N-十二烷基-1;3-丙二胺在赤铁矿反浮选中的应用.pdf

收稿日期 2010- 03- 19 基金项目 国家科技支撑计划项目 2008BAB32B14 作者简介 刘文刚 1981- , 男, 山东潍坊人, 东北大学讲师, 博士; 魏德洲 1956- , 男, 河南南阳人, 东北大学教授, 博士生导师 第31卷第11期 2010 年 11 月 东北大学 学报自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Vol31, No. 11 Nov. 2 0 1 0 N- 十二烷基- 1, 3- 丙二胺 在赤铁矿反浮选中的应用 刘文刚, 魏德洲, 高淑玲, 崔宝玉 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110004 摘 要 通过单矿物试验考察了 N- 十二烷基- 1, 3- 丙二胺 ND13 对赤铁矿和石英的浮选行为, 结果 表明, ND13 对石英具有良好的捕收性能, 在捕收剂用量为 50 mg/ L, pH 7 10 时, 石英回收率达 93 以上 人工混合矿分选试验结果表明, ND13 对赤铁矿和石英质量比为 11 铁品位为 35 的人工混合矿具有一定 的分选效果, 在 ND13 用量为 667mg/L, 淀粉用量为 667 mg/L, pH 727的条件下, 达到较好的分选效果, 此时精矿中铁的回收率为 8635 , 精矿的铁品位为 6278 , 尾矿的铁品位为 921动电位和红外光谱分 析结果表明, ND13 主要以静电和氢键作用在矿物表面发生吸附 关 键 词 N- 十二烷基- 1, 3- 丙二胺; 反浮选; 赤铁矿; 石英; 吸附机理 中图分类号 TD 923. 13 文献标志码 A 文章编号 1005 -3026 201011 -1632 -04 Application of N- Laurel- 1, 3- Diaminopropanes as Collector in Reverse Flotation of Hematite LIU Wen -gang, WEI De -zhou, GA O Shu -ling, CUI Bao -yu School of Resources reverse flotation; hematite; quartz; adsorption mechanism N- 十二烷基- 1, 3- 丙二胺 ND13 是一种 阳离子表面活性剂, 在矿物加工领域主要用于石 英与长石的分离、 重晶石与萤石的分离、 赤铁矿与 辉石的分离、 赤铁矿与霓石的分离以及铝硅酸盐 矿物的分离, 而在赤铁矿反浮选中的应用情况研 究较少[1] 本文通过单矿物和人工混合矿试验考察了 ND13 对赤铁矿和石英的浮选行为, 并通过动电 位测试、 红外光谱测试等手段探讨了其在矿物表 面的吸附机理 1 实 验 1. 1 实验原料 ND13为实验室合成的白色蜡状固体, 配成 质量分数为 01 的醋酸盐溶液使用 赤铁矿和石英均取自鞍钢集团齐大山铁矿 人工选取赤铁矿和石英富矿块, 赤铁矿矿样用颚 式破碎机破碎, 经湿式球磨机磨碎, 再经摇床处理 得到铁精矿, 最后经标准筛湿筛至- 0100 mm, 筛下样品低温烘干后备用石英矿样用颚式破碎 机破碎, 手选纯度高的小矿块, 经瓷球磨机磨碎 后, 经过 3 次酸浸, 每次浸泡 24 h然后用蒸馏水 浸泡 24 h, 连续浸泡三次, 最后经标准筛湿筛至- 0100mm, 筛下样品自然风干后备用赤铁矿和 石英矿样的化学成分分析结果见表 1从表 1 中 可以看出, 两种矿物的纯度都比较高, 符合纯矿物 试验要求 表 1 赤铁矿单矿物多元素分析结果质量分数 Table 1 Chemical composition of hematite 组 分Fe2O3FeOSiO2P2O5SO3CaOAl2O3MgOK2O 赤铁矿96. 20. 0573. 520. 016 70. 020 30. 021 90. 196 石 英0. 077 596. 20. 0070. 014 80. 2483. 250. 130. 095 5 人工混合矿由赤铁矿和石英单矿物按照质量 比为 11 配制 试验用的 pH 值调整剂为分析纯的盐酸和氢 氧化钠, 配成质量分数为 5的溶液后备用淀粉 取自鞍钢集团齐大山铁矿选矿分厂, 配制成质量 分数为 1的钠化溶液使用 1. 2 试验方法 浮选试验在 30 mL XFG 型挂槽式浮选机中 进行, 具体操作过程为 取 50 g 矿样和 30 mL 蒸 馏水, 加入到浮选槽中, 搅拌速度控制在 1 260 r/ min; 加水调浆 1 min 后加入 pH 值调整剂, 然后 搅拌 3 min, 加入捕收剂再搅拌 2 min 后浮选 5 min泡沫产品烘干、 称重, 计算回收率浮选试验 流程如图 1 所示 图 1 浮选试验流程图 Fig.1 The flow sheet of flotation 动电位测试在 JS94H 型微电泳仪上进行用 玛瑙研钵将单矿物进一步研细至 20 m 后备用 用电子天平精确称取 20 mg 样品两份, 分别置于 两个 50 mL 的烧杯中, 配制质量分数为 004的 矿浆其中一份矿浆中加入一定质量分数的浮选 药剂, 在磁力搅拌器上连续搅拌10min, 使矿物与 药剂充分作用用注射器吸取一定量配好的矿浆 至电泳池, 测定不同 pH 值条件下矿物表面动电 位按照电泳仪的测量操作步骤, 对每个试样测定 10 次, 最后取其平均值 用于红外光谱测试的样品, 同样是先用玛瑙 研钵将纯矿物磨细至 20m, 然后称取 1g 样品置 于 50 mL 烧杯中配成一定质量浓度的矿浆, 加入 一定质量浓度捕收剂后在磁力搅拌器上连续搅拌 2h, 使药剂与矿物充分作用, 自然沉降、 除去上清 液、 过滤, 洗涤沉淀物 3次, 自然干燥后备用进行 红外光谱检测前, 将所测样品与溴化钾在玛瑙研 钵中混合研磨 15 min, 将磨好的混合物在压片机 中压片成型, 然后进行红外光谱检测 2 试验结果与讨论 2. 1 单矿物浮选实验 图 2 为 ND13 药剂用量对赤铁矿和石英回收 率的影响情况从图 2 中可以看出, ND13 对石英 的捕收能力明显好于对赤铁矿的, 两种矿物的最 大回收率相差近 30 个百分点; 在药剂用量大于 417 mg/ L 时, 石英的回收率达到 90 以上, 而 在整个药剂用量范围内, 赤铁矿的回收率均在 80以下ND13 用量为 50 mg/ L 时, pH 值对赤 铁矿和石英回收率的影响情况如图 3 所示 图 2 捕收剂用量对矿物回收率的影响 Fig.2 Flotation behavior of minerals as a function of collector concentration 1633第 11期 刘文刚等 N- 十二烷基- 1,3- 丙二胺在赤铁矿反浮选中的应用 图 3 pH值对矿物回收率的影响 Fig. 3 Flotation behavior of quartz and hematite as a function of pH value 从图 3 中可以看出, 在不同的 pH 值条件下, ND13 对两种矿物的捕收性能具有很大差异, 石 英的回收率随着 pH 值的升高逐渐增加, 当 pH 值 大于 7 时, 石英回收率达到 93 以上, 并且在相 当宽的 pH 值范围内保持很高的回收率; 在 pH 值 小于 10 时, 随着 pH 值的升高, 赤铁矿的回收率 逐渐增加, 此后, 随着 pH 值的增加, 赤铁矿的回 收率迅速下降在 pH 95 105 时, 赤铁矿的 回收率达最大值 在ND13 用量为 500 mg/ L, 矿浆自然pH 值 条件下, 淀粉用量对矿物回收率的影响情况如图 4所示 图 4 淀粉用量对矿物回收率的影响 Fig.4 Flotation behavior of quartz and hematite as a function of starch concentration 从图 4 中可以看出, 随着淀粉用量的增加, 石 英的回收率有小幅下降, 但减小幅度不大, 石英的 回收率均在 90 以上; 而赤铁矿回收率随着淀粉 用量的增加迅速减小, 当淀粉用量为 100 mg/ L 时, 赤铁矿的回收率小于 10 , 以后随着淀粉用 量的增加, 赤铁矿的回收率基本保持不变 上述试验结果表明, 当 ND13 作为捕收剂时, 添加淀粉抑制剂并且控制适当的 pH 值, 能够实 现石英与赤铁矿的分选 2. 2 人工混合矿分选试验 图 5 为 ND13 用量为 500 mg/ L、 淀粉用量 为 667 mg/ L 时, pH 值对赤铁矿和石英质量比 为 11 的人工混合矿分选效果的影响 图 5 pH值对人工混合矿分选效果的影响 Fig.5 Effect of pH value on separation of manually mixed ore sample 从图 5 中可以看出, 随着 pH 值的升高, 精矿 的铁品位呈现缓慢下降的趋势, 在试验 pH 值范 围内, 从 5417 逐渐下降到 5007 , 而精矿中 铁的回收率则呈现出先增加后减小的趋势; 在 pH 值小于 727 时, 随着 pH 值的增加, 精矿中铁回 收率不断升高, 此后, 随着 pH 值的增加, 精矿中 铁的回收率逐渐减小在 pH 727 时, 精矿中铁 的回收率取得最大值ND13 用量 500 mg/ L, pH 727 的条件下, 淀粉用量对浮选分离效果的影 响见图 6 图 6 淀粉用量对人工混合矿分选效果的影响 Fig. 6 Effect of starch concentration on separation of manually mixed ore samples 从图 6 中可以看出, 在淀粉用量小于 667 mg/ L 时, 随着淀粉用量的增加, 精矿中铁回收率 迅速增加此后, 随着淀粉用量的增加, 精矿中铁 的回收率基本保持不变而随着淀粉用量的增加, 精矿的铁品位呈现逐渐减小的趋势在淀粉用量 为 667 mg/ L 时, 精矿中铁的回收率为 9260、 铁品位为 5710 , 分离效果较好 淀粉用量为 667 mg/ L, pH 727 时, ND13 用量对人工混合矿分离效果的影响如图 7 所示 从图 7 中可以看出, 随着 ND13 用量的增加, 精矿中铁的回收率呈现逐渐减小的趋势, 而精矿 的铁品位则呈现逐渐升高的趋势在药剂用量为 1634东北大学学报 自然科学版 第 31 卷 667 mg/ L 时, 精矿的 铁品位达到最大 值, 为 6278, 此时精矿中铁的回收率为 8635, 分 选效果较好 图 7 捕收剂用量对人工混合矿分选效果的影响 Fig. 7 Effect of collector concentration on separation of manually mixed ore samples 3 作用机理分析 3. 1 动电位测试 图 8 为石英与淀粉和 ND13 作用前后表面动 电位的变化从图中可以看出, 石英在纯水中的等 电点为 pH 37左右当石英与二元胺类捕收剂 作用后, 表面动电位明显向正值方向偏移, 等电点 偏移至 60 附近这表明, 二元胺类捕收剂在石英 表面发生了吸附作用, 并且是以阳离子形式在石 英表面发生了吸附 图 8 石英与 ND13 作用前后表面动电位 Fig.8 Zeta - potentials of quartz before and after acting ND13 在pH 值小于 37 时, 石英表面荷正电, 此时 二元胺仍能够使石英的表面电位发生大的改变, 这是因为二元胺与石英发生了氢键吸附当 pH 大于 37 时, 石英表面荷负电, 而胺类捕收剂表面 荷正电, 此时两者发生了静电吸附所以二元胺在 石英表面的吸附主要是静电和氢键吸附[2- 5] 3. 2 红外光谱测试 石英吸附 ND13 前后的红外光谱测定结果见 图 9 从图 9 中可以看出, 在石英的谱图中, 1 071 cm- 1处宽而强的吸收峰为 Si O Si 键的非对称 伸缩振动吸收峰, 777 cm- 1处为 Si O 的对称伸 缩振动吸收峰, 482 cm- 1处的吸收峰为 O Si O 的弯曲振动吸收峰同时, 谱图中明显含有羟基的 吸收峰, 这表明在石英中含有水分子[6- 7] 图 9 石英吸附 ND13 前后的红外光谱图 Fig.9 FTIR spectra of quartz before and after ND13 adsorbing a ND13; b 石英; c 石英 ND13 当 石 英 与 ND13 作 用 后, 在 2 921 和 2855 cm- 1处明显出现了 CH3和 CH2 的伸 缩振动吸收峰, 这表明捕收剂在石英表面发生了 吸附在与捕收剂发生吸附以后, 石英表面无新的 红外吸收峰生成, 这表明石英与捕收剂发生了物 理吸附同时, 从红外光谱图上还可以看出, 与捕 收剂作用后石英表面 Si O 伸缩振动吸收峰从 1071 cm- 1处偏移至 1 04286 cm- 1处, 而羟基振 动吸收峰从 3 452 cm- 1处偏移至 3 448 cm- 1, 同 时大部分价键的红外光谱峰值均向低位发生了不 同程度的偏移, 这表明多胺类捕收剂与石英表面 发生了氢键吸附[8- 9] 4 结 论 1 ND13 对石英具有良好的捕收性能, 在捕 收剂用量为 50 mg/ L, pH 7 10 时, 石英回收率 达 93 以上; 而对赤铁矿的捕收能力较差 下转第 1639 页 1635第 11期 刘文刚等 N- 十二烷基- 1,3- 丙二胺在赤铁矿反浮选中的应用 0025硬脂酸钠, 制备后加入 015油酸钠和 单一制备后加药相比, 药剂的用量有所减少 4 硬脂酸钠对半水硫酸钙晶须的生长速度 有一定影响 硬脂酸钠的用量越大, 半水硫酸钙晶 须的生长速度越慢, 这导致半水硫酸钙晶须的发 育不完全半水硫酸钙的形貌也随着硬脂酸钠的 用量增大逐渐由纤维状变为板状和柱状等 参考文献 [ 1]韩跃新, 王宇斌, 袁致涛, 等半水硫酸钙晶须水化过程研 究[ J]东北大学学报 自然科学版, 2008, 29 10 1490- 1493 Han Yue -xin, Wang Yu -bin, Yuan Zh- i tao, et al . 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Journal of Chemical Technology and Biotechnology , 2005, 80 8 939- 947. 上接第 1635页 2 ND13 对赤铁矿和石英质量比为 11 铁 品位为 35 的人工混合矿具有一定的分选效 果, 在 ND13 用量为 667 mg/ L、 淀粉用量为 667 mg/ L, pH 727 的条件下, 达到较好的分选效 果, 此时精矿中铁的回收率为 8635, 精矿的铁 品位为 6278, 尾矿的铁品位为 921 3 动电位和红外光谱测试结果表明, ND13 与矿物表面发生了静电和氢键吸附 参考文献 [ 1]曹学峰铝硅酸盐矿物捕收剂的合成及结构- 性能研究 [ D]长沙 中南大学, 2003 Cao Xue -feng. Synthesis of collectors to catch aluminum silicate minerals and studies on structure -activity relationship [ D] . Changsha Central South University, 2003. [ 2]Vidyadhar A, Rao K H.Adsorption mechanism of mixed cationic/ anionic collectors in feldspar -quartz flotation system [ J] . Journal of Colloid and Interf ace Science, 2007, 306 2 195- 204. [ 3]Vidyadhar A, Rao K H, Forssberg K S. Adsorption of N - tallow -1, 3 -propane -diamine -dioleatcollectoron albite and quartz minerals, and selective flotation of albite from Greek Stefania feldspar ore[ J] . Journal of Colloid and Interf ace Science, 2002, 248 1 19- 29. 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