有机螯合抑制剂在浮选中的应用.pdf
第5 8 卷第4 期 2 006 年11 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 .5 8 ,N o .4 N o v e m b e r2 0 06 有机螯合抑制剂在浮选中的应用 吴卫国1 ,一,孙传尧2 ,朱永揩1 ,2 1 .北京科技大学土木与环境工程学院,北京1 0 0 0 8 3 ;2 .北京矿冶研究总院,北京 10 0 0 4 4 摘要螯合抑制剂通常比一般的抑制剂具有更好的作用效果。介绍有机螯合抑制剂在浮选中的抑制作用。综述浮选中应 用有机螯合抑制剂的种类及其应用研究现状。 关键词选矿工程;有机螫合抑制剂;综述;浮选药剂;螯合物 中图分类号T D 9 2 3 .1 4 ;T D 9 2 3 .7文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 3 0 0 8 1 0 5 螯合剂是指与某种金属离子作用能够形成环状 结构配合物的试剂。螯合剂分子中一般含有两个或 两个以上能够供应电子的基团,它们与金属离子结 合之后形成环状结构的配合物称金属螯合物[ I3 。 在浮选过程中,由于金属螯合物有更高的稳定 性【2 3 ] 和螯合剂对不同金属离子常常具有很强选 择性⋯,因此,在浮选过程中,螯合抑制剂通常比一 般抑制剂作用效果更好。 1 有机螯合抑制剂在浮选中的抑制作用 有机螯合抑制荆在浮选过程中主要通过三种不 同的作用形式来影响浮选过程心,4J 。 1 有机螯合抑制剂与矿浆中活化金属离子作 用生成稳定的可溶性螯合物,从而防止其吸附到矿 物表面,达到抑制作用。由于螯合物具有较高的稳 定性,活化金属离子与有机螯合抑制剂生成螯合物 后就失去活化作用,因此有机螯合抑制剂往往有一 般抑制剂所不能达到的特殊效果。 2 有机螫合抑制剂与矿物表面金属离子作用, 生成亲水性产物附着在矿物表面,并阻碍捕收剂的 吸附,从而达到抑制矿物的目的。由于某些有机螯 合抑制剂中含有亲水性基团,当有机螯合抑制剂与 矿物表面上的金属离子作用附着在矿物表面时,该 矿物的亲水性能就会增强,从而该矿物被完全或部 分抑制。这时螯合物是以化学吸附或者在矿物表面 生成表面化合物的形式附着于矿物表面,使矿物表 收稿日期2 0 0 6 一0 6 1 9 作者简介吴卫国 1 9 7 0 一 ,男,湖北武穴市人,工程师,博士生.主 要从事矿物工程及浮选药剂等方面的研究; 孙传尧 1 9 4 4 一 ,男,山东东平市人,教授,博士生导师, 中国工程院院士,主要从事矿物工程等方面的研究。 面亲水。 H 一酸在浮选过程中作为有机螯合抑制剂能够 抑制黄玉,是因为在p H 3 .5 时H .酸分子结构中一 N H 2 基和一O H 基能够与被抑制矿物表面的晶格阳 离子 如础3 发生键合作用形成稳定的亲水金属 螯合物而使矿物表面亲水,达到抑制矿物的目的,反 应可用下式表示L 5J 。 牛 还 3 有机螯合抑制剂与矿物表面活化金属离子 作用生成稳定的水溶性的螯合物溶解于矿浆中,从 而达到矿物表面去活作用。在一定药剂制度下,对 某些可浮性很差的矿物而言,由于矿物表面吸附某 种金属离子而使矿物被活化或部分被活化,大大提 高了矿物的浮游性。有机螫合抑制剂可与矿物表面 上的活化金属离子作用,生成可溶性的稳定的螯合 物进入矿浆,从而使矿物去活,被抑制。 例如,当以油酸钠为捕收剂时,有机螯合抑制剂 如柠檬酸 能与石英表面吸附的活化金属离子发生 螯合作用生成水溶性金属螯合物离开矿物表面,使 捕收剂在石英表面失去吸附活性点,降低其吸附量, 从而使石英的浮选受到抑制。柠檬酸与石英表面金 属离子作用反应如下式所示L 6 J 。 C H 2 C O O H C .} h C O O H 1 碘一e ~一“麓- 一- - O { 一一q l ≥耐旷r 高rH U t L 1 J ’ 万方数据 8 2有色金属第5 8 卷 2有机螯合抑制荆的应用现状 浮选中发现有机螯合剂对脉石矿物有抑制作用 大约在2 0 世纪3 0 年代末期,经过几十年的发展,有 机螯合剂作抑制剂的研究和应用逐渐增多。根据有 机螯合抑制剂中给电子原子种类的不同,大致将研 究和应用较多的有机螯合抑制剂分为O O ,N o ,S o ,N N 四种类型。 , 2 .1O O 型有机螯合抑制剂 O O 型的有机螯合抑制剂是浮选中常见的一 种抑制剂,研究和应用较多的有草酸、柠檬酸、乳酸、 酒石酸、葡萄糖酸、鞣酸、没食子酸、焦性没食子酸、 茜素红S 以及用代号表示的药剂Y Z S ,Z S .1 和 N T 一3 。 2 .1 .1 焦性没食子酸和没食子酸。没食子酸和焦 性没食子酸能够作螯合抑制剂的原因主要是,没食 子酸的分子中的多个一O H 和一C O O H 、焦性没食子 酸分子中的多个一O H 能够与矿物表面的金属离子 发生键合作用生成螯合物,而未成键的一O H 或 一C O O H 亲水,从而达到抑制矿物的作用。 在用阴离子捕收剂分离萤石和重晶石时,没食 子酸可以抑制萤石而使重晶石上浮【5 j 。郭琳和陈 建华等对焦性没食子酸对硫化矿物的抑制作用进行 了试验研究,结果表明在用丁基黄药作捕收剂的情 况下,焦性没食子酸对方铅矿、黄铁矿、黄铜矿和闪 锌矿具有抑制作用[ 7 q ] 。 2 .1 .2 草酸 草酸钠 。草酸是浮选研究和应用过 程中使用较多的有机螯合抑制剂。它可与p b 2 , M n 3 ,F d 等多种金属离子生成螯合物,因此,在浮 选过程中,草酸往往可以作为抑制剂来用。其抑制 作用主要表现在两个方面一是草酸可以与矿物表 面的活化离子螯合生成可溶性的螯合物,从而使矿 物达到去活;另一方面,草酸可以与矿物表面金属离 子作用,形成亲水性产物附着在矿物表面,增大矿物 表面的亲水性并阻碍捕收剂的吸附,从而达到抑制 矿物的目的。 例如,在用苄基胂酸作捕收剂浮选分离锡石和 黑钨混合精矿时,草酸是黑钨矿的有效抑制剂。这 是因为草酸能与黑钨矿表面的M n 2 作用形成稳定 的亲水性螯合物[ 5 ] 。用双磷酸作捕收剂进行铌钙 矿的浮选试验研究表明,草酸对白云石有较强的抑 制作用[ 9 } 。对一水硬铝石、叶蜡石和高岭石三种单 矿物进行了革酸钠抑制作用试验,结果表明革酸钠 对一水硬铝石和高岭石都有抑制作用u0 | 。在用氧 肟酸浮选锡石时,用草酸作抑制剂能抑制氧化铁矿 物及电气石的上浮。这是因为草酸能够与含铁矿物 表面的铁螯合生成亲水性的螯合物,从而达到抑制 作用[ 2 】。在用油酸钠作捕收剂时,草酸对活化后的 架状、层状及环状结构硅酸盐矿物均具有极好的去 活作用,特别对层状及环状结构矿物,在草酸的去活 作用下,基本丧失了可浮性。这是因为草酸可以与 硅酸盐矿物表面活化离子螯合生成可溶性的螯合 物,使矿物达到去活[ 4 ] 。在油酸钠作捕收剂浮选黑 钨矿时,草酸能够与石英表面的活化离子F e 3 和 C u 2 发生螯合作用而使石英被抑制。 2 .1 .3 柠檬酸 柠檬酸钠 和乳酸 乳酸钠 。在浮 选过程中,柠檬酸和乳酸作为有机螯合抑制剂起抑 制作用的原因主要是 1 能与矿浆中的活化金属离 子生成稳定的水溶性螯合物,使被活化矿物失去活 性点,达到抑制活化矿物的目的; 2 柠檬酸含有羧 基和羟基等亲水基团,乳酸含有羰基和完整的羟基 等亲水基团,这些基团能与某些矿物表面的金属离 子螯合,增大矿物表面的亲水性并障碍捕收剂的吸 附,从而达到抑制作用。 例如,在以脂肪酸作捕收剂的浮选中,柠檬酸和 乳酸能够抑制含铁硅酸盐矿物如角闪石、辉石和黑 云母等矿物。这是因为它们对这些矿物晶格中的铁 有着较强的螯合能力,能使矿物表面亲水性增强并 阻止捕收剂的吸附L 2 j 。在用油酸钠作捕收剂分离 硅线石和石英的浮选过程中,由于矿浆中活化金属 离子F e 3 和越3 对石英能起活化作用,从而降低了 两种矿物的可浮性差异,采用柠檬酸作抑制剂可实 现硅线石和石英的有效分离H2 l 。这是因为柠檬酸 能够与矿浆中的F e 3 和A 1 3 螯合生成水溶性的螯 合物,使石英失去活性点而被抑制。胡岳华等对湖 南柿竹园的白钨矿和萤石进行了浮选分离试验,在 F 3 0 5 为捕收剂,p H 方铅矿 闪锌矿 黄 铜矿 毒砂r7 | 。 2 .1 .7 茜素红S 。由于茜素红S 分子中的羟基和 羰基能够与金属离子螯合,而分子中的磺基、羟基、 羰基和氨基具有亲水性,因此茜素红S 能够作为螯 合抑制剂应用C 2J 。 用油酸钾作捕收剂,茜素红S 作抑制剂,在碱性 介质中 p H 9 对细晶磷灰石和白云石混合矿进行 浮选分离试验,结果表明,茜素红S 作抑制剂时能抑 制白云石的上浮[ 1 7J 。 2 .1 .8Y Z S 、Z S 一1 和N T 一3 。用氧化石蜡皂作捕收 剂,Y Z S 作抑制剂浮选磷灰石,经一次粗选一次精 选就可有效地抑制方解石的上浮。这是因为Y Z S 加入矿浆中后能与矿浆中的活化金属离子C a 2 , M 9 2 和F e 3 等金属离子生成水溶性螯合物,减少 了这些离子的活化作用,从而起到有效抑制碳酸盐 矿物的目的L 1 8J 。另有试验表明,Z S - 1 和N T .3 两种 有机螯合抑制剂都能与z n 2 ,M 孑 和F e a 等多种 活化金属离子形成稳定的水溶性螯合物,使磷矿石 中主要脉石矿物碳酸盐矿物失去活性点而能够很好 地被抑制,有利于磷矿石的浮选【l9 | 。; 2 .2N .O 型有机螯合抑制剂 N O 型有机螯合抑制剂在浮选中研究和应用 较多的主要为乙二胺四乙酸和8 一羟基喹啉以及用 代号表示的药剂A P 和E P 。 2 .2 .1 乙二胺四乙酸。乙二胺四乙酸不仅对铁、 钴、锰、铜和锌等金属离子有很强的螯合能力,而且 对钙、镁等碱土金属离子也有很强的螯合能力,因此 乙二胺四乙酸能够对这些活化离子起到去活作用。 受活化的石英等脉石矿物完全可以被乙二胺四乙酸 抑制,同时乙二胺四乙酸还能与矿物表面的金属离 子螯舍,增强矿物的亲水性并阻止捕收剂的吸附,达 到抑制作用【2J 。 在用肥皂作捕收剂浮选方解石时,乙二胺四乙 酸可作为水胆矾和孔雀石等氧化铜矿的良好抑制 剂E 2 0 ] 。在以月桂胺为捕收剂浮选被铁离子污染的 霓石和赤铁矿混合矿时,乙二胺四乙酸具有明显的 去活作用,能使霓石受到抑制,实现霓石和赤铁矿的 有效分离[ 1 4 - 15 | 。在用油酸作捕收剂浮选方解石 时,乙二胺四乙酸可作为抑制重晶石的抑制剂【2 1 I 。 2 .2 .2 8 一羟基喹啉。在用阴离子捕收剂反浮选磁 选精矿时,8 一羟基喹啉可作为铁矿物的特效抑制剂。 8 一羟基喹啉分子中的氮与羟基中的氧能与铁离子生 成稳定的五元环螯合物,而表面螯合物F e /8 一羟基 喹啉带负电能与阴离子捕收剂电性相斥,从而使磁 铁矿被抑制【22 I 。 2 .2 .3A P 和E P 。由于A P 和E P 分子中含有的氨 基和膦酸基能够与矿物表面的金属离子螯合,使矿 物表面具有亲水性,达到抑制矿物的目的。 对金川公司镍矿石以B S 一4 与丁基黄药为混合 捕收剂,E P 为脉石矿物抑制剂进行浮选试验,结果 表明在强化镍黄铁矿捕收的同时,用E P 作抑制剂 万方数据 有色金属第5 8 卷 能加强对蛇纹石的抑制[ 23 l 。采用A P 和E P 作抑制 剂分别进行萤石和方解石人工混合矿分离的试验结 果表明,A P 和E P 可选择性抑制方解石,而萤石保 持较好的可浮性【2 4 _ 25 | 。 2 .3S .o 型有机螯合抑制剂 在浮选研究和应用中,作S - O 型有机螯合抑制 剂用的主要是巯基乙酸。巯基乙酸具有抑制作用是 因为巯基乙酸分子结构中一S H 和一C O O H 两种基 团能够与被抑制矿物表面的金属离子发生键合作用 形成稳定的亲水金属螯合物,从而实现抑制矿物的 目的。 研究表明,在p H 4 ~7 时,用油酸钠作捕收 剂,巯基乙酸对霓石具有显著的抑制作用,而对赤铁 矿基本不抑制或抑制作用很弱,能够实现两种矿物 的有效分离[ 2 6 ] 。另有试验表明,巯基乙酸是硫化矿 物良好的抑制剂,在用量很小时,巯基乙酸对方铅 矿、黄铜矿和黄铁矿具有很强的抑制作用[ 7 ] O 2 .4N .N 型有机螯合抑制剂 N .N 型有机螯合抑制剂主要有乙二胺、二乙撑 三胺、三乙撑四胺和1 .1 0 .二氮杂菲。 2 .4 .1 乙二胺。在用黄药作捕收剂进行镍黄铁矿 浮选时,乙二胺能和辉石表面活化辉石的C u 2 螯 合,从而达到抑制辉石的效果[ 2 7 ] 。在用油酸钠作捕 收剂浮选黑钨矿时,乙二胺能够与石英表面的活化 金属离子F e 3 和C u 2 发生螯合作用而使石英被抑 参考文献 制[ 1 1 ] 。 2 .4 .2 二乙撑三胺和三乙撑四胺。在对V o i s e y B a y 镍铜硫化矿进行浮选时,用戊基钾黄药作捕收 剂,二乙撑三胺和三乙撑四胺分别与焦亚硫酸钠 N a 2 s 2 0 s 或S O 联合作用能够有效地抑制磁黄铁 矿而使镍黄铁矿上浮[ 2 8 | ,在用戊基黄药作捕收剂浮 选镍黄铁矿时,用二乙撑三胺作磁黄铁矿的抑制剂 也能起到很好的抑制作用[ 2 9 I 。这是因为二乙撑三 胺和三乙撑四胺能够与活化磁黄铁矿的C u 2 , N i 2 十,F e 2 生成水溶性的螯合物,从而达到去活作 用,抑制磁黄铁矿的上浮。 2 .4 .31 .1 0 .二氮杂菲。朱建光报道了1 .1 0 一二氮 杂菲在反浮选磁选铁精矿中作有机螯合抑制剂的试 验。在用阳离子捕收剂十二胺盐酸盐反浮选磁选精 矿时,1 .1 0 一二氮杂菲可作磁铁矿的特效抑制剂是因 为1 .1 0 一二氮杂菲分子中的两个氮原子呈碱性,具 有胺的性质,能与磁铁矿表面的铁离子生成五元环 螯合物,其电性与十二胺盐的电性相斥而使磁铁矿 被抑制L 2 2 j 。 有机螯合抑制剂由于具有很高的选择性以及与 金属离子络合形成的金属螯合物具有更高的稳定 性,因此在今后的研究和应用中,有机螯合抑制剂将 会越来越受到重视,系统地研究有机螯合抑制剂在 浮选中的应用和作用机理具有现实意义。 [ 1 ] 见百熙.浮选药剂[ M ] .北京冶金工业出版社,1 9 8 5 2 8 9 2 9 2 . 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