正辛醇对苯乙烯膦酸浮选金红石过程的影响.pdf

正辛醇对苯乙烯膦酸浮选金红石过程的影响 ① 肖 巍1， 杨 娟1， 胡 聪2， 任亚鑫1 （1.西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055； 2.西北有色地质矿业集团有限公司，陕西 西安 710055） 摘 要 选用苯乙烯膦酸作为枣阳原生金红石矿浮选的捕收剂，研究了正辛醇对苯乙烯膦酸浮选效果的影响。 从苯乙烯膦酸用 量、浮选速率、产品粒度范围和泡沫性质等方面进行了系统研究，结果表明，在精矿产率相同条件下，添加 500 g／ t 正辛醇，苯乙烯膦 酸用量从 1 400 g／ t 降到 600 g／ t，用量降低了 57.1％；且金红石粗精矿品位从 8.05％提高到 10.36％，回收率从 58.75％提高到 76.38％； 浮选精矿产品中＋0.074 mm 粒级和－0.074＋0.038 mm 粒级含量分别增加了 31.3％和 40.4％。 当苯乙烯膦酸用量一定时，少量正辛醇 能大大提高溶液的起泡性能，进一步增大用量后起泡性能有所降低，但是泡沫在一定范围内趋于稳定。 关键词 金红石； 浮选； 捕收剂； 协同作用； 正辛醇； 苯乙烯膦酸 中图分类号 TD923文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2019.06.008 文章编号 0253－6099（2019）06－0035－04 Influence of Octanol on Perance of Styryl Phosphoric Acid in Collecting Rutile XIAO Wei1， YANG Juan1， HU Cong2， REN Ya⁃xin1 （1.School of Resources Engineering， Xi′an University of Architecture and Technology， Xi′an 710055， Shaanxi， China； 2.Northwest Mining and Geology Group Co Ltd for Nonferrous Metals， Xi′an 710055， Shaanxi， China） Abstract Styryl phosphoric acid （SPA） was introduced as the collector of primary rutile ore from Zaoyang Mine， and the influence of octanol on its flotation perance was investigated. A systematic study was carried out in terms of SPA dosage， flotation velocity， size distribution of concentrates and foam properties. The results show that， for reaching the same yield， the consumption of SPA can be reduced from 1 400 g／ t to 600 g／ t， down by 57.1％， by adding 500 g／ t octanol， while the TiO2grade for rutile rough concentrate can be increased from 8.05％ to 10.36％ and the recovery increased from 58.75％ to 76.38％. The content of fractions of ＋0.074 mm and －0.074＋0.038 mm in the concentrate increased by 31.3％ and 40.4％， respectively. With a fixed SPA dosage， the foaming perance of the solution can be greatly improved by adding a small amount of octanol， and become worsened after a further addition of octanol. However， the foams remain stable to a certain extent. Key words rutile； flotation； collector； synergetic effect； octanol； styryl phosphoric acid （SPA） 金红石是生产高档钛白粉、电焊条和金属钛及钛 合金的最理想原料［1］。 我国原生金红石矿具有品位 低、嵌布粒度细、与脉石矿物连生紧密且泥化严重等特 点，导致我国原生金红石矿利用率低［2－3］。 浮选是解决原生金红石矿分离的重要手段［4］。 金红石矿浮选捕收剂包括脂肪酸、苄基砷酸、羟肟酸、 苯乙烯膦酸等［5－7］。 苯乙烯膦酸具有毒性小、稳定性 好、浮选效果优良等优点，能与金红石表面的金属离子 羟基络合物形成稳定的膦酸盐螯合物，并使其发生疏 水上浮，被认为是原生金红石矿最佳的浮选捕收 剂［8］。 在实际浮选过程中，苯乙烯膦酸捕收能力差、起泡 性能低等特点导致药剂用量大［9－10］。 本文选用苯乙烯 膦酸作为枣阳原生金红石矿浮选的捕收剂，研究正辛 醇对苯乙烯膦酸浮选效果的影响，从苯乙烯膦酸用量、 浮选速率、产品粒度范围和泡沫性质等方面进行考察， 系统研究正辛醇在苯乙烯膦酸浮选金红石体系中的协 同作用。 ①收稿日期 2019－06－12 基金项目 国家自然科学基金（51474254） 作者简介 肖 巍（1985－），男，湖北汉川人，副教授，主要研究方向为浮选工艺流程与药剂开发。 第 39 卷第 6 期 2019 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №6 December 2019 万方数据 1 试 验 1.1 样品和试剂 枣阳某原生金红石矿中金红石含量 2.43％，该矿 石中主要含钛矿物为金红石，少量钛铁矿和榍石，其他 金属氧化矿物有褐铁矿、赤铁矿和磁铁矿；硫化矿物只 有微量黄铁矿；脉石矿物主要为角闪石，其次是石榴 石、钠云母、绿帘石、长石、绿泥石、粘土和石英等。 原 矿化学多元素分析结果见表 1，钛物相分析结果见表 2，矿物组成与含量结果见表 3。 表 1 原矿主要化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ TiO2 SP Fe2O3 CaOMgO Al2O3SiO2Na2O 3.080.0130.07413.557.326.9516.7243.282.38 表 2 原矿钛物相分析结果 钛物相含量／ ％分布率／ ％ 钛磁铁矿0.0120.37 钛铁矿0.4714.82 榍石0.268.82 金红石2.4376.61 合计3.172100.00 表 3 原矿中矿物含量分析结果（质量分数） ／ ％ 金红石钛铁矿榍石角闪石钙铁榴石钠云母 2.430.630.0467.3311.767.74 绿帘石绿泥石石英长石粘土其他 3.101.550.892.291.250.99 结果显示，原矿中可以利用的有价金属元素仅有 Ti，且含钛矿物以金红石为主，还含有部分钛铁矿，脉 石矿物主要为含铁和铝的硅酸盐矿物。 试验用试剂捕收剂苯乙烯膦酸和起泡剂 MIBC 均 为工业纯药剂，正辛醇、硝酸铅和氟硅酸钠为分析纯药 剂；试验用水为自来水。 1.2 研究方法 1.2.1 浮选试验 浮选试验在 1.5L－XFD 型浮选机中进行，矿浆浓 度 30％。 将 500 g 实际矿石样品磨矿至－0.074 mm 粒 级占 91.5％后置于浮选槽中，通过虹吸脱泥后，依次加 入活化剂硝酸铅、抑制剂氟硅酸钠、捕收剂和起泡剂 MIBC，浮选 5min，过滤和干燥浮选精矿和尾矿产品并 称重，通过 XRF 测量精矿和尾矿产品中金红石的品位 并计算回收率。 试验流程见图 1。 1.2.2 泡沫稳定性试验 在一定温度下，取1 mL 待测起泡液体置于具塞量 筒中，用直径为 0.2 mm 的毛细管以一定流速通入氮 气，至量筒中气泡体积不再增加时，记录泡沫的稳定高 度 h0；停止通气，并开始计时，测量不同放置时间下的 原矿 药剂单位g/t 扫 选 中矿 矿泥 精矿 尾矿 粗 选 虹吸 脱泥 2 min硝酸铅 5 min氟硅酸钠 5 min 捕收剂 1 min MIBC 200 1200 60 4 min 捕收剂 1 min MIBC30 磨矿-0.074 mm占91.52 图 1 金红石浮选试验流程 泡沫高度 h，以泡沫相对高度 h h0 对时间作图，以泡沫半 高度（h1＝ h0 2 ）对应的时间 t1／ 2和泡沫完全消失时间 t 表示泡沫的稳定性。 简易装置见图 2。 层析柱 泡沫层 水溶液 气泵 砂芯 软管 支座 摄像机 图 2 泡沫性质试验简易装置示意 2 试验结果与分析 2.1 苯乙烯磷酸用量试验 按图 1 所示流程，不同正辛醇用量条件下，苯乙烯 膦酸用量对枣阳金红石矿浮选结果见表 4。 表 4 结果 显示，随着苯乙烯膦酸用量增加，精矿中金红石回收率 上升，品位降低。 添加 500 g／ t 正辛醇后，苯乙烯膦酸 用量大幅降低，且品位和回收率均大幅提高。 在保证 精矿产率 16％左右时，正辛醇的添加可以将苯乙烯膦 酸用量从 1 400 g／ t 降低到 600 g／ t，用量下降了 57.1％； 且精矿中 TiO2品位从8.05％提高到10.36％，回收率从 58.75％提高到 76.38％。 说明正辛醇可以强化苯乙烯 膦酸的浮选过程，这和文献报道“正辛醇和苯乙烯膦 酸能够协同捕收金红石” ［11］的结果相一致。 单独的正 辛醇对金红石和脉石矿物都没有捕收能力，只能作为 辅助捕收剂使用。 63矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 表 4 苯乙烯膦酸用量试验结果 正辛醇用量 ／ （gt －1 ） 苯乙烯膦酸用量 ／ （gt －1 ） 产品 名称 产率 ／ ％ TiO2品位 ／ ％ 回收率 ／ ％ 0 精矿10.548.6344.35 600 中矿8.272.269.12 尾矿81.191.1746.53 给矿100.002.05100.00 精矿13.478.2552.67 1 000 中矿7.911.967.35 尾矿78.621.0739.98 给矿100.002.11100.00 精矿16.138.0558.75 1 400 中矿6.251.845.20 尾矿77.621.0336.05 给矿100.002.21100.00 500 精矿13.6111.0273.16 400 中矿710.052.1310.44 尾矿76.340.4416.40 给矿100.002.16100.00 精矿15.9210.3676.38 600 中矿7.931.756.58 尾矿76.150.4915.23 给矿100.002.16100.00 精矿18.659.4679.83 800 中矿6.051.845.04 尾矿75.300.4415.13 给矿2.212.21100.00 2.2 正辛醇用量试验 按图 1 所示流程，固定苯乙烯膦酸用量 500 g／ t， 考查了正辛醇用量对苯乙烯膦酸浮选金红石的影响， 结果见表 5。 表 5 正辛醇用量试验结果 正辛醇用量 ／ （gt －1 ） 产品 名称 产率 ／ ％ TiO2品位 ／ ％ 回收率 ／ ％ 精矿10.548.6344.35 0 中矿8.272.269.12 尾矿81.191.1746.53 给矿100.002.05100.00 精矿14.389.4363.07 300 中矿9.252.098.99 尾矿76.370.7927.94 给矿100.002.15100.00 精矿15.6310.1077.01 600 中矿6.861.685.62 尾矿77.510.4617.37 给矿100.002.07100.00 精矿14.959.8669.86 900 中矿8.262.138.34 尾矿76.790.6021.80 给矿100.002.11100.00 表 5 结果显示，随着正辛醇用量增加，粗精矿中金 红石品位和回收率逐渐上升。 少量的正辛醇就可以大 幅提高精矿中金红石的浮选指标，继续增加正辛醇用 量，精矿浮选指标提高幅度明显降低。 当正辛醇用量 为 600 g／ t 时，浮选效果最佳。 过量的正辛醇导致泡沫 夹带过多，精矿指标有所下降。 2.3 正辛醇添加顺序试验 采用图 1 所示流程，研究了正辛醇添加顺序对浮 选指标的影响，结果见表 6。 表 6 正辛醇添加顺序试验结果 正辛醇 添加顺序 产品 名称 产率 ／ ％ TiO2品位 ／ ％ 回收率 ／ ％ 苯乙烯膦酸之前加 100％ 精矿15.4310.2571.90 中矿8.251.826.82 尾矿76.320.6121.28 给矿100.002.20100.00 在苯乙烯膦酸之前加 50％， 在苯乙烯膦酸之后加 50％ 精矿16.2510.5278.07 中矿7.531.715.88 尾矿76.220.4616.05 给矿100.002.19100.00 苯乙烯膦酸之后加 100％ 精矿15.9210.3676.38 中矿7.931.756.58 尾矿76.150.4915.23 给矿100.002.16100.00 表 6 结果表明，不同的正辛醇添加顺序对金红石 浮选指标影响较大，在苯乙烯膦酸加入之前添加正辛 醇的效果较差，而在苯乙烯膦酸之前和之后各加 50％ 正辛醇的效果较好，品位和回收率相比于其他两种添 加方式均有提高。 这种现象说明正辛醇在浮选过程 中不仅只有辅助捕收剂的作用，也可能兼有起泡剂和 稳定气泡的作用。 2.4 浮选速率条件试验 采用图 1 所示的一次粗选流程，用不同时间粗精 矿所占比例计算不同阶段内金红石的浮选速率。 分 6 个不同时间段对浮选精矿产品质量进行分析，浮选时 间分别是 10、10、10、30、30 和 90 s，结果见表 7。 表 7 正辛醇添加前后浮选速率条件试验结果 时间段／ s 精矿产率／ ％ 不加正辛醇添加正辛醇 0～1014.2216.50 10～2014.3216.24 20～3013.6415.46 30～6017.9215.37 60～9019.5018.33 90～18020.4018.09 合计100.00100.00 表 7 结果显示，随着浮选的进行，泡沫产品上浮的 速率越来越小。 添加正辛醇后，在前 30 s 的各个时间 段，精矿所占比例明显高于不添加正辛醇。 这说明正 辛醇的添加可以提高金红石的浮选速率常数。 2.5 浮选产品粒度分析 筛分添加正辛醇前后浮选精矿产品可以得到正辛 73第 6 期肖 巍等 正辛醇对苯乙烯膦酸浮选金红石过程的影响 万方数据 醇对原矿中各粒级分布的金红石浮选回收的影响，结 果见表 8。 表 8 结果显示，加入 500 g／ t 正辛醇后，精 矿产品中＋0.074 粒级和－0.074＋0.038 mm 粒级含量分 别增加了 31.3％和 40.4％。 精矿中粗颗粒质量比例增 加，说明正辛醇加入后，金红石浮选的粒度界限扩大 了，苯乙烯膦酸对粗粒金红石的捕获能力大幅提高，也 可能与正辛醇加入后泡沫的载重能力提高有关。 表 8 正辛醇添加前后精矿产品粒度条件实验结果 正辛醇用量 ／ （gt －1 ） 粒级 ／ mm 精矿质量 ／ g 产率 ／ ％ ＋0.074 3.574.44 0 －0.074＋0.0384.38 5.45 －0.038 72.1790.01 合计80.12100.00 ＋0.074 4.645.83 500 －0.074＋0.0385.29 7.65 －0.038 69.6887.52 合计79.62100.00 2.6 泡沫性质 pH＝2.7、苯乙烯膦酸用量 600 g／ t 时，测定了正辛 醇添加前后苯乙烯膦酸溶液的泡沫量、泡沫半衰期以 及泡沫消失时间，以评价正辛醇对苯乙烯膦酸溶液泡 沫性质的影响，结果见图 3。 图 3 结果表明，在弱酸性 条件下，苯乙烯膦酸起泡性和泡沫稳定性较好，与浮选 结果一致；少量正辛醇的加入能够大幅度提高溶液起 泡性以及泡沫稳定性，从而影响浮选回收率。 当固定 苯乙烯膦酸用量为 600 g／ t，增加正辛醇加入量时，发 现少量正辛醇就可以大幅度提高溶液的起泡性能，进 一步增大用量后起泡性能有所降低，但是泡沫在一定 范围内趋于稳定。 正辛醇用量／g t-1 20 16 12 8 4 0 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 03006009001200 起泡量／cm 泡沫稳定性／s cm-1 ■ ■ ■ ■ ■ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ 图 3 正辛醇用量对溶液起泡性能的影响 3 结 论 正辛醇对苯乙烯膦酸浮选金红石过程有很明显的 促进作用，主要体现在降低苯乙烯膦酸用量、提高精矿 中金红石回收率和品位、扩大浮选粒度界限和提高泡 沫性质等方面 1） 正辛醇的添加明显降低苯乙烯膦酸用量，其添 加顺序对浮选过程也有较大影响，精矿中金红石品位 和回收率均有提高。 在保证精矿产率 16％左右时，添 加 500 g／ t 正辛醇后，苯乙烯膦酸用量从 1 400 g／ t 降到 600 g／ t，用量下降了 57.1％；且精矿 TiO2品位从 8.05％ 提高到 10.36％，回收率从 58.75％提高到 76.36％。 2） 添加 500 g／ t 正辛醇后，金红石的浮选速率明 显提高，浮选精矿产品中＋0.074 mm 粒级和－0.074＋ 0.038 mm 粒级含量分别增加了 31.3％和 40.4％。 3） 固定苯乙烯膦酸用量，增加正辛醇加入量时， 少量正辛醇就可以大幅度提高溶液的起泡性能，进一 步增大正辛醇用量后起泡性能有所降低，但是泡沫在 一定范围内趋于稳定。 参考文献 ［1］ Li T， Wu Y， Wang Q， et al. TiO2crystalline structure and electro⁃ chemical perance in two⁃ply yarn CNT／ TiO2asymmetric superca⁃ pacitors［J］. Journal of Materials Science， 2017，52（13）7733－7743. ［2］ Xiao W， Cao P， Liang Q N， et al. Adsorption behavior and mecha⁃ nism of Bi（Ⅲ） ions on rutile⁃water interface in the presence of nonyl hydroxamic acid［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of Chi⁃ na， 2018，28（2）348－355. ［3］ 梁倩楠，王 军，曹 攀，等. 金红石异步浮选新工艺探索［J］. 矿 冶工程， 2017，37（6）42－44. ［4］ 王 军，程宏伟，赵红波，等. 油酸钠作用下金红石的浮选行为及 作用机理［J］. 中国有色金属学报， 2014，24（3）820－825. ［5］ Xiao W， Fang C， Wang J， et al. The role of EDTA on rutile flotation using Al 3＋ ions as an activator［J］. Rsc Advances， 2018，8（9）4872 －4880. ［6］ Singh B K， Mercier⁃Bion F， Lefevre G， et al. Effect of short chain al⁃ iphatic carboxylic acids for sorption of uranyl on rutile Zeta potential and in situ ATR⁃FTIR studies［J］. Journal of Industrial ＆ Engineering Chemistry， 2016，35325－331. ［7］ Tan X， He F， Shang Y， et al. Flotation behavior and adsorption mechanism of （ 1⁃hydroxy⁃2⁃methyl⁃2⁃octenyl） phosphonic acid to cassiterite［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2016，2469－2478. ［8］ Li H， Mu S， Weng X， et al. Rutile flotation with Pb 2＋ ions as activator adsorption of Pb 2＋ at rutile／ water interface［J］. Colloids and surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects， 2016，506431－437. ［9］ Xiao W， Jiao F， Zhao H B， et al. Adsorption structure and mecha⁃ nism of styryl phosphoric acid at the rutile⁃water interface［J］. Miner⁃ als， 2018（8）360. ［10］ Xiao W， Zhao H， Qin W， et al. Adsorption mechanism of Pb 2＋ acti⁃ vator for the flotation of rutile［J］. Minerals， 2018（7）266. ［11］ Xiao W， Cao P， Liang Q N， et al. Synergistic adsorption mechanism of styryl phosphoric acid and nonyl alcohol on the rutile surface and effects on flotation［J］. Canadian Metallurgical Quarterly， 2019，58 （1）19－27. 引用本文 肖 巍，杨 娟，胡 聪，等. 正辛醇对苯乙烯膦酸浮选金红 石过程的影响［J］. 矿冶工程， 2019，39（6）35－38. 83矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据