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6 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 a j s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 1 7 磷酸酯淀粉对赤铁矿抑制性能研究 尹明水，杨久流，任爱军 北京矿冶研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 0 0 摘要以玉米淀粉和玉米磷酸酯淀粉作为抑制剂，研究了十二胺浮选体系中赤铁矿和石英的可浮性及原淀粉和磷酸 酯淀粉对赤铁矿的选择性抑制作用，结果表明磷酸酯淀粉与原淀粉相比，对赤铁矿具有更好的选择性抑制作用。 关键词赤铁矿；石英；十二胺；可浮性；抑制剂；磷酸酯淀粉 中图分类号T D 9 2 3 ．1 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 2 删0 4 R 雠a r c h 伽恤心啪蚰P e 响珊撇eo f 帅t eS t 眦ho nH e m 鲥t e Y I Ⅳ施咿九城，Y 么ⅣGm I l 髓u ，R E ⅣA 玎u n s 纽t e 砌勘【6 D m t o 俘。厂施n e 同A D 黜z 叼s c 切l c e 伽d ‰h 加Z 唧， 彬叼Q 他问R e s e 口r c h j 如蹴u 钯。厂施n { 叼n n dM 批玎鲫，B e 蜘呵I 供晒D o ，C 氕￡，I 国 A b s t r 剐c t I nd l i s p 印e r ， t l l e n o a t a b i l i 锣o fh e m a t i t ea n dq u a r t zw 鹊i n v e s t i g a t e d i nt h el 肌r y Ia I I l i n e n o t a t i o ns y s t e m ，肌dt l l es e k c t i v ei l l l l i b i t i o np e m m 彻n c eo ft l l es t a r c h 粕dp h o s p h a t es t a r c hw a sa l s os t u d i e d ． T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt l l a tp h o s p h a t es t a r c hh 鹪ab e t t e r ∞l e c t i v ei I l l l a b i t a t i o ne 丑．e c tt h a nn a t i v es t a r c h ． 】目0 e yw o r d s h e m a t i t e ；q u a I t z ；l a u r y la I l l i n e ；n o a t a b i l i t y ；d e p r e s s a n t ；p h o s p h a t es t a r c h 随着铁矿浮选的深入发展，“提铁降硅”技术 已经在铁矿反浮选中受到广泛关注和重视[ 1 ] 。采 用淀粉作为浮选抑制剂，目前用量最大的是玉米原 淀粉，但是使用玉米原淀粉存在两大问题一是淀 粉用量巨大；二是淀粉使用时存在配制过程相对复 杂的问题，需要将淀粉加热或用氢氧化钠苛化后才 能使用。鉴于此，众多选矿学者m ] 对玉米原淀 粉的替代品进行了研究，但淀粉衍生物仍是研究 重点。 本文以玉米淀粉为原料合成磷酸酯淀粉作为抑 制剂，研究其对石英和赤铁矿的抑制作用，以期达 到降低淀粉用量和解决配制过程复杂的问题。 1 试样与药剂 赤铁矿取自辽宁鞍山，石英取自四川。赤铁矿 纯度大于9 5 ％，石英纯度大于9 8 ％。 矿样经过手选，选取结晶度好、纯度高的块 收稿日期2 0 1 2 一l O 一1 1 作者简介尹明水 1 9 8 7 一 ，男，山东济宁人，硕士研究生。 矿，经破碎后用陶瓷球磨机磨矿，在单矿物矿样的 提纯过程中，应避免金属 主要是铁 的污染，并 用重选、磁选除杂，筛选出粒度3 7 ～7 4 斗m 的矿样 进行浮选试验。 试验所用捕收剂十二胺 化学纯 、p H 调整剂 盐酸 分析纯 、氢氧化钠 分析纯 、抑制剂淀粉 工业纯 、磷酸酯淀粉 自制 。 2 磷酸酯淀粉的合成 称取1 0 0g 干基 玉米淀粉放人捏合机中。 将占淀粉重量1 0 ％的N a H 2 P O 。、2 ％的尿素溶于水， 体系水分2 5 ％，用盐酸调节p H5 ．5 ，以喷雾的方 式加到捏合机中，之后捏合一段时间，静置0 ．5h 。 其后将混合物放人烘箱中，在低温6 0 ℃下反应3h ， 然后升温1 3 5 ℃反应2h ，冷却，过1 4 7 斗m 筛， 即得磷酸酯淀粉。经检测，磷酸酯淀粉取代度o ．1 0 ， 室温 2 5 ℃ 下即可溶于冷水中。 万方数据 2 0 1 3 年第2 期尹明水等磷酸酯淀粉对赤铁矿抑制性能研究6 5 3 选矿试验方案 试验在x F G 型挂槽式浮选机中进行，有机玻 璃挂槽容积为2 0r I l L ，叶轮转速为15 0 0 滴n ，试 验温度为室温。 单矿物试验时，每次称取2 ．0g 矿样放入浮选 槽中，加2 0 Ⅱl L 去离子水，搅拌2I I l i n ，调节p H 2I I l i n ，添加抑制剂搅拌2I I l i n ，然后浮选4m i n 。 泡沫产品烘干、称重并计算回收率。混合矿物试验 时，每次称取1 ．0g 石英和1 ．0g 赤铁矿混合后放 人浮选槽中，加2 0m L 去离子水，搅拌2I n i n ，调 节p H 值2n l i n ，添加抑制剂搅拌2I I l i n ，然后浮 选4I I l i n 。将泡沫产品丢弃，将槽内铁精矿产品烘 干称重以计算回收率并送化验。对于混合矿物的分 离，采用G 跏d i nAM 提出的相对回收率的几何平 均值作为分离效果的判据，更为合理。习惯上称之 为选择性指数，用，表示 ，一骶 4 试验结果与分析 4 ．1 自然p H 7 ．6 下两种矿物的可浮性 自然p H 7 ．6 条件下，石英和赤铁矿在十二 胺体系下的可浮性如图1 所示。 零 、 胬 擎 回 十二胺用量， 1 n g L _ 1 图1 十二胺用量试验结果 F i g ．1 T e s tr e s u l t so fc o n c e n n a t i o no fd o d e c y l 锄i n e 由图1 可以看出，在自然p H 7 ．6 下， 随 着十二胺用量由1 0m g ，L 提高到6 0m g ，L ，石英和 赤铁矿的回收率均明显提高。在十二胺用量由6 0 m g ，L 提高到1 0 0r r 虮过程中，石英和赤铁矿的回 收率变化不大。这说明在自然p H 7 ．6 ，十二胺 用量6 0m g ，L 下，十二胺对石英和赤铁矿均具有良 好的捕收性能。 4 ．2 p H 对两种矿物可浮性的影响 由十二胺用量试验结果可知，在用量6 0m g ，L 下，十二胺对石英和赤铁矿均具有良好的选择性。 在十二胺用量6 0m g ，L 的条件下，石英和赤铁矿回 收率与p H 值的关系如图2 所示。 堡 褂 娶 匣 p H 图2 矿物可浮性与矿浆p H 的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i p b e t 、v e e nt h em i n e r a l sn o a t a b i l i t y 锄dp Hv a l u eo ft I l ep u l p 图2 可知，在很宽的p H 值范围内，十二胺对 石英的捕收性能很好。而在较低p H 值下对赤铁矿 捕收性比较弱，这主要是赤铁矿零电点比较高的缘 故。随着p H 的升高，十二胺对赤铁矿捕收能力不 断提高，之后开始降低。在常规p H 7 ．6 下十二 胺对石英和赤铁矿的捕收性能都很强。 4 ．3 不同淀粉对两种矿物可浮性的影响 在自然p H 7 ．6 下，原淀粉和磷酸酯淀粉用 量对石英和赤铁矿可浮性的影响分别如图3 、图4 。 堡 哥 馨 苴 蝈 j b 淀粉用量， m g L ．1 图3 淀粉用量对石英浮选的影响 F i g ．3 E 妇f e c t so fc o n c e n 砸m o no fs t a r c ho nt I l e f l o t a t i o no fq u 砒z 从图3 可以看出，随着淀粉用量由0 增加到 1 5m 班，石英的回收率不断下降。但是在同样的 用量下，磷酸酯淀粉对石英的抑制作用明显比原淀 粉的抑制作用弱。在原淀粉用量达到1 5 叫江，石 英回收率已经降到3 3 ％。而在磷酸酯淀粉用量达到 1 5I I l g ／L 时，石英回收率仍可达到7 7 ．5 ％。 从图5 可以看出，随着淀粉用量由0 增加到 万方数据 6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第2 期 零 ＼ 褥 擎 回 娴 灶 淀粉用量， 1 n g L - 1 图4 淀粉用量对赤铁矿浮选的影响 F i g ．4 E f 亿c t so fc o n c e n t r a t i o no fs t a r c ho nt h e n o t a t i o no fh e m a 士i t e 1 5m ∥L ，石英的回收率不断下降。当原淀粉用量 达到2m g ，L 时，赤铁矿回收率已经降到4 ．6 ％，当 原淀粉用量继续增加，赤铁矿回收率下降不明显。 当磷酸酯淀粉用量达到2m 玑时，赤铁矿回收率 已经降到2 ．7 ％，当磷酸酯淀粉用量继续增加，赤 铁矿回收率下降不明显。说明原淀粉和磷酸酯淀粉 均能很好地抑制赤铁矿，且在同样的用量下，磷酸 酯淀粉的抑制作用略强于原淀粉。 由淀粉用量对石英和赤铁矿单矿物浮选的影响 结果可以看出，磷酸酯淀粉比原淀粉对赤铁矿具有 更好的选择性抑制作用。 4 ．4 人工混合矿分离试验 单矿物试验结果表明，磷酸酯淀粉与原淀粉相 比，对赤铁矿具有更好的选择性抑制作用。采用磷 酸酯淀粉作为抑制剂进行混合矿分离试验 石英 赤铁矿 1 1 ，以验证其选择性抑制性能。 4 ．4 ．1 抑制剂用量试验 在常规p H 7 ．6 下，固定捕收剂十二胺用量 6 0m g ，L ，磷酸酯淀粉用量对混合矿分离铁精矿品 位和回收率的影响如图5 所示。 零 、 褂 娶 回 抑制剂用量， Ⅱl g L - 1 图5 淀粉用量对混合矿分离的影响 F i g ．5 E f f b c t so fc o n c e n t r a t i o no fp h o s p h a ￡es t a r c h o nt h en o t a t i o no fI I l i n e r a l s 从图5 可以看出，随着磷酸酯淀粉用量的增 加，铁精矿的铁品位和回收率均先升高后降低。 在抑制剂磷酸酯淀粉用量1 ．5m g ／L 时，可以获 得最好的分离效果铁精矿品位6 1 ．5 0 ％，回收 率7 1 ．4 4 ％。 4 ．4 ．2 捕收剂用量试验 在常规p H 7 ．6 下，固定磷酸酯淀粉用量 1 ．5m g ／L ，捕收剂十二胺用量对混合矿分离铁精矿 品位和回收率的影响如图6 所示。 堡 过 嚷 堡 褂 擎 回 十二胺用量， m g ‘L 『1 图6 捕收剂用量对混合矿分离的影响 F i g ．6 E f 玷c t so fc o n c e n t r a t i o no fc o l l e c t o r so nt h e n o t a t i o no fm i n e r a l s 从图6 可以看出，随着十二胺用量的增加，铁 精矿的品位先升高后降低，回收率不断降低。在十 二胺用量6 0m g ，L 时，可以获得最好的分离效果 铁精矿品位6 1 ．5 0 ％，回收率7 1 ．4 4 ％。 4 ．4 ．3 p H 条件试验 在固定捕收剂用量6 0m g ，L ，磷酸酯淀粉用量 1 ．5m g ，L 条件下，p H 对混合矿分离铁精矿品位和 回收率的影响如图7 所示。 冰 、 邋 喀 p H 图7p H 对混合矿分离的影响 F i g ．7 E 珏b c t so fp Ho nh e m a t i t e q u a r t zf l o t a t i o n s e p 啪t i o n s t a r c h 1 ．5m g ，L 从图7 可以看出，随着p H 的增加，铁精矿品 位先升高后降低，回收率先降低后升高。在常规 p H 7 ．6 下，可以获得最好的分离效果铁精矿 品位6 1 ．5 0 ％，回收率7 1 ．4 4 ％。 堡瓣擎回 万方数据 2 0 1 3 年第2 期尹明水等磷酸酯淀粉对赤铁矿抑制性能研究6 7 5 结论 1 以玉米淀粉为原料合成了磷酸酯淀粉，经 测定其取代度0 ．1 0 ，室温 2 5 ℃ 即可溶于冷水。 2 单矿物试验表明，磷酸酯淀粉比原淀粉对 赤铁矿具有更好的选择性抑制作用。 3 人工混合矿分离试验验证结果表明，使用 磷酸酯淀粉作抑制剂可以将石英和赤铁矿很好地分 离。在常规p H 7 ．6 ，磷酸酯淀粉用量1 ．5r n g ／L ， 十二胺用量6 0n 虮的条件下，可以获得最好的分 离效果，铁精矿品位6 1 ．5 0 ％，回收率7 1 ．4 4 ％。 上接第5 l 页 正C F D 模拟策略和提高P I V 测试方法的准确性。 巨 瓣 雷 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0 转速， r I I l i n - 图1 5C F D 预测值与实测功率消耗曲线 F i g ．1 5C o m p a r i s o no fp o w e rc o n s u m p t i o nb e 伽e e n C F Dp r e d i c t i o na n de x p e r i m e n t a lm e 鹊u r e m e n t 3 结论与展望 本文利用C F D 数值模拟和P I V 测量方法实现 了对K Y F0 ．2m 3 浮选机内部流场揭示和分析。总 体上，P I V 测试结果同C F D 预测结果很好地吻合， 说明C F D 预测结果能够反映K Y F 型浮选机的真实 流场特征。目前的研究对于开展浮选机内多相流复 杂流场的预测，完善原有浮选机设计方法，开展结 构优化工作奠定了基础。 1 C F D 数值模拟和P I V 测量结合并用于浮选 机流场结构及其特征参数的研究是行之有效的，能 够解决C F D 预测结果准确性和可靠性等关键问题。 2 预测结果和测量结果均揭示了纵截面内上、 下循环流场漩涡结构，局部的径向速度和轴向速度 对比显示二者在变化趋势和大小等方面均有较好的 一致性。 参考文献 [ 1 ] 余永富．我国铁矿山发展动向、选矿技术发展现状及存 在的问题[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 6 ，2 6 1 2 1 - 2 5 ． [ 2 ] 刘洁．铁矿浮选抑制剂变性淀粉的研制与应用[ D ] ． 北京北京化工大学，2 0 0 9 ． [ 3 ] S 帕夫洛维奇．淀粉、直链淀粉、支链淀粉和葡萄糖单体 的吸附作用及其对赤铁矿和石英浮选的影响[ J ] ．国外 金属矿选矿，2 0 0 4 6 2 7 3 0 ． [ 4 ] 代淑娟，魏德洲，丁亚卓，等．废啤酒酵母溶解相对赤铁 矿的抑制作用[ J ] ．金属矿山，2 0 0 8 6 4 l 4 4 ． [ 5 ] ID 桑托斯．在铁矿石反浮选中应用腐殖酸作为赤铁矿 的抑制剂[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 8 1 1 3 1 6 ． [ 6 ] 吴水锋．造纸黑液作为赤铁矿反浮选药剂的研究[ J ] ．甘 肃冶金，2 0 0 9 ，3 3 1 3 9 4 0 ． 3 叶轮叶片间局部流场揭示了叶片背浆面出 现的同旋转方向相反的漩涡结构，同时在背浆面处 出现了速度峰值区，其值甚至高于叶片尖端。 4 预测的功率消耗同实测结果保持了较好的 一致性，为大型浮选机节能设计奠定了基础。 参考文献 [ 1 ] 张建一，李晓峰，杨丽君，等．3 2 0m 3 充气机械搅拌式浮 选机工业试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 增刊1 1 8 1 1 8 3 ． [ 2 ] 阎超，于剑，徐晶磊，等．C F D 模拟方法的发展成就 与展望[ J ] ．力学进展，2 0 1 1 ，4 l 5 5 6 2 5 8 9 ． [ 3 ] 沈政昌，卢世杰，杨丽君．K Y F 系列大型浮选机的研制开 发与应用[ J ] ．有色金属，2 0 0 8 ，6 0 4 1 1 5 1 1 9 ． [ 4 ] 【i aJL ，m 肺eA ，G 渤8 t I 彻dS ．雎e c to ft u r b u l e n c e m o d e l so np I ．e d i c t i ∞o fn u i dn o wi l l姐 O u “，t e c n o t “o nc e U 【J ] ．M i I l e m l sE n g i ∞e 血g ，2 0 0 9 ，2 2 1 1 8 8 0 一8 8 5 ． [ 5 ]T i i I l i 聃nJH ，V 蛐oJ ，G 而n s b 瑚1 dS ． N u m e r i c a l m o d e l i I l go f 蚰0 u t o k u m p un o 叫帆d e 、r i c e [ C ] 胛l I i r d h I t e m a t i 彻8 lC o 血髓m eo nC F Di nt } 屺M i n ∞山锄d P r ∞鹤sI n d u s t r i 髓．M e l b o u n 地A u 8 Ⅱ司i a ，2 0 0 3 1 0 1 2 ． [ 6 ] 韩路长．搅拌釜反应器内流体流动的c F D 数值模拟[ D ] ． 湘潭湘潭大学，2 0 0 5 ． [ 7 ] 何炜，马静，王东，等．多参考坐标系法和滑移网 格法在汽车前端进气数值模拟中的比较[ J ] ．计算机辅 助工程。2 0 a r 7 ，1 6 3 9 6 1 0 0 ． [ 8 ] G r 蚰，R o 越g o 丸A ni I l v 洲9 8 l i o no ft l 地e 雎c to fp h y s i c a l 柚dc h e m i c a lv a r i a h k s ∞b l l b 脱eg e n e r a t i o n 蚰dc o a l e ∞锄c e i n l a b o m t o r y 8 c a l en o 蜘∞[ D ] ． H e k i l l l 【i H e k i I l k i U I I i v e 璐i t yo f ’I k h n o l o g r ，2 0 0 6 ． [ 9 ] 冯旺聪，郑士琴．粒子图像测速 P Ⅳ 技术的发展[ J ] ．仪 器仪表用户，2 0 0 3 ，1 0 6 1 3 ． 万方数据