（材料学专业论文）新型捕收剂lky代替ra315在反浮选中的应用研究.pdf

鞍山科技太学工程硕士论文 摘要 摘要 本文从浮选的机理、捕收剂的作用机理及影响浮选作业的因素出发， 对新型捕收剂l k y 代替r a 一3 1 5 的应用进行了充分的分析和比较，经研究 证明新型捕收剂l k y 比原捕收剂r a 一3 15 具有明显的优势，本实验从实验 室试验到工业试验进行全面的对比比较并得出如下结论： 1 ) 采用不同代表性的矿样，对新型捕收剂l k y 与r a 一3 15 进行用量对 比试验，试验表明新型捕收剂l k y 比r a 一3 1 5 减少用量2 5 3 0 左右。 2 ) 对新型捕收剂l k y 与r a 一3 1 5 相同条件下的精矿品位与尾矿品位的 对比，试验表明新型捕收剂l k y 精矿品位高，尾矿品位低。 3 ) 通过工业对比试验表明新型捕收剂l k y 精矿品位比r a 一3 15 高 o 3 6 ，尾矿品位低0 6 l ，具有明显的优势。 关键词：新型捕收剂l k y ，代替r a 一3 1 5 ，反浮选，应用研究 鞍山科技大学工程硕士论文 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o nr e s e a r c ho fan e wc o l l e c t o rl k y i n s t e a do fr a 31 5o nt h er e v e r s ef l o t a t i o n a b s t r a c t t h et e x tb e g i n sw i t hp r i n c i p l eo ff l o t a t i o na n dt h ef u n c t i o no fa d s o r b i n g c h e m i c a l sa n dt h ef a c t o r so fi n f l u e n c ef l o t a t i o nw o r k ，t oa n a l y z ea n dc o m p a r e t h ea p p l yo fan e wc o l l e c t o rl k yi n s t e a do fr a 315 ，t h er e s e a r c hp r o v e dt h a t t h en e wc o l l e c t o rl k yh a so b v i o u sa d v a n t a g e s ，g e n e r a l l yc o n t r a s ta n d c o m p a r ef r o mt e s ti nl a b o r a t o r yt oi n d u s t r yt e s tw ec a ng e tt h ec o n c l u s i o n sa s f o l l o w s ： 1 ) a d o p tt h ed i f f e r e n tr e p r e s e n t a t i v em i n e r a lk i n d ，w h i c ht o d ot h e c o n t r a s te x p e r i m e n tw h i tt h en e wc o l l e c t o rl k ya n dr a 一315 ，t h ee x p e r i m e n t e x p r e s s t h en e wo n er e d u c et h ec h e m i s t r ym e d i c i n e2 5 3 0 o rs o 2 ) t a k eac o n t r a s to ft h ec o n c e n t r a t eg r a d ea n dr a i l i n g sg r a d eu n d e rt h en e w o n ea n dr a 一315 i nt h es a m ec o n t a i nw h i c he x p r e s st h eg u i d el i n ei sb e t t e r 3 ) t h r o u g ht h ei n d u s t r ye x p e r i m e n tc o n t r a s t ，t h en e wo n ec o n c e n t r a t e g r a d ei sh i g ha b o u t0 3 6 ，t h er a i l i n g sg r a d ei sl o w0 6 1 ，t h en e wo n eh a v et h e o b v i o u s l ya d v a n t a g e k e yw o r d s ：t h eh e y c o l e e t c rl k y ，i n s t e a do fr a 一3 1 5 ，r e v e r s ef l o t a t i o n ， a p p l i c a t i o nr e s e a r c h i i 鞍山科技大学工程硕士论文 引言 引言 自然晃蕴藏着极其丰富的矿产资源，选矿就是利用矿物的物理或物理化学性质 的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，并达到使有用矿 物相对富集的过程。根据不同的矿石类型和对选矿产品的要求，在实践中可采用不 同的选矿方法。常用的选矿方法有重选法、磁选法、电选法和浮选法。其中浮选法 应用最广，而浮选药剂的研究是目前最重要的研究课题，本文就新型捕收剂l k y 在 齐大山铁矿选矿分厂的应用进行了详细的研究和试验。 鞍钢集团新钢公司齐大山铁矿选矿分厂是目前我国最大的铁矿石选矿厂，该选 矿厂设计年处理原矿9 0 0 万吨，年产精矿3 0 0 万吨，精矿品位6 4 。选矿工艺流程 为连续磨矿一弱磁一强磁阴离子反浮选流程，使用r a 3 1 5 作脉石矿物捕收剂。 r a - 3 1 5 是由塔尔油、助剂、催化剂、氯气等原料加工而成，选矿效果不理想，药 剂质量及成本受原料塔尔油质量影响很大。为此新钢铁公司决定把阴离子反浮选捕 收剂研究作为科技攻关计划，项目名称为：“采用新型捕收剂l k y 代替r a 一3 1 5 作浮选捕收剂的试验研究”。要求试验指标达到红矿选矿国际先进水平，即铁精矿 品位达到6 7 5 以上，二氧化硅含量低于4 ，综合效益显著。通过试验证明，新 型捕收剂l k y 在反浮选作业中具有良好的应用前景。 鞍山科技大学工程硕士论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 浮选基本原理 浮游选矿又称浮选，是细粒和极细粒物料分选中应用最广、效果最好的一种选 矿方法。由于物料粒度细，粒度和密度作用极小，重选方法难以分离。而对一些磁 性或电性差别不大的矿物，也难以用磁选或电选分离。但根据它们的表面性质的不 同，即根据它们在水中对水、气泡、药剂的作用不同，通过药剂和机械调节，可用 浮选法高效分离出有用矿物和无用的脉石矿物【l 】。 浮选不仅用于分选金属矿物和非金属矿物，还用于冶金、造纸、农业、食品、 医药、微生物、环保等行业的许多原料、产品或废弃物的回收、分离、提纯等。随 着浮选工艺和方法的改进，新型、高效浮选药剂和设备的出现，浮选法将会在更多 的行业和领域得到更广泛的应用。最为著名的是美国阿拉斯加的f o r tk n o x 矿山中， 解吸酸洗和回转窑再生过程产生了细粒炭物质，其中含有有价的余，用泡沫浮选法 可从中获得高回收率的金和炭精矿【2 】。 2 0 世纪初开始出现了现代浮选法的雏形一泡沫浮选法，即利用矿浆中产生的气 泡增加气液界面，提高分离效率。最早是通过矿物在悬浮液中产生化学反应生成的 气泡：也有的是将气体直接引入矿浆产生气泡；还有的是将空气和矿浆加压后在常 压下释放产生气泡。1 9 0 9 年发现了松油和醇等作为起泡剂，可形成适宜的气泡。 1 9 1 0 年发明浮选机，使泡沫浮选工业化。1 9 2 5 年又发明了黄药作为捕收剂，浮选 得到飞速发展。基于它的高效分离，近十年浮选又向其他领域迅速扩展。随着对浮 选的逐步认识，加上新型、高效浮选药剂的出现及用浮选机的大型化和多样化，浮 选工艺和方法不断改进，应用范围和规模也不断扩大，仅我国目前就有浮选厂近千 家，现世界每年用浮选处理的矿物数量已达数十亿吨。m a t i s 和z o u b o u l i s 根据气泡 产生和方式和流动状况不同，将浮选分为分散气体浮选法和溶解气体浮选法。大多 数流量很大的工业废水流含有一些有害的金属离子，在废水返回利用前，或排放到 下水道和排放到地表前，必须除去这些金属离子。生物吸附浮选是一种新型而又可 行的方、法【”。 现代的泡沫浮选过程一般包括以下作业：磨矿一即先将矿石磨细，使有用矿物与 其他矿物或脉石矿物解离；调浆加药一调整矿浆浓度适合浮选要求，并加入所需 鞍山科技大学工程硕士学位论文第一章文献综述 的浮选药剂，以提高效率；浮选分离矿浆在浮选机中充气浮选，完成矿物的分 选；产品处理浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离。泡沫浮选的过程和 基本概念图1 1 。 浮选一耋蓑篓 l 抑制剂 入料丁至圣至蓁 二 入料窿 日 l 密度分析 物理化学过程 r 八 空气 沫精矿质量控制 脱水 图1 1 浮选过程的基本概念 尾矿( 处理) 在图1 1 中，固体矿物颗粒和水构成的矿浆( 矿浆通常来自分级或浓缩作业) 首先要在搅拌槽内用适当的浮选药剂进行调和，必要时还要补加一些清水或其他工 艺的返回水( 如过滤液) 调配矿浆浓度，使之符合浮选要求。用浮选药剂调和矿浆 的主要目的是使欲浮的矿物表面增加疏水性，或伎不欲浮的矿物表面变得更加亲 水，抑制它们上浮( 抑制剂) ，或促进气泡的形成和分散( 起泡剂) 。调好矿浆被送 往浮选槽，矿浆和空气被旋转的叶轮同时吸入浮选槽内。空气被矿浆的湍流运动粉 碎为许多气泡。起泡剂促进了微小气泡的形成和分散。在矿浆中气泡与矿粒发生碰 撞或接触，并按表面疏水性的差异决定矿粒是否在气泡表面上发生附着。结果，表 面疏水性强的矿粒附着到气泡表面，并被气泡携带升浮至矿浆中，最后随矿浆流排 出槽外成为尾矿。这种有用矿物进入泡沫、成为精矿称正浮选，反之称为反浮选。 图1 2 详细描述了浮选槽内所发生的固液气三相混合、气泡分散和矿化、完成浮选 矿 床 学 矿 相 学一 岩 石 学一 结晶化学一 有机化学一 能耗及经济一 自动检测一 机械工程v 流体力学一 胶体化学一界面化学一 工程硕士学位论文 第一章文献综述 的过程。由上所述不难看出矿粒表面性质差异的重要，这也是浮选的基本依据。 一厂 f - 一入料；k - 泡沫精矿；1 l 一尾矿。 o 一一空气；- - 一矿粒 图1 2浮选槽内的浮选过程 1 2 浮选捕收剂的理论基础 1 2 1 捕收剂的结构和分类 捕收剂分子的结构中一般都包含两个基【4 】：极性基和非极性基。极性基能够活泼 地和矿物表面发生作用，使捕收剂固着于矿物表面；非极性基起疏水化的作用。所 以实践上使用的捕收剂一般都是一种异极性的有机物质。以丁基黄药( c 4 h 5 0 s s n a ) 为例说明如下： 捕收剂的非极性基是烃基，烃基本身的内部键能很强，而表面是很弱的分子键， 它基本上不与水分子起作用，故含有非极性基的离子称之为疏水离子。疏水离子中 能和矿物发生作用的基称之为亲固基。可见，捕收剂疏水能力的强弱取决于疏水离 子中烃基的结构和长度，而捕收剂对矿物表面的固着强度和选择性，则取决于亲固 基的性质。疏水离子可能是阴离子也可能是阳离子，疏水离子是阴离子的捕收剂称 为阴离子捕收剂。疏水离子是阳离子的称为阳离子捕收剂。也有捕收剂起捕收作用 的不是离子而是分子。丁基黄药的分子结构及组成如下表1 1 ： 工程硕士学位论文第一章文献综述 表1 1 丁基黄药的分子结构及组成 f hi hl h 、s 二一n a 分子 非极性基极性基 阴离子阳离子 疏水离子非疏水 捕收剂的分类：按捕收剂在水中的解离程度、亲固基的组成和捕收剂对矿物的 作用活性可以将捕收剂作如下的分类： ( 1 ) 非离子型捕收剂 这类捕收剂实际上不溶于水，本身是非极性物质主要是非极性的烃类油。 这类捕收剂用来选别非极性矿物，如辉钼矿，石墨等。 ( 2 ) 离子型捕收剂 这类捕收剂在水中可以解离为离子，按起捕收作用的离子的电性正负又可以分 为阳离子捕收剂和阴离子捕收剂。 阳离子捕收剂。目前使用的主要是脂肪胺，疏水离子是阳离子( r n h 3 + ) 。在某 些晴况下是胺分子起捕收作用。这类捕收剂目前主要用它选别用阴离子捕收剂选别 不够有效的硅酸盐、铝硅酸盐和某些氧化矿物等。用十二胺捕收剂的硫化矿阳离子 浮选中，闪锌矿可以浮起，而黄铁矿和石英被抑制【5 】o 阴离子捕收剂。按阴离子捕收剂亲固基的组成和结构又可以进一步分为二类： 1 ) 亲固基是羧基酸或硫酸基、磺酸基的阴离子捕收剂。这类捕收剂的亲固基主 要为羧基： o c 其次尚有 4 工程硕士学位论文第一章文献综述 o n s o n o 矿 1 _ i f _ 0 一 o 9 i ao 。 c a s n o 乌o 含有羧基的烃基用其皂被应用于浮选矿物晶格上存在硷土金属阳离子如含 c a ”、b a - h - 、m g “的矿物，也可以浮选某些稀有、有色、黑色金属氧化物，例如，氧 化物和硫酸盐矿物等。这类捕收剂还可以浮选许多其他矿物，但由于它的选择性差 2 ) 亲固基包含二价硫的阴离子捕收剂，又称为硫代化合物类捕收剂。 这类捕收剂目前实践上使用得最广泛，属于这一类捕收剂的最典型代表是黄药和 黄药由烃基( r - - ) 和亲固基( 一。一c ) 组成，起捕收作用的是 扩 ( r 一0 _ c) 阴离子，黄药是目前浮选硫化矿物应用最多、有效且 s 选择性良好的捕收剂。有研究表明，在p h 3 6 之间，黄药或戊基钾黄药可很好的浮 选黄铁矿，在p h 4 时黄铁矿的回收率最高拍1 。 一一固兰 8 5 。从而能 够满足生产的需要磨矿流程如图1 5 ： 原矿 二次溢流( 2 0 0 目) 8 5 图1 5磨矿流程 1 2 工程硕士学位论文 第一章文献综述 1 4 3 药剂制度 我厂原设计采用的是n a o h 作为p h 调整剂，玉米淀粉作为铁矿物抑制剂，c a o 作为石英活化剂，r a 3 1 5 作为捕收剂，其加药地点均在浮选前依次加入，同时在精 选作业时再加入少量捕收剂。 其加药量与矿石性质及矿石的含泥量有很大关系，含泥量大时药剂的加入量随 之变化【9 】o 1 4 4 浮选流程 经多方论证f 1 3 , 1 6 , 1 7 ，我厂浮选流程为一粗一精三扫的浮选作业流程，我厂的新型 捕收剂l k y 试验也将在现有流程的基础上进行。浮选作业流程为图1 6 【1 5 1 ： 混磁精 图1 6 浮选作业流程 综尾 溢流 工程硕士学位论文第一章文献综述 1 5 目前浮选药剂研究的现状分析 1 5 1 浮选捕收剂的研究 用于浮选的选矿捕收剂的研究一直没有中断过。近3 0 年来，只开发出很少几种 非硫化矿捕收剂，至今最重要的捕收剂仍然是羧酸类和石油磺酸盐，其它捕收剂如 烷基羟肟酸盐、磺化琥珀酸盐、烷基磷酸盐、膦酸和两性捕收剂等也得到了一定应 用 1 8 j 。据北京矿治研究总院推荐，其最近研制的新型高效捕收剂p a c ，对铜矿捕收 能力强，而对黄铁矿、磁铁矿捕收能力弱，同时对矿石中伴生金、银的捕收效果明 显【1 9 】。 1 5 2 国外浮选捕收剂的研究 澳大利亚有关研究者对氧化矿的浮选也进行了研究。q u a s t 2 0 1 用含1 2 个碳原子 的不同捕收剂在不同的p h 条件下研究了赤铁矿的浮选行为。研究的目的是了解不同 的含有饱和十二烷基和不同的功能基的捕收剂与矿物表面的作用。所用的赤铁矿是 天然的，等电点为2 7 ，零电点为6 7 。研究表明，用月桂酸为捕收剂时，赤铁矿回 收率最高的p h 值范围为6 8 5 ，而在p h 9 时突然大幅下降，在p h 9 1 2 范围内，随 p h 的增加，赤铁矿的回收率又稳定增加 2 l 】。 1 5 3 高分子浮选药剂的研究 高分子浮选药剂在矿物加工工业中已有广泛的应用，如作为复杂多金属矿中脉 石矿物选择性絮凝的分散剂、絮凝剂，细粒矿物脱水、过滤的助剂等等 2 2 “2 4 。因为 影响高分子药剂与矿物作用的行为、机制的因素多样，所以同一种药剂在不同浮选 体系可以表现出不同性能，即使在同体系，其作用也具有多样性 2 5 2 7 】。探索这种 多样性的内在因素，对高分子药剂在浮选中更好地发挥作用用其应用领域的拓宽具 有重要意义【2 ”。 1 5 4 浮选药剂组合用药的发展 组合用药主要是利用药间的协同作用，增加药剂的浮选效果1 2 9 。德国的h e l b i gc 等研究了阴离子型捕收剂n 一十二烷基肌氨酸钠和十二烷酸钠的混合使用情况，结果 表明二者具有很好的协同作用 3 0 】。h e l b i gc 等还通过在硫铁矿浮选中丁基黄药、二 硫代氨基酸、二硫代磷酸酯的混合应用，论述了硫化矿浮选中混合硫代捕收剂的协 4 工程硕士学位论文第一章文献综述 同作用【3 1 1 。 1 5 5 红矿选矿阴离子反浮选现状分析 截至目前，红矿选矿阴离子反浮选成功应用于工业生产的有齐大山铁矿选矿分 厂。红矿其它浮选方法为阴离子正浮选和阳离子反浮选。过去几十年间，十余家科 研院所、高校做了大量工作，但阴离子正浮选因选矿效果差精矿品位低，有被反浮 选取代趋势，阳离子反浮选对矿泥特别敏感，捕收剂价格太高，因而没有在工业生 产中应用。齐大山铁矿选矿分厂所使用的捕收剂为r a 一3 1 5 ，r a - 3 1 5 是以塔尔油 为主要原料，经过氯化、氧化反应后进行精制而成的一种阴离子型捕收剂【3 2 1 。塔尔 油是合成r a 一3 1 5 的主要原料之一，它是松木造纸行业副产品 3 3 】。由于目前国家 为保护生态环境，森林禁伐，使塔尔油原料货源不广，或者是说质量好的较少，原 料价格居高不下，至使r a - 3 1 5 生产成本较高。另外，r a 3 1 5 生产过程中，使用氯 气作原料。由于氯气属于剧毒物质，给安全生产管理带来难度，且采购手续复杂。 1 6 实验研究和意义和方案 1 6 1 实验研究的意义 鞍钢集团新钢公司齐大山铁矿选矿分厂是目前我国最大的铁矿石选矿厂，该选 矿厂设计年处理原矿9 0 0 万吨，年产精矿3 0 0 万吨，精矿品位6 4 。选矿工艺流程 为连续磨矿一弱磁一强磁一阴离子反浮选流程，使用r a - 3 1 5 作脉石矿物捕收剂。 r a - 3 1 5 是由塔尔油、助剂、催化剂、氯气等原料加工而成，选矿效果不理想，药 剂质量及成本受原料塔尔油质量影响很大。为此新钢铁公司决定把阴离子反浮选捕 收剂研究作为科技攻关计划，项目名称为：“采用新型捕收剂l k y 代替r a 一3 1 5 作浮选捕收剂的试验研究”。要求试验指标达到红矿选矿国际先进水平，即铁精矿 品位达到6 7 5 以上，二氧化硅含量低于4 ，综合效益显著。 1 6 2 实验方案 ( 1 ) 采用实验室小型浮选机做模拟现场的实验室小型开路、闭路试验。 ( 2 ) 将实验室试验结果用于现场大型工业试验。 1 7 研究内容、技术路线及研究方法 工程硕士学位论文第一章文献综述 1 7 1 研究内容 本实验采用a 、b 两个方案： a 方案：采用r a 3 1 5 与新型捕收剂l k y 做改变抑制剂及捕收剂条件的实验室 试验，根据试验结果分析新型捕收剂l k y 与r a 3 1 5 的优越性。 b 方案：用实验室的试验结果在现场做工业试验。 1 7 2 技术路线 根据以上的研究内容，我们确定如下的技术路线： 确 试 定 样 实 的 验 专 制 方 各 案 本实验采用实验室的开路( 一次粗选一次精选) ，及闭路试验的方法，考察抑制 剂及捕收剂的最佳试验条件，从而对现场工业试验提供合适的加药量及最佳的操作 条件。 1 8 创新点 ( 1 ) l k y 碳链长度适宜，含两个双键分子极性强，决定了它选择性好，捕收能 力强，对矿石的适应性较强，使淀粉用量及捕收剂用量都减少，选别技术指标也有 明显改善，对经济效益的增加非常有利。 ( 2 ) 红矿反浮选对矿浆温度要求较高，该药剂凝固点低，小于6 。c ，在矿浆中 易分散和溶解，对矿浆温度适应性强，有利于降低蒸汽消耗。 鞍山科技大学工程硬士论文第二章实验原理及设备 第二章实验原理及实验设备 2 1 矿物表面的润湿性 2 1 1 润湿现象 润湿是自然界常见的现象。例如往干净的玻璃上滴一滴水，水会很快地沿玻璃 表面展开，成为平面凸镜的形状。但若往石蜡表面滴一滴水，水则力图保持球形， 但因重力的影晌，水滴在石蜡表面形成一椭圆球状而不展开。这两种不同现象表明， 玻璃能被水润湿，是亲水物质；石蜡不能被水润湿，是疏水物质。 同样将水滴滴于干燥的矿物表面上，或者将气泡引入浸在水中的矿物表面 上( 如图2 1 所示) ，就会发现不同矿物的表面被水润湿的情况不同。在一些矿物( 如 石英、长石，方解石等) 表面上水滴很易铺开，或气泡较难于在其表面上扩展；而 在另一些矿物( 如石墨、辉钼矿等) 表面则相反。图2 1 所示的这些矿物表面的亲水 性由右至左逐渐增强，而疏水性由左至右逐渐增强。 图2 1 矿物表面润湿现象 许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为：表层浮选基本上取决于矿物 表面的空气是否能被水所取代，如水不能取代矿物表面的空气，此矿物就将漂浮在 水面上；全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏水性所造成的；泡沫浮选 是由于被浮矿物经浮选剂处理，造成了表面疏水性面附着于气泡上浮。 任意两种流体与固体接触后，所发生的附着、展开或浸没现象( 广义地说) 均 可称为润湿过程。其结果是一种流体被另一种体表面部分或全部被排挤或取代，这 是一种物理过程，且是可逆的。例如，浮选过程就是调节矿物表面上一种流体( 如 水) 被另一种流体( 如空气或油) 取代过程( 即润湿过程) 的规律性对浮选有实际 意义。 工程硕士学位论文第二章实验原理及实验设备 2 1 2 接触角 矿物表面所谓“亲水”、“疏水”之分是相对的。为了判断矿物表面的润湿性大 小，常用接触角0 来度量，如图2 2 所示。在不同矿物的表面接触角可以标志矿物表 面的润湿：如果矿物形成的0 角很小，则称其为亲水性表面；反之，当0 角较大， 则称其为疏水性表面。亲水性与疏水性的明确界限是不存在地，只是相对的。ol g 角越大说明矿物表面疏水性越强：角越小，则矿物表面亲水性越强。 矿物表面接触角大小是三相界面性质的一个综合效应。如图2 2 ，当达到平衡时 ( 润湿周边不动) ，作用于润湿周边上的三个表面张力在水平方向的分力必为零。于 图2 2 气泡在水中与矿物表面相接触的平衡关系 其平衡状态( 杨氏y oung ) 方程为 o j g 3os l + ol g c o se c o s0 = ros g - - os l y0l g ( 2 1 ) 式中os o 、os l 和ol g 分别为固一气、固一液和液一气界面自由能。 由上式可见：当0 9 0 。时，os l os g ，矿物表面不易被水润湿，称为疏水表面； 当0 9 0 0 时，os l os g ，矿物表面易被水润湿。原则上，取0 = 9 0 0 为分界线，0 = 0 0 9 0o 时称为亲水性表面，o = 9 0 0 1 8 0o 时称疏水性表面。实际上，固、水、气本相 系统中最大接触角均1 1 0 0 ，据测定，固、水、气系统中石蜡所具有的接触角最大， 为1 0 6o 。一些矿物的接触角见表2 1 。 从式( 2 1 ) 中可见，接触角0 值越大，c o s0 值越小，说明矿物润湿性越小，而可 浮性越好。因为c o s0 值界于一1 至1 之间，因此对矿物的润湿性和可浮性可定义为： 润湿性= c o so可浮性= 1 一c o s0 故通过测定矿物接触角可大致评价矿物的润湿性和可浮性。 工程硕士学位论文 第二章实验原理及实验设备 表2 1 矿物接触角 矿物名称接触角( 0 ) 矿物名称接触角( o ) 硫7 8黄铁矿 3 0 滑石6 4重晶石 3 0 方铅矿6 0方解石 2 0 辉钼矿 4 7石灰石 0 l o 闪锌矿 4 6石英 0 4 萤石 4 1云母一- - - 0 2 2 主要实验设备 2 2 1 实验室试验 采用o 5 升、o 7 5 升x f d 型单槽式小型浮选机，电炉、盆、烧杯、移液管、滴 定管等。 2 2 2 工业试验 采用齐大山铁矿选矿分厂现有流程、设备及设施。 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 3 1 实验准备 3 1 1 试验矿样 第三章实验室试验 供浮选的实验矿样是调选分厂弱磁一强磁混合精矿，取自选矿分厂浮选作业前 浓缩机给矿流槽，经澄清脱水后在常温下混匀，供浮选用。 本次实验室试验，使用三种混磁精矿样，代表选厂不同类型矿石的生产状况， 三种矿样分析如下： 表3 1 矿样指标 3 1 2 药剂的配制 ( 1 ) 调整剂n a o h 的配制 采用实验室用的固体n a o h ，在常温下用自来水酿成5 的浓度即可。 ( 2 ) 活化剂c a o 的配制 取现场用c a o 在实验室自来水配成2 5 的浓度即可。 ( 3 ) 抑制剂淀粉的配制 1 ) 玉米淀粉的配制 将淀粉乳浊液和占淀粉含量4 0 o 的苛性钠加入热水中，边加热边搅拌，在9 0 9 5 摄氏度的温度下苛化3 0 分钟，加水至所需要的浓度后摇匀使用，配制浓度为2 5 ， 呈粘性半透明液体。 2 1 改性淀粉的配制 直接加入常温水中，并加入淀粉量的4 的苛性钠，搅拌后加溶于水中再加水至 所需要的浓度后摇匀使用，配制浓度为1 5 ，呈粘性半透明液体。 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 ( 4 1 捕收剂的配制 1 1r a 一3 1 5 的配制 取自浮选现场的r a 3 1 5 原液，在实验室加入药量的5 的苛性钠，在9 0 9 5 度 的温度下皂化3 0 分钟，加水至所需要的浓度后摇匀使用，配制浓度为1 。 2 1 新型捕收剂l k y 的配制 取自厂家的成品药，加碱量与r a 3 1 5 的相同，在9 0 - 9 5 度的温度下皂化3 0 分 钟，摇匀使用，配制浓度为1 。 3 2 实验步骤 ( 1 ) 、称混磁精2 0 0 克放入0 5 升浮选槽内； ( 2 ) 、取3 5 0 毫升4 0 度水放入浮选选槽内； f 3 ) 、固定浮选槽后搅拌； ( 4 ) 、加入n a o h ，搅拌3 分钟； ( 5 ) 、加入淀粉，搅拌3 分钟； ( 6 ) 、加入c a o ，搅拌3 分钟； ( 7 1 、加入捕收剂，搅拌3 分钟； ( 8 ) 、启动刮板和充气，粗选开始，时间4 5 分钟； ( 9 ) 、停止刮板和充气： ( 1 0 ) 、加入n a o h ，捕收剂，搅拌2 分钟； ( 1 1 ) 、启动刮板的充气，精选开始，时间为4 分钟； ( 1 2 ) 、停止刮板和充气； f 1 3 ) 、卸精矿。 ( 1 4 ) 、将矿样烘干，做样研磨后送化验。 3 3 一粗一精开路对比试验 3 3 1 同样捕收剂不同抑制剂的试验 3 3 1 1r a - 3 1 5 为捕收剂，玉米淀粉与改性淀粉对比试验 a ) 矿样l 的浮选实际指标，见表3 2 。 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验室试验 图3 1 捕收剂为一3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 图3 2 捕收剂为r a - 3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉单耗对比图 b ) 矿样2 的浮选实际指标，见表3 3 。 鞍山科技大学工程硕士论又 第三章宴验室试验 图3 3 捕收剂为r a - 3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 圉3 4 捕收剂为r a 一3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉尾矿品位对比圈 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验室试验 图3 5 捕收剂为r a - 3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 图3 6 捕收剂为r a 一3 1 5 时玉米淀粉与改性淀粉单耗对比图 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验誊试验 由上图3 1 至3 6 可见，在捕收剂r a 一3 1 5 用量相同的情况下，改性淀粉比玉米 淀粉单耗小3 8 0 9 t 原矿5 3 0 9 t 原矿，对矿样1 、2 、3 的精矿品位对比试验来看，改 性淀粉比玉米淀粉精矿品位高2 4 4 5 9 4 ；尾矿品位持平或略低，由此可见，改 性淀粉比玉米淀粉无论是选别易选矿还是难选矿都有明显的优势。 3 3 1 2 新型捕收剂l k y 为捕收剂玉米淀粉与改性淀粉对比试验 a ) 矿样1 的浮选实际指标，见表3 5 。 表3 5 矿样1 的浮选指标 图3 7 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验室试验 图3 8 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉尾矿品位对比图 b 1 矿样2 的浮选实际指标，见表3 6 。 表3 6 矿样2 的浮选指标 改性淀粉 2 5 0 2 5 0 2 5 0 1 5 0 1 7 5 2 0 0 5 2 9 7 5 2 8 2 5 4 9 l 4 58 4 5 8 l 4 5 8 6 6 9 4 6 7 1 5 6 7 5 2 1 9 9 2 1 9 2 2 2 3 4 图3 9 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 7 7 4 2 7 7 4 2 7 2 3 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 1 0 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉尾矿品位对比图 c ) 矿样3 的浮选实际指标，见表3 7 。 表3 7 矿样3 的浮选指标 图3 1 1 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉精矿品位对比图 2 7 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 1 2 捕收剂为新型捕收剂时玉米淀粉与改性淀粉尾矿品位对比图 由上图3 7 至3 1 2 中对矿样1 、2 、3 的精矿品位与尾矿品位的对比结果来看， 在捕收剂为新型捕收剂l k y 时，在相近的药剂制度下，改性淀粉比与玉米淀粉精矿 品位有明显的优势，高0 9 8 1 7 4 ；尾矿品位低1 6 8 2 8 4 。 机理分析：( 1 ) 在其它条件相同的条件下，淀粉的分子式是：( c 6 h 0 0 6 ) n ，其分子 中的仲醇基与一氯醋酸缩合而成醚链。其反应如下： 淀粉o h j r n a o h 一一淀粉一o h n a o h 一一淀粉o n a h 2 0 淀粉0 n a + c l c h 2 c 0 0 n a 一淀粉- - o - - c h 2 c o o n a + n a c l f 副反应：n a o h + c i c h 2 c o o n a h o c h 2 c o o n a + n a c i ) 。 反应生成的是种碱性阴离子改性淀粉，含水率约为8 9 ，粘度1 6 2 5 。淀粉对 氧化铁矿物硅酸、盐与石英的作用机理研究证明，在相当宽的p h 值范围内，淀粉的 吸附作用是有选择性的。当p h 值8 大于时，未经活化的石英并不吸附淀粉，对于硅 酸铁，吸附量也比较小，大量的淀粉都是吸附在氧化铁矿物上面。淀粉在氧化铁矿 物上面的吸附是很强的。 ( 2 ) 淀粉苛化发生取代反应，使分子中o h 和- - c h 2 0 h 黄团减少，相应_ n a 及- - c h 2 0 n a 官能团增加，因而使其与石英矿物表面形成氢键的能力变弱，而赤铁 矿矿物表面的共价键的化学吸附增强。而改性淀粉的在氧化铁矿物上面的吸附能力 更强，使得改性淀粉的抑制作用比普通淀粉明显增大，因而其浮选效果更明显。 淀粉苛化发生分子降解，使其在溶液中的有效长度缩短，致使有可能吸附在石 英表面活性点上的苛化淀粉因不能跨过颗粒间双电层斥力所产生的那段距离而絮 凝，因此有效地控制苛化淀粉降解程度可望提高其选择性。而改性淀粉的在氧化铁 矿物上面的吸附能力更强，使得改性淀粉的抑制作用比普通淀粉明显增大，因而其 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 浮选效果更明显。 3 3 2 同样抑制剂不同捕收剂试验 3 3 2 1 抑制剂为玉米淀粉，r a 3 1 5 与新型捕收剂l k y 的对比试验 a ) 矿样l 的浮选实际指标，见表3 8 。 表3 8 矿样1 的浮选指标 图3 1 3 抑制剂为玉米淀粉时捕收剂单耗对比图 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 1 5 抑制剂为玉米淀粉时捕收剂单耗对比图 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 药剂种类 淀粉用量( 克吨原矿) 浮选指标 淀粉 r a 产率原品精品 尾品回收率 图3 1 7 抑制剂为玉米淀粉时捕收剂单耗对比图 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 1 8 抑制剂为玉米淀粉时精矿品位对比图 由上图3 1 3 至3 1 8 可见，矿l 、2 、3 玉米淀粉单耗相适应时捕收剂r a 3 1 5 的单耗明显比新型捕收剂l k y 高，而在相同捕收剂时单耗时新型捕收剂l k y 的 精矿品位又比r a 3 1 5 高o 4 2 4 2 3 ，尤其对难选矿样3 的优势更明显。 3 3 2 2 抑制剂为改性淀粉，r a - 3 1 5 与新型捕收剂l k y 的对比试验 a ) 矿样1 的浮选实际指标，见表3 1 1 。 表3 1 1 矿样1 的浮选实际指标 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 1 9 抑制剂为改性淀粉时捕收剂单耗对比图 图3 2 0 抑制剂为改性淀粉时尾矿品位对比图 b ) 矿样2 的浮选实际指标，见表3 1 2 。 表3 1 2 矿样2 的浮选实际指标 2 5 0 新型捕收剂 2 5 0 l k y 1 5 0 1 7 5 5 2 9 7 8 2 8 2 4 58 4 5 8 1 6 6 9 4 6 7 1 5 2 1 9 9 2 1 9 2 7 7 4 2 7 7 4 2 2 5 02 0 05 1 9 54 58 6 7 0 12 23 47 2 3 _-。一-_-。_一_-_一 3 3 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 2 1 抑制剂为改性淀粉时捕收剂单耗对比图 图3 2 2 抑制剂为改性淀粉时尾矿品位对比图 c ) 矿样3 的浮选实际指标，见表3 1 3 。 表3 1 3 矿样3 的浮选实际指标 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图3 2 ：3 抑制剂为改性淀粉时捕收剂单耗对比图 图3 2 4 抑制剂为改性淀粉时尾矿品位对比图 由上图3 1 7 至3 2 4 可见，矿1 、2 、3 玉米淀粉单耗相适应时捕收剂r a - 3 1 5 的 单耗明显比新型捕收剂l k y 高，新型捕收剂l k y 的尾矿品位又比r a 一3 1 5 低 3 0 7 7 1 9 ，尤其对难选矿样3 的优势更明显。 机理分析：( 1 ) 在其它条件相同的条件下，新型捕收剂l k y 是多种脂肪酸类捕 收剂的组合，在同种捕收剂之间及不同捕收剂之间都存在一种作用力，使它们“松 驰的结合”在一起，这种作用力主要是范德华力、静电斥力及诱导效应，这里也不 排除因分子中含有氮、氧和氟等原子而产生的氢键的作用。如非极性捕收剂之间而 主要靠范德华力以及由于分子不对称而产生的诱导效应结合在一起的。因此新型捕 收剂l k y 有较好的浮选效果。 ( 2 ) 经物理加工之后矿粒表面性质是不均匀的，表现在矿粒的棱角和平面所具有 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验室试验 的能量不同，所以矿物表面的活性是有区别的，矿物表面活性大的区域适合吸附活 性小的药剂，而活性小的区域适合活性较大的药剂。由于新型捕收剂l k y 是多种脂 肪酸类捕收剂的组合，而每种药剂分子的结构不同，大小不同，所以具有不同的空 间位阻，除了在空间位阻允许下，各自吸附在矿物表面的不同活性区域外，而位阻 小的捕收剂还可以填补位阻大的捕收剂之间所形成的吸附空位，由此也提高药剂的 有效性，有助于浮选药剂的节省和浮选指标的改善。 3 4 闭路试验 3 4 1 实验室闭路试验流程图 实验室闭路试验流程图，见图3 2 5 。 ! 些翌垫盔兰三垦堡主垒奎 笙三童塞壁奎垡壁 尾4 中3 图3 2 5 实验室闭路试验流程图 3 7 4 鞍山科技大学工程硕士论文第三章实验室试验 由上表3 1 4 对矿样1 的实验结果可见：新型捕收剂l k y 在用量比r a 一3 1 5 5 0 减少g t 原矿的条件下，精矿品位低0 1 0 ，尾矿品位低o 3 4 ，回收率高0 2 2 ： 在用量比r a 3 1 5 减少1 5 0g t 原矿的条件下，精矿品位高o 0 5 ，尾矿品位低0 5 9 ， 回收率高o 5 0 。其数质量流程图见图3 2 6 、3 2 7 、3 2 8 。 ( 2 ) 矿样3 试验结果，见表3 1 5 。 表3 1 5 矿样3 试验结果 由上表3 1 5 对矿样3 的实验结果可见，新型捕收剂l k y 在用量比r a 减少 5 0g t 原矿的条件，精矿品位高o 8 0 ，尾矿品位高0 2 9 ，回收率低0 6 8 ；在用 量比r a 一3 1 5 减少1 5 0g t 原矿的条件下，精矿品位高1 0 0 ，尾矿品位低o 2 1 ， 回收率高o 2 4 。其数质量流程图见表3 2 9 、3 3 0 、3 3 1 。 3 4 2 2 改性淀粉试验 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 由改性淀粉闭路试验结果可见，新型捕收剂l k y 精矿品位比r a 3 1 5 高 1 4 0 ，尾矿品位相近，因此在其它条件相同的条件下新型捕收剂l k y 比r a 一3 1 5 还是有优势。其数质量流程图见图3 3 2 、3 3 3 。 3 5 本章小结 ( 1 ) 由实验室开路闭路实验结果可见，无论对于易选矿样、中等矿样还是难 选矿样，在相同淀粉用量条件下，新型捕收剂l k y 都比r a 一3 1 5 在指标及单耗上都 有明显优势。 ( 2 ) 对于易选矿样，用抑制剂玉米淀粉的新型捕收剂l k y 都比r a 一3 1 5 精矿品 位高o 0 5 ，尾矿品位低0 5 9 ，回收率高o 5 0 ，指标更明显。 ( 3 ) 由数质量流程图可见，新型捕收剂试验的中矿返回量明显比r a 3 1 5 小的 多，对操作非常有利。 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 回收率( ) 混磁精 图3 2 6 矿样1r a - 3 1 5 数质量流程图 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 图例：晶僮( 竖) ；亡奎( 竖】 回收率( ) 混磁精 尾矿 图3 2 7 矿样1 新型捕收剂l k y 用量为1 5 0 9 t 原矿时数质量流程图 4 壁些量茎查兰三垦婴主堡圣 笪三主塞壁圭垫堕 图例：昌焦( 竖) ；亡奎( 竖) 回收率( ) 混磁精 尾矿 图3 2 8 矿样1 新型捕收剂l k y 用量为2 蜘小原矿时数质量流程图 4 2 壁些壁垫盔兰三堡堡圭垒奎 苎三主塞堕皇堕竺 回收率( 1 混磁精 图3 2 9 矿样3 新型捕收剂l k y 用量为1 5 0 9 t 原矿时数质量流程图 4 3 竖生登垫垄兰三登堡主堡茎 苎三主塞垦皇笪壁 图例：晶僮( ! 鱼) ；芒奎( ! 盐 回收率( ) 混磁精 图3 3 0 矿样3r a - 3 1 5 数质量流程图 尾矿 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章实验室试验 回收率( ) 混磁精 尾矿 图3 3 1 矿样3 新型捕收剂l k y 用量为z s 0 9 t 原矿时数质量流程图 4 5 主型堡坚生壁垒三墨墨主兰茎 苎兰主塞鉴皇苎鉴 图例：量焦( 坳i 芒壅( 竖j 回收率( ) 混磁精 i 冒3 3 2 矿样l 新型捕收剂l k y 改性淀粉时数质量流程图 尾矿 工程硕士学位论文第三章实验室试验 回收率( ) 混磁精 图3 3 3 矿样1 r a 3 1 5 改性淀粉时数质量流程图 4 7 尾矿 鞍山科技大学工程硕士论文 第四章工业试验 第四章工业试验 4 。1 工业试验安排 根据实验室试验结果，与r a 一3 1 5 捕收剂相比，新型捕收剂l k y 在取得较好选矿 技术指标的同时，吨精矿药剂费用可降低2 0 以上，该试验成果。为了能尽快将该成 果转化为生产力，在2 0 0 5 年初，齐大山铁矿决定在选矿分厂浮选车间进行新型捕收 剂l k y 代替r a 3 1 5 作为捕收剂的选矿工业试验。 选矿工业试验分两个阶段进行，在选矿厂浮选工区一个系列开展试验工作。采 用工业试验系列与其它生产对比系列的同期选矿生产指标相对比的方法，在选矿技 术指标相同的条件下，要求工业试验系列的吨精矿药剂费用降低1 5 。在对比中，保 证铁精矿品位6 7 5 以上，如选矿技术指标有所差异，吨精矿药剂费用的降低幅度应 按由此产生的经济效益与药剂费用产生的经济效果进行相加或相减加以核算。 为了圆满完成本次选矿工业试验，齐大山铁矿试验组，确定工业试验在浮选工 区1 4 系列进行，并对两阶段工业试验工作进行了总体安排。第一阶段工业试验于2 0 0 5 年7 月3 日始，7 月2 3 日结束，历时2 0 天。试验期间为了服从矿计划当月生产2 5 万吨铁精矿总体安排，要求试验系列生产指标考核不纳入正常生产管理和经济责任 制考核，在挖掘降低浮尾品位和药剂消耗潜力等方面不作太多要求，只要求平稳过 渡，不作技术经济测算，并且为了考查新型捕收剂l k y 是否对于提高浮选台时处理 量有潜力及确保完成精矿产量要求，对试验系列特意增加了台时处理量。在此条件 下，第一阶