ks-捕收剂的合成及在东鞍烧结厂的浮选试验

ks-捕收剂的合成及在东鞍烧结厂的浮选试验

东马鞍山的矿产资源丰富，结构复杂，粒度细。这是马鞍山红铁矿中最难选择的一个。它主要是伪赤铁矿、磁铁红铁矿、氧铁矿、绿泥黄铁矿、绿泥红铁矿、，石英岩和灵铁磁岩。自从2002年使用RA-715捕收剂以来,铁精矿品位提高到64.50%以上,充分显示该药剂在提质方面具有明显的优势,达到了工艺流程的设计要求,受到国内选矿界的广泛关注。但是,尾矿铁品位指标没有达到设计要求的14%左右,实际尾矿铁品位一直在20%左右徘徊。为了进一步提高铁精矿品位和铁金属的回收率,降低尾矿铁品位,于2006年采用了新型KS-Ⅰ捕收剂,实现了铁精矿品位提高0.20%、尾矿铁品位降低0.30个百分点的工业试验结果。但是,随着东鞍山铁矿石开采的深入,原矿品位进一步降低,连生体矿物逐步增多,KS-Ⅰ捕收剂在提质降尾方面的优势越来越不明显。为了改变这种局面,矿业公司、科研院所与药剂研制生产企业进行了联合技术攻关,终于研制一种针对东鞍山难选铁矿石的新型药剂KS-Ⅲ捕收剂。该药剂采用先进的精细化工工艺合成,具有明显的提铁降尾优势。与KS-Ⅰ捕收剂相比,1号矿样铁精矿品位提高0.43个百分点、尾矿铁品位降低0.56个百分点以上、捕收剂的单位耗量可减少6.89个百分点,铁回收率提高0.31个百分点左右,顺利完成了东鞍山捕收剂升级改造的任务。1原矿组成、反浮选择过程和粒度分析1.1东钢板矿石成分东鞍山铁矿石类型比较复杂,铁主要以氧化物的形式存在于假象赤铁矿、磁铁矿、赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿和针铁矿中。另外,铁还以其它化合物的形式存在于菱铁矿、鳞绿泥石、铁闪石、铁方解石、铁白云石和黄铁矿等矿物中。随着矿山开采的不断深入,菱铁矿的含量越来越多,菱铁矿分为原生和次生两种,原生的粒度较细,与石英和铁矿石紧密共生,次生的多为不规则的细脉状或网脉状,粒度较粗。矿石结构主要为细粒变晶和鳞片状变晶结构,交代、蜂窝及土状、包裹结构等。变晶结构是铁矿物与石英紧密相嵌构成的不等粒等轴状或不等轴状花岗变晶结构。鳞片状变晶结构主要是绿泥石呈片状或鳞片状定向排列与铁矿物构成的变晶结构,使铁矿物常常以极细粒包裹体存在于绿泥石中,这种包裹体将细粒铁矿石被石英或其它矿物所包裹。东鞍山铁矿石化学成分如表1所示。东鞍山铁矿石物相分析如表2所示。1.2阴离子反浮选工艺流程浮选工艺流程为两段连续磨矿、中矿再磨、重选—高梯度强磁选—阴离子反浮选工艺流程选别贫赤铁矿。其中阴离子反浮选采用一次粗选、一次精选、三次扫选工艺,工艺流程如图1所示。浮选过程所用的调整剂是NaOH,抑制剂是苛化玉米淀粉,活化剂是CaO。1.3矿体及矿体组成采用激光粒径测定仪对东鞍山浮选给矿(品位45.20%)进行了粒径分析,分散剂为水。测得脉石的平均粒径为50.62μm,铁矿物的平均粒径为36.12μm。浮给矿中大于74μm占6.54%、74~30μm占30.46%、30~20μm占32.98%、20~10μm占15.14%、小于10μm占14.88%。从颗粒影像仪可以发现,铁矿物单体解离度达到85.40%左右,脉石单体解离度达到80.24%左右,矿物中3/4富连生体的含量达到8.65%左右。通过对东鞍山闭路浮选(使用KS-Ⅰ捕收剂)的铁精矿和尾矿分析,浮选铁精矿中单体脉石占1.93%、3/4富连生体铁矿物占2.98%;尾矿中单体铁矿物(粒径小于10μm)占4.26%、3/4富连生体铁矿物占3.65%。从中可以看出富连生体铁矿物是造成铁精矿品位低的主要原因,粒径小于10μm的细颗粒铁矿物是造成尾矿铁品位高的主要原因。2k-ks捕获剂的设计和合成2.1不同富连生体部分铁收率下铁、铁、金在保证铁精矿品位合格的前提下东鞍山提铁降尾的主要途径:一是将3/4富连生体铁矿物寻求最大程度的归属,大于3/4富连生体部分抑制在精矿中,以提高铁金属回收率,小于3/4富连生体部分浮选在尾矿中;二是将尾矿中夹带的细小铁矿物抑制在精矿中,既可以起到降尾的作用,又可以提高精矿品位和铁的回收率。(1)降低于铁矿中的作用力提高KS-Ⅲ捕收剂对小于3/4富连生体铁矿物的作用力和选择性,降低大于3/4富连生体铁矿物的作用力,使其抑制在精矿中。捕收剂与活化小于3/4富连生体铁矿物表面的金属离子可以通过配位键、离子极化等作用形成稳定的螯合物,作用力具有很高的针对性。(2)b.古代改性链过短、不利于带矿控制KS-Ⅲ捕收剂中憎水链的长度。憎水链过长泡沫粘性大,对浮选不利;憎水链过短又不利于带矿。所以,根据东鞍山矿石性质和粒径大小控制捕收剂中憎水链长度,使捕收剂与活化脉石结合后形成的憎水基团比较适中、均匀,形成的泡沫分散性好、脆而不粘,可以减少细小铁矿物在尾矿中的夹带。(3)减少脉石与富连生体铁矿物作用KS-Ⅲ捕收剂分子中含有亲水、憎水等基团,具有捕收、发泡和排斥等多种功能。亲水基团只能与活化脉石和小于3/4富连生体铁矿物作用,作用后憎水基团能显著降低脉石和小于3/4富连生体铁矿物的亲水性。同时捕收剂上的憎水基团排斥细小铁矿物的吸附和其它捕收剂分子上亲水基与活化脉石的作用,达到节省捕收剂的目的和提高铁精矿品位的目的。(4)强作用力与作用力由于东鞍山矿物性质比较复杂,一种单一功能的捕收剂难以对所有目的矿物同时发生强作用力。所以,捕收剂中应含有单一功能与螯合功能、物理吸引与化学键结合科学地有效组合,使之发挥协同效应,满足浮选过程中不同矿物性质和粒径的需求。2.2k-ks捕获剂合成2.2.1提高基和磺酸的收率以植物脂肪酸为主要原料,经过磺化、卤化、氨化和水解等反应,合成一种含有氨基、羧基和磺酸基于同一分子中的捕收剂。通过考察各步反应的温度、时间、催化种类和催化剂量等对捕收剂收率的影响,获得较高收率的反应条件。同时研究了不同原料来源和配比对捕收剂收率的影响,获得了操作方便、收率稳定和成本低的合成多功能捕收剂的工艺过程。2.2.2ks-捕收剂最佳配方的确定将合成的多功能捕收剂与植物脂肪酸在复合催化剂的催化下部分生成缩合产物。这样,KS-Ⅲ捕收剂中含有了多功能捕收剂、缩合物捕收剂和植物脂肪酸阴离子捕收剂。对影响缩合反应的因素进行正交试验,找出影响反应的主要因素,然后分别进行反应条件的优化试验,记录试验过程中影响反应的各种因素和参数。通过实验室开路和闭路浮选试验评价KS-Ⅲ捕收剂的性能,获得对东鞍山难选铁矿最佳效果的KS-Ⅲ捕收剂配方。合成KS-Ⅲ捕收剂的原料符合来源广、价格低、质量稳定等要求。2.2.3浮选指标及成型KS-Ⅲ捕收剂在实验室合成试验的基础上,对合成捕收剂的工艺流程进行了优化,使其更加符合工业化的要求。然后经过小试、中试和工业生产的试验,各级放大试验的工艺流程及参数与实验室合成基本相同。小试生产规模为每次合成300g,中试生产规模为每次合成30kg,工业生产规模为每次生产3000kg。从捕收剂浮选试验的效果看,工业生产捕收剂的各项浮选指标比实验室合成的浮选指标好,通过使用GC-MS对捕收剂成份进行分析,捕收剂的主要成份相同,产品质量稳定。该捕收剂的生产工艺流程简单、可靠和安全,生产过程没有“三废”产生,捕收剂药剂性能良好,无毒无污染,具备大规模生产条件。2.2.4凝固点和最佳配方酸值:(150±1)mg(KOH)/100g;碘值:(80±1)g·L/g;皂化值:(160±2)mg(KOH)/100g;凝固点:(15±1)℃。KS-Ⅲ捕收剂是一种具有多种功能的复合型阴离子捕收剂,该药剂以来源广泛的石油化工副产品、植物油脂产品和常用化工产品为主要原料,采用精细化工合成工艺,多功能捕收剂的收率达到98%以上(气相色谱检测结果),产物结构经GC-MS、1H-NMR和13C-NMR表征,完全符合设计要求。多功能捕收剂、缩合物捕收剂和植物脂肪酸阴离子捕收剂的比值在4∶1∶3时,浮选的效果达到最好。3k-ks捕获剂的浮选试验和工业应用3.1浮选过程中的药剂消耗量以苛化淀粉为抑制剂、氢氧化钠为调整剂、氧化钙为活化剂,对KS-Ⅲ捕收剂进行多因素正交开路浮选试验,选出最佳的开路浮选条件。根据开路试验的最佳浮选条件进行闭路浮选试验,多次闭路浮选试验结果再现性良好。最后,以KS-Ⅲ捕收剂与KS-Ⅰ捕收剂为比较对象,取鞍山东鞍山烧结厂两种浮选给矿进行闭路浮选,试验结果如表3所示。从表3可看出,在选别1号矿样时,铁精矿品位提高0.43个百分点以上,尾矿铁品位降低0.56个百分点,铁回收率提高0.31个百分点,捕收剂用量降低6.89个百分点;在选别2号矿样时,KS-Ⅲ捕收剂提高铁精矿品位0.42个百分点,尾矿铁品位降低0.53个百分点,铁的回收率提高0.24个百分点,捕收剂用量降低7.69个百分点。其它药剂的消耗量如表4所示。从表4可看出,淀粉的量和氢氧化钠的量没有减少,氧化钙的量有明显的降低,这与捕收剂的量降低是一致的。这说明捕收剂在活化脉石表面作用后,排斥其它捕收剂的作用,达到减少捕收剂的效果。3.2浮选对比试验结果KS-Ⅲ捕收剂的工业浮选试验在东鞍山烧结厂进行,从2008年10月开始,到2008年12月结束,历时两个月。试验过程首先采用一条浮选生产线使用KS-Ⅲ捕收剂,其它浮选生产线仍使用KS-Ⅰ捕收剂的方式进行对比试验;试验两周后,然后再增加使用KS-Ⅲ捕收剂的浮选生产线。工业试验的浮选作业指标与实验室闭路浮选试验结果基本一致。与KS-Ⅰ捕收剂相比,东鞍山1号矿样,铁精矿品位平均提高0.43个百分点左右,尾矿的铁品位平均降低0.56个百分点以上,捕收剂单位耗量平均减少6.89个百分点以上,铁回收率平均提高0.31个百分点以上。随后KS-Ⅲ捕收剂全面取代KS-Ⅰ