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鞍山式贫赤铁矿新型捕收剂的研究及应用 ① 张丛香， 周惠文， 钟 刚 （鞍钢集团矿业设计研究院， 辽宁 鞍山 １１４００２） 摘 要 根据鞍山式贫赤铁矿的矿石特点，自主研发了 ＫＳ 系列捕收剂。 ＫＳ⁃Ⅱ在齐大山和 ＫＳ⁃Ⅲ在东鞍山的试验结果表明，新药剂 与生产用药相比，药剂用量不变的情况下，在保证精矿质量的同时，可降低尾矿品位，提高金属回收率。 关键词 浮选； 捕收剂； ＫＳ⁃Ⅱ； ＫＳ⁃Ⅲ； 鞍山式铁矿 中图分类号 ＴＤ９２３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０５．０１５ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１５）０５－００５３－０３ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｎｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ Ｌｅａｎ Ｈｅｍａｔｉｔｅ ＺＨＡＮＧ Ｃｏｎｇ⁃ｘｉａｎｇ， ＺＨＯＵ Ｈｕｉ⁃ｗｅｎ， ＺＨＯＮＧ Ｇａｎｇ （Ｍｉｎｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ａｎｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ａｎｓｈａｎ １１４００２， Ｌｉａｏｎｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＫＳ ｓｅｒｉｅｓ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｏｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｎｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ ｈｅｍａｔｉｔｅ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＫＳ⁃Ⅱｉｎ Ｑｉｄａｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ａｎｄ ＫＳ⁃Ⅲ ｉｎ Ｄｏｎｇａｎｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ， ＫＳ ｓｅｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ｒｅａｇｅｎｔｓ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ｄｏｓａｇｅ， ｔｈｅｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ′ ｇｒａｄｅ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ， ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｇｒａｄｅ ｂｅｉｎｇ ｓａｃｒｉｆｉｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ； ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ； ＫＳ⁃Ⅱ； ＫＳ⁃Ⅲ； Ａｎｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ ｉｒｏｎ ｏｒｅ 鞍山式贫赤铁矿选矿技术的科技攻关一直是全国 铁矿山技术创新的重点项目，经过几代人潜心研究，成 功创新开发出全新的选矿工艺和高效的选矿设备及药 剂，生产出高质量低成本优质铁精矿。 全新选矿工艺的关键技术是阴离子反浮选工艺和 高效浮选捕收剂，“ＲＡ”系列阴离子捕收剂和“ＭＺ”系 列阴离子捕收剂在各选厂推广应用。 ２００６ 年根据鞍山贫赤铁矿的特点，在“ＲＡ” 和 “ＭＺ”系列基础上，研制开发了具有自主知识产权的新 一代新型浮选捕收剂“ＫＳ”系列产品，针对齐大山和东 鞍山这两个最具代表性的鞍山式贫赤铁矿石的不同特 点，分别研制出新型浮选捕收剂 ＫＳ⁃Ⅱ和 ＫＳ⁃Ⅲ。 两种 新型浮选药剂在实验室试验获得成功的基础上，分别 在齐大山选厂和东鞍山烧结厂进行了工业试验。 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂在齐选一选的工业试验结果表明 ＫＳ⁃Ⅱ与生产用捕收剂 ＲＡ⁃５１５ 选别指标相比，浮精品 位提高了 ０．１２ 个百分点，浮尾品位下降了 １．１７ 个百 分点。 ＫＳ⁃Ⅲ捕收剂在东烧浮选车间的工业试验结果表 明ＫＳ⁃Ⅲ与生产用捕收剂 ＫＳ⁃Ⅰ选别指标相比，浮精 品位提高了 ０．２７ 个百分点，浮尾品位下降了 ０．３６ 个百 分点，经济效益显著。 ＫＳ⁃Ⅱ、ＫＳ⁃Ⅲ已在齐选厂和东烧厂全面推广使用。 １ ＫＳ⁃Ⅱ的研制及选矿试验 １．１ ＫＳ⁃Ⅱ的研制 齐大山选厂起初使用的浮选捕收剂为 ＲＡ⁃３１５，之 后由 ＭＺ⁃２１ 取代，然后又由 ＲＡ⁃５１５ 替代，浮选精矿品 位上升了一个台阶。 为研制性能更好的捕收剂，对齐选厂反浮选作业 产品开展了物相分析和镜下鉴定，发现现场用捕收剂 有两点不足之处一是对活化的石英捕收能力很强，但 对绿泥石等硅酸盐矿物的捕收能力稍显不足；二是分 散性能不高，浮选泡沫中微细粒铁矿物的夹带量较多， 这是造成浮尾品位高的主要原因。 为此，需要通过改 变捕收剂分子结构来改善其浮选性能。 １．１．１ 捕收剂分子结构设计 首先，在药剂分子结构 中增加极性基官能团的数量，使之与活化的脉石表面 ①收稿日期 ２０１５⁃０４⁃０９ 作者简介 张丛香（１９６５－），女，辽宁鞍山人，高级工程师，主要从事选矿新工艺新技术研究。 第 ３５ 卷第 ５ 期 ２０１５ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３５ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１５ 作用时形成螯合型络合物，增强其吸附强度和选择性； 二是提高药剂的分散性，使浮选生成的泡沫量适中，泡 沫脆而不粘，减轻泡沫夹带细粒铁矿物。 新设计的捕 收剂分子结构具有适当长度分子链的非极性基和 ２ 个 极性基，一个是羧基，另一个是羟基，这种结构的分子 可与活化的石英形成稳定的六环螯合型络合物。 最终 设计的 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂分子结构式为 ＲＣＨ ＯＨ ＣＨ２ ＣＯＯＨ １．１．２ 捕收剂合成工艺 通过大量正交试验，最终确 定 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂实验室合成的工艺参数及工艺流程如 图 １ 所示。 主要分为两步首先合成一种高效能的助 剂；再由高效能助剂与植物油在催化剂的作用下与添 加剂Ⅰ和添加剂Ⅱ反应制成 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂。 脂肪酸合化物 卤素 催化剂 添加剂 T1 100 ℃ t1 6 h T2 60 ℃ t2 1 h 高效能助剂KS-Ⅱ捕收剂 植物油脂 复合催化剂 添加剂Ⅰ 添加剂Ⅱ 图 １ ＫＳ⁃Ⅱ合成工艺参数及工艺流程 １．２ ＫＳ⁃Ⅱ选矿试验 １．２．１ 实验室浮选试验 浮选试验矿样为齐大山选厂 一选车间混磁精矿，Ｆｅ 品位 ４４．５０％，粒度－０．０７４ ｍｍ 粒 级占 ９１．８％，其代表性较好，对现场使用的 ＲＡ⁃５１５ 捕 收剂和 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂分别进行了浮选条件优化试验， 并在两种药剂的最佳药剂用量条件下进行了实验室闭 路浮选试验，结果见表 １。 表 １ 捕收剂闭路浮选试验结果 药剂用量 ／ （ｇｔ －１ ） 产品 名称 品位 ／ ％ 产率 ／ ％ 回收率 ／ ％ ＮａＯＨ 玉米淀粉 ＣａＯ ＲＡ⁃５１５ １ １２５ ９５０ ４５０ ６３０ 浮精６７．４６５６．３１８５．４２ 浮尾１４．８４４３．６９１４．５８ 精尾５４．１８１０．１２１２．３３ 一扫精６１．２０３０．０８４１．３９ 二扫精５６．５４８．０２１０．２０ 三扫精４８．９９２．８７３．１６ 浮给４４．４７１００．００１００．００ ＮａＯＨ 玉米淀粉 ＣａＯ ＫＳ⁃Ⅱ １ １２５ ９００ ４５０ ６３０ 浮精６７．３３５７．４７８７．００ 浮尾１３．５９４２．５３１３．００ 精尾４６．２９１０．０３１０．４４ 一扫精６０．７０２５．１６３４．３４ 二扫精５５．８２７．０３８．８２ 三扫精３４．２１４．９８３．８３ 浮给４４．４７１００．００１００．００ 试验结果表明，与 ＲＡ⁃５１５ 选别指标相比，在各药 剂用量相近的情况下，使用 ＫＳ⁃Ⅱ作捕收剂，浮精品位 由 ６７．４６％降到 ６７．３３％，降低了 ０．１３ 个百分点，浮尾品 位由 １４．８４％降到 １３．５９％，降低了 １．２５ 个百分点，浮选 作业回收率由 ８５．４２％提高到 ８７．００％，提高了 １．５８ 个 百分点。 １．２．２ 工业试验 工业试验在齐选厂一选车间进行， 浮选工艺流程为一粗一精三扫，浮选 ４ 个系统全部使 用 ＫＳ⁃Ⅱ替代 ＲＡ⁃５１５，各种药剂用量与使用 ＲＡ⁃５１５ 时基本一致。 试验进行了一个月，指标统计以生产报 表为准。 对工业试验前后原矿性质进行了分析，矿石性质 没有明显差异，浮选作业的给矿品位、粒度基本一致。 工业试验前后选别指标对比结果见表 ２～３。 试验期间 指标很稳定，特别是浮尾品位降低的效果很明显。 表 ２ 工业试验前后一选车间浮选作业生产统计指标 时间捕收剂名称 品位／ ％ 浮精浮尾 新药剂试验期间ＫＳ⁃Ⅱ６７．９７１６．５９ 工业试验前ＲＡ⁃５１５６７．８５１７．７６ 表 ３ 一选车间生产和试验期间加药统计结果 药剂 种类 药剂浓度 ／ ％ 系统平均加药量／ （Ｌｍｉｎ －１ ） ＲＡ⁃５１５（生产期）ＫＳ⁃ Ⅱ （试验期） 调整剂（ＮａＯＨ）２０４．３４．３ 抑制剂（玉米淀粉）３２８２８ 活化剂（ＣａＯ）２．５２４２４ 捕收剂３４４ 工业试验结果表明在其他药剂用量相近的条件 下，采用 ＫＳ⁃Ⅱ代替 ＲＡ⁃５１５，浮精品位提高了 ０．１２ 个 百分点，浮尾品位降低了 １．１７ 个百分点。 ＫＳ⁃Ⅱ已在 齐大山选厂全面推广应用。 ２ ＫＳ⁃Ⅲ的研制及选矿试验 ２．１ ＫＳ⁃Ⅲ的研制 在 ＫＳ⁃Ⅱ捕收剂成功应用后，也曾设想推广到东 鞍山贫赤铁矿的阴离子反浮选工艺中，但实验室研究 结果证明，与现场生产使用的 ＫＳ⁃Ⅰ捕收剂相比，浮选 效果优势不大。 经过分析认为，东鞍山贫赤铁矿比齐 大山贫赤铁矿更为难选，必须针对东鞍山贫赤铁矿的 特点，在 ＫＳ⁃Ⅱ的基础上进行改进，开发出与东鞍山矿 石相适应的新捕收剂。 ２．１．１ 捕收剂分子结构设计 针对东鞍山矿石特点， 从以下 ４ 个方面进行了新型捕收剂全新设计，以提高 其选择性 １） 分子结构具有多种选择功能，可根据石英表面 ４５矿 冶 工 程第 ３５ 卷 物理化学性质的差异，与活化后的石英通过正负电荷吸 引，氢键、配位键和分子间极化等作用，形成单链、双链 和多链键能的螯合型络合物，作用速度快，选择性强。 ２） 设计了亲水性、疏水性较强的基团，亲水基团 只能与活化的石英作用，作用后疏水基团能显著提高 石英表面的疏水性。 ３） 控制分子链长度，使形成的浮选泡沫量适中、 均匀、分散性好、泡沫脆而不粘，能减少细粒铁矿物在 尾矿中的夹带。 ４） 将分子结构中的每种基团进行有机搭配和整 合，单一功能与螯合功能、物理吸附与化学吸附按一定 比例有效组合，使之发挥协同效应，满足浮选过程中不 同粒径矿物的要求。 ＫＳ⁃Ⅲ捕收剂分子结构式为 ＲＣＨ ＮＨ２ ＣＨ ＣＯＯＨ ＳＯ３Ｈ ＫＳ⁃Ⅲ捕收剂的特点为① 既有阴离子（羧基和磺 酸基）基团又有阳离子（氨基）基团，所以药剂属于两 性捕收剂。 ② 分子中的极性基有 ３ 个官能团，与活化 的石英通过物理化学吸附，形成稳定的六环螯合型络 合物。 这种带有多官能团的螯合型捕收剂在铁矿反浮 选中首次应用。 ２．１．２ 捕收剂合成工艺 经过大量正交试验，找出了 影响反应的主要因素，然后进行条件优化试验，最终确 定ＫＳ⁃Ⅲ捕收剂实验室合成的工艺参数及工艺流程如 图 ２ 所示。 石化产品 催化剂 共熔剂 T1 80 ℃ t1 3 h T2 60 ℃ t2 1 h 高效能助剂KS-Ⅲ捕收剂 植物油 添加剂Ⅰ 添加剂Ⅱ 催化剂 图 ２ ＫＳ⁃Ⅲ合成工艺参数及工艺流程 ２．２ ＫＳ⁃Ⅲ选矿试验 ２．２．１ 实验室浮选试验 浮选试验矿样为东鞍山烧结 厂浮选车间混磁精矿，Ｆｅ 品位 ４４．６０％，粒度－０．０７４ ｍｍ 粒级含量占 ９２．４％，试样代表性较好。 对现场使用的 ＫＳ⁃Ⅰ捕收剂和 ＫＳ⁃Ⅲ捕收剂分别 进行了浮选条件优化试验，并在最佳浮选药剂制度下， 进行了 ２ 种捕收剂的闭路浮选试验，结果见表 ４。 在 各种浮选药剂用量基本相近的条件下，与现场使用的 ＫＳ⁃Ⅰ捕收剂相比，使用 ＫＳ⁃Ⅲ作捕收剂，浮精品位由 ６５．４１％提高到 ６５．９２％，浮精品位提高了 ０．５１ 个百分 点；浮尾品位由 ２０．８３％降到 ２０．４０％，浮尾品位降低了 ０．４３ 个百分点，作业回收率提高了 ０．３８ 个百分点。 实 验室闭路浮选试验取得较理想的指标。 表 ４ 捕收剂闭路浮选试验结果 药剂用量 ／ （ｇｔ －１ ） 产品 名称 品位 ／ ％ 产率 ／ ％ 回收率 ／ ％ ＮａＯＨ 玉米淀粉 ＣａＯ ＫＳ⁃Ⅰ １ ０００ １ １５０ ７００ ９３０ 浮精６５．４１５３．３６７８．２３ 浮尾２０．８３４６．６４２１．７７ 精尾４４．３９８．０４８．００ 一扫精６１．４０２１．０９２９．０５ 二扫精５３．８３７．８９９．５２ 三扫精３４．３０８．１４６．２６ 浮给４４．６２１００．００１００．００ ＮａＯＨ 玉米淀粉 ＣａＯ ＫＳ⁃Ⅲ １ ０００ １ ０９５ ６００ ９００ 浮精６５．９２５３．２１７８．６１ 浮尾２０．４０４６．７９２１．３９ 精尾４７．１２８．４８８．９５ 一扫精６１．１０２１．９６３０．０７ 二扫精５２．６２８．３３９．８２ 三扫精３５．７２５．８６４．６９ 浮给４４．６２１００．００１００．００ ２．２．２ 工业试验 东烧厂浮选车间浮选作业共 ４ 个 系统，试验在 １＃、２＃系统进行，３＃和 ４＃系统作为对比生 产系统，试验进行一个月。 试验及对比系统的数据来 源于生产报表，药剂用量为实测结果。 在工业试验期间，采场供矿的可选性发生了较大 变化，所以工业试验的指标统计分析分两个阶段进行。 工业试验开始时，供矿按正常生产要求，采场将亚铁 矿、碳酸铁矿、红矿等类型矿石按比例进行混合配矿。 从 １０ 月 ３０ 日起采场含碳酸铁类型矿石出矿量增加， 所以后期的入选矿石中碳酸铁矿比例增加，碳酸铁矿 石属于难选矿，其出矿比例增加导致入选物料可选性 变差。 工业试验前期和后期供矿情况见表 ５。 工业试 验结果见表 ６。 表 ５ 工业试验期间入选矿石性质 时间 配矿比例／ ％ 亚铁矿碳酸铁矿红矿ＣＦｅ＋ＳｉＦｅ 第一阶段 （１０ 月 １６～２９ 日） ２５．３８２５．４７４９．１５２．５７ 第二阶段 （１０ 月 ３０ 日～１１ 月 １７ 日） ２７．５９３８．２４３４．１８２．９３ 表 ６ 工业试验结果 试验阶段 浮选 系统 品位／ ％药剂用量／ （ｍＬｓ －１ ） 精矿尾矿调整剂抑制剂活化剂捕收剂 第一阶段 试验６６．２８２０．６５８０５９６．５５６０２０１ 生产６５．７６２１．０１８０．５５９１．０５５６２０６ 第二阶段 试验６６．４８２０．９６８０６１９．５５６２．５２１４．５ 生产６６．４４２１．２１８０．５６２０．０６１７．５２１４．５ 综合指标 试验６６．４０２０．８４８０６１０．５５６０２０９ 生产６６．１３２１．２０８０．５６０６５８４２１０ （下转第 ５９ 页） ５５第 ５ 期张丛香等 鞍山式贫赤铁矿新型捕收剂的研究及应用 原矿药剂单位g/t Z-200 松醇油 一段 浮选 铜精矿1铜精矿2尾矿 50 50 丁基黄药 松醇油 粗 选 扫选 1精选 1 80 40 丁基黄药 松醇油 40 20 扫选 2精选 2 丁基黄药 松醇油 40 20 -0.074 mm占72 -0.038 mm占90 图 ４ 闭路试验流程 表 １０ 闭路试验结果 产品名称产率／ ％品位／ ％回收率／ ％ 精矿１５．８５３０．０９９６．９２ 尾矿８４．１５０．１８３．０８ 原矿１００．００４．９２１００．００ 由表 １０ 可知，闭路试验可获得品位为 ３０．０９％、回 收率为 ９６．９２％的铜精矿，尾矿含铜 ０．１８％。 ３ 结 论 １） 与常规的转炉渣选矿工艺流程相比，此流程不 需调整剂，只采用 Ｚ⁃２００、丁基黄药、２＃油 ３ 种药剂，具 有流程简单、药剂种类少、操作方面等优点。 ２） 通过选择性磨矿，将转炉渣中部分难选含铜矿 物尽可能地单体解离，提高了整体铜的总回收率。 ３） 采用粗磨开路浮选，选择性再磨闭路浮选工 艺，全流程试验获得品位为 ３０．０９％、回收率为 ９６．９２％ 的铜精矿。 参考文献 ［１］ 宋 温，刘晓蕾． 铜冶炼转炉渣选铜的试验研究［Ｊ］． 有色金属， ２００１（３）７８－８０． ［２］ 徐其红，鲁 军，孙忠梅，等． 某铜冶炼渣选矿工艺优化试验研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（５）７０－７３． ［３］ 匡敬忠，曾军龙，肖坤明． 从冶炼铜渣回收铜铁的试验研究［Ｊ］． 矿业研究与开发，２０１２（４）５４－５７． ［４］ 黄海威，王国生，徐晓萍． 某复杂多金属矿浮选回收铜银的研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（６）４５－４８． ［５］ 周晓文，罗仙平． 江西某含铜多金属矿选矿工艺流程试验研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（１）３２－３６． ［６］ 孔令强． 刚果（金）某难选铜钴矿浮选试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１３（３）５８－６１． ［７］ 邱廷省，邱仙辉，尹艳芬，等． 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与生产用捕收剂 ＫＳ⁃Ⅰ选别指标相比，使用 ＫＳ⁃Ⅲ作捕 收剂，浮精品位提高了 ０．２７ 个百分点，浮尾品位下降 了 ０．３６ 个百分点。 ４） ＫＳ 系列产品工业试验均取得了较好的选别指 标，在生产应用中效果良好。 可在同类型矿石生产中 推广使用。 ９５第 ５ 期高玉德等 某铜转炉渣浮铜试验