WANG Yan1， 2ZHANG Jing2GU Xiaotian1， 2LI Yanjun1， 22 （1. School of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China； 2. National-local Joint Engineering Research Center of High-efficient Exploitation Technology for Refractory Iron Ore Resources， Shenyang 110819， China） AbstractAnionic collector DTL-1 was a new collector developed by Northeastern University for the reverse flotation dealumination test of suspension roasting magnetic separation iron concentrate. Flotation tests were carried out by collector DTL-1 on the aluminum mineral sample which was pure gibbsite treated by suspension roasting and the artificial mixed min- erals of aluminum mineral sample and hematite mineral sample which was pure hematite and pure gibbsite treated by suspen- sion roasting-magnetic to test the dealumination effect of collector DTL-1. The results showed that DTL-1 had a good effect on the collection of aluminum mineral at room temperature. In the artificial mixed minerals，the mass ratio of iron mineral sam- ple to aluminum mineral sample was 15.67 ∶1，the grade of Al2O3was about 5.95. When the pH value was 8.0，the recov- ery rate of Al2O3could be 91.21 in the single mineral flotation test，the grade of TFe could be 70.67，the recovery rate of TFe could be 76.11， the grade of Al2O3could be 1.93 and the removal rate of aluminum could be 74.72 in the artificial mixed minerals flotation test. The adsorption mechanism were studied by Zeta potential measurements and Fourier trans infrared spectrum. The experimental results showed that there were electrostatic adsorption，hydrogen bond adsorption and chemisorption between collector DTL-1 and aluminum mineral sample.This showed that DTL-1 was a new type of room tem- perature anionic collector which could be used in the reverse flotation dealumination of suspension roasting magnetic separa- tion iron concentrate. Keywordsgibbsite， anionic collector DTL-1， flotation， suspension roasting 总第 531 期 2020 年第 9 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 531 September2020 131 随着工业化进程的加快， 优质铁矿资源逐渐减 少， 因此高效利用国内外储量较为丰富的高铝铁矿 石具有重要意义 ［1］。已有学者采用焙烧磁选工艺 处理含铝铁矿石， 但获得的铁精矿产品中Al2O3含量 较高， 这会对烧结和冶炼产生许多不良影响， 因此需 要对含铝铁精矿进行降铝处理 ［2-6］。磁选混合铁精矿 的阴离子反浮选工艺大多存在着药剂选择性不佳、 用量较大、 对温度要求敏感等缺点 ［7-9］， 因此研制出选 择性高、 捕收能力强、 耐低温的优良捕收剂势在必 行。本实验通过浮选法实现铁铝分离， 将为铁精矿 降铝研究提供新的思路。 本研究采用东北大学实验室自制的新型阴离子 捕收剂DTL-1， 在单矿物试验和人工混合矿试验基础 上， 研究DTL-1对某悬浮焙烧三水铝石的捕收效果， 并结合表面动电位和红外光谱探讨了新型阴离子捕 收剂DTL-1在矿物表面的作用机理。 1试验矿样及试剂 1. 1试样性质 赤铁矿单矿物取自辽宁省弓长岭矿区， 经人工 挑拣、 破碎、 湿磨、 摇床分选、 弱磁选后得赤铁矿精 矿， 筛取-0.045 mm粒级， 进行悬浮焙烧试验。焙烧 条件为 CO浓度30、 焙烧温度560 ℃、 焙烧时间25 min， 得到的焙烧产品在磁场强度为79.62 kA/m的条 件下进行弱磁选， 获得的弱磁精矿作为试验用铁矿 样。对其进行X射线衍射分析和化学多元素分析， 结 果分别如表1和图1所示。 由表1和图1可知， 赤铁矿基本转化为磁铁矿， 其中 FeO 含量为 26.17， 杂质 SiO2含量为 0.46， Al2O3含量为0.23， 可作为单矿物和人工混合矿的浮 选试验用样。 三水铝石单矿物取自云南省文山马关县， 经人 工挑拣， 磨细， 取-0.045 mm粒级进行悬浮焙烧试验。 焙烧条件为 CO浓度30、 焙烧温度560 ℃、 焙烧时 间 25 min， 得到的焙烧产品作为铝矿样用于浮选试 验。对其进行了X射线衍射分析和化学多元素分析， 结果分别如表2和图2所示。 由表 2 和图 2 分析可知， 铝矿样中 Al2O3含量为 96.36， 其余杂质含量均小于0.1， 可作为单矿物和 人工混合矿的浮选试验用样。 1. 2试验药剂 试验所用试剂见表3。 2 试验方法 2. 1单矿物和人工混合矿试验方法 单矿物浮选试验在XFGII挂槽浮选机上进行， 浮 选机主轴转速为1 992 r/min。称取2.0 g矿样于浮选 槽中， 加入30 mL去离子水后搅拌3 min， 依次加入pH 调整剂、 捕收剂， 每次加药后搅拌3 min， 刮泡3 min， 将刮出的泡沫产品和槽内产品分别烘干后称重， 计 算回收率。温度条件试验时需要将浮选用去离子水 进行加热处理。 在单矿物试验基础上， 进行人工混合矿试验 （铁 矿样与铝矿样的质量比为15.67 ∶ 1， 其中Al2O3品位约 为5.95） ， 称取3.0 g人工混合矿于浮选槽中， 加30 mL去离子水， 搅拌3 min后依次加入pH调整剂、 捕收 金属矿山2020年第9期总第531期 132 朱一民等 新型捕收剂DTL-1对悬浮焙烧三水铝石的浮选试验 剂， 每次加药后搅拌3 min， 刮泡3 min， 将刮出的泡沫 产品和槽底产品分别烘干后称重， 计算产率、 回收率 以及铝的脱除率。 2. 2动电位测量方法 首先将矿样在玛瑙研钵中进行研磨， 然后称取 20 mg矿样和40 mL蒸馏水置于50 mL烧杯中， 并将 其在磁力搅拌器上搅拌5 min， 随后加入pH调整剂搅 拌1 min， 再加入捕收剂搅拌8 min， 停止搅拌后静置 5 min， 最后取上清液进行动电位测量， 每个试样测量 3次， 取平均值作为动电位的最终测量值。 2. 3红外光谱检测方法 利用FITR-740型傅立叶变换红外光谱仪对与药 剂作用前后矿物的红外光谱图进行测定。将待测矿 样进一步磨细至-5 μm， 采用溴化钾压片法制样， 即 取1 mg矿样与100 mg光谱纯的KBr于研钵中充分混 合， 并用专门的压片模具进行压片。 3试验结果及讨论 3. 1单矿物浮选试验 3. 1. 1捕收剂DTL-1用量对铝矿样可浮性的影响 图3所示为在矿浆自然pH值 （pH7.35） 、 浮选温 度25 ℃条件下， 捕收剂DTL-1用量对铝矿样回收率 的影响。 由图3可知 随着捕收剂DTL-1用量的增加， 铝 矿样的回收率呈现先上升后趋于稳定的趋势； 当 DTL-1 用量为 12.5 mg/L 时， 铝矿样的回收率为 84.43； DTL-1用量大于 50 mg/L后， 铝矿样回收率 没有明显变化。因此， 综合考虑经济效益， 铝矿样要 达 到 较 好 的 上 浮 效 果 所 对 应 的 DTL - 1 用 量 为 12.5 mg/L。 3. 1. 2矿浆pH值对铝矿样可浮性的影响 图4所示为在浮选温度25 ℃、 捕收剂DTL-1用量 12.5 mg/L的条件下， pH值对铝矿样回收率的影响。 由图 4 可知， 当 pH 值在 2.0～8.0 的范围内变化 时， 铝矿样的回收率基本稳定， 当pH值大于8.0之后， 回收率急剧下降。由此可见， DTL-1对pH值的适用 范围较宽， pH值在2.0～8.0时， 铝矿样的回收率均能 达到80以上， 其中pH值为8.0时， 铝矿样的回收率 为88.74。 3. 1. 3温度对铝矿样可浮性的影响 图 5 所示为在矿浆 pH8.0、 捕收剂 DTL-1 用量 12.5 mg/L条件下， 温度对铝矿样回收率的影响。 由图5可知 随着温度的升高， 铝矿样的回收率 呈现出先升高后降低的趋势； 在浮选温度为25 ℃时， 铝矿样的回收率最高， 为91.21。因此捕收剂DTL- 1可以在常温下使用。 3. 2人工混合矿浮选试验 3. 2. 1捕收剂DTL-1用量试验 图6所示为在矿浆自然pH值 （pH6.95） 、 浮选温 度为25 ℃条件下， 捕收剂DTL-1用量对人工混合矿 浮选指标的影响。 由图6可知 随着捕收剂DTL-1用量的升高， TFe 品位呈先升高后趋于稳定的趋势， 而TFe回收率呈先 降低后趋于稳定的趋势； Al2O3品位逐渐降低， 铝的脱 除率逐渐升高。综合考虑， 确定捕收剂用量为 12.5 mg/L时， DTL-1对铁精矿反浮选脱铝的效果最好， 此 时， 精矿 TFe 品位为 70.70， TFe 回收率为 80.00， Al2O3品位由 5.95 降低到 1.70， 铝的脱除率为 78.10。 3. 2. 2pH值试验 图7所示为在捕收剂DTL-1用量为12.5 mg/L、 浮 选温度为25 ℃条件下， 矿浆pH值对人工混合矿浮选 指标的影响。 2020年第9期 133 由图7可知 随着矿浆pH值的升高， TFe品位呈 先升高后降低的趋势， TFe回收率则与之相反； Al2O3 品位呈先降低后升高的趋势， 铝的脱除率则先升高 后降低。综合考虑， 确定浮选pH值为8.0， 此时， TFe 品位为 70.67， TFe 回收率为 76.11， Al2O3品位由 5.95 降低到 1.93， 铝的脱除率为 74.72， 可以实 现二者的有效分离。所以DTL-1在铁精矿反浮选脱 铝时， 在pH＜8.0的条件下， 脱铝效果较好。 3. 3表面动电位分析 图 8 所示为在不同 pH 值条件下， 加入捕收剂 DTL-1前后， 铝矿样表面动电位的变化。 由图8可知， 铝矿样的零电点为pH9.0， 当pH＞ 9.0时， 铝矿样表面带负电， 当pH＜9.0时， 铝矿样表面 带正电。加入捕收剂DTL-1后， 随着pH值的升高， 铝矿样的表面动电位向负方向移动； 当 pH 值大于 10.0时， 铝矿样的表面净剩电荷与不加捕收剂时相比 变化较小， 铝矿样表面动电位基本不移动， 此时铝矿 样的浮选回收率极速下降； 当pH值为8.0时， 捕收剂 DTL-1与矿物之间存在静电力吸附， 同时也可能存在 化学吸附和氢键吸附， 此时铝矿样的浮选回收率较 高， 铁矿样的回收率较低， 二者出现较大的浮游差， 有利于实现二者的分离。 3. 4红外光谱分析 3. 4. 1捕收剂DTL-1的红外光谱分析 捕收剂DTL-1的红外光谱图如图9所示。 由图 9 可知， 2 924.17 cm-1和 2 852.95 cm-1分别 是亚甲基 （CH2） 的反对称和对称伸缩振动峰， 3 419.00 cm-1是羟基 （OH） 的伸缩振动吸收峰， 1 636.61 cm-1是羧基 （COOH） 中羰基 （CO） 的 伸缩振动吸收峰， 545.79 cm-1是 CBr 伸缩振动吸 收峰 ［10］。 金属矿山2020年第9期总第531期 134 ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ 3. 4. 2与捕收剂DTL-1作用前后铝矿样的红外光 谱分析 在 pH 值为 8.0， 捕收剂 DTL-1 用量为 12.5 mg/L 条件下， 与捕收剂DTL-1作用前后铝矿样的红外光 谱分析结果如图10所示。 从图 10 可知， 3 417.22 cm-1是吸附水氢键的特 征吸收峰， 1 637.39 cm-1和 1 400.87 cm-1是水中羟基 （OH） 的伸缩振动吸收峰， 1 087.36 cm-1是铝矿样的 特征峰， 470.27 cm-1处的吸收峰则是由A1O键的伸 缩振动造成的 ［11］。当铝矿样与捕收剂作用后， 除了 铝矿样的自身谱带外， 3 417.22 cm-1处的吸附水氢键 的振动吸收峰偏移至 3 446.72 cm-1， 偏移量为 29.5 cm-1， 可能是来自层间水和羟基铝中的OH伸缩振 动 ［12］导致的， 470.27 cm-1处A1O键的吸收峰消失， 此时出现了562.80 cm-1处的CBr伸缩振动吸收峰， 说明有捕收剂DTL-1吸附在铝矿样表面发生了化学 吸附， 由于化学吸附的作用， 生成了某种难溶的表面 化合物或稳定的络合物， 这也就解释了在pH值为8.0 的条件下， 使用捕收剂DTL-1浮选铝矿样时， 浮选回 收率高达91.21。综合上述分析可知， 铝矿样与捕 收剂DTL-1之间存在着静电吸附、 氢键吸附和化学 吸附。 4结论 （1） 在常温条件下， DTL-1即可对铝矿样取得较 好的捕收效果； DTL-1对 pH值的适用范围较宽， 当 pH 值在 2.0～8.0 之间时， 铝矿样的回收率均能达到 80 以上； 当 pH 值为 8.0、 捕收剂用量为 12.5 mg/L 时， 单矿物浮选试验可获得Al2O3回收率91.21的指 标， 人工混合矿浮选试验可获得 TFe 品位 70.67， TFe回收率76.11， Al2O3品位1.93， 铝的脱除率为 74.72的选别指标。 （2） 表面动电位分析和红外光谱分析结果表明， 捕收剂DTL-1与铝矿样之间存在着静电吸附、 氢键 吸附和化学吸附。 参 考 文 献 韩跃新， 高鹏， 李艳军， 等. 我国铁矿资源 “劣质能用、 优质优用” 发展战略研究 ［J］ . 金属矿山， 2016 （12） 2-8. 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