引言

我国铁矿石具有品位低、矿石组成复杂、嵌布粒度细、开发利用难度大的特点^[1]，导致国内铁矿石供给不足。随着我国国民经济的快速增长，对钢材的需求量持续增加，大量依赖进口^[2]，制约我国经济发展。因此，对于具有“贫、细、杂”铁矿石的开发与利用，对解决我国铁资源供给问题、保证钢铁产业稳步发展具有重要意义。

反浮选是提高铁精矿品位的重要手段，主要包括阴离子反浮选和阳离子反浮选^[3-5]。目前阴离子反浮选在我国应用比较普遍，但具有药剂制度复杂，药剂费用高，需加温浮选，较高的矿浆pH会对设备产生腐蚀影响等缺点。而阳离子反浮选具有使用时无需加热、药剂制度简单的特点，且兼具一定的起泡能力，受到越来越多的学者广泛关注^[6-7]。本文在前人研究工作的基础上，采用四种碳链相似但功能团不同的四种代表性捕收剂(伯胺类、多胺类、季铵盐类、醚胺类阳离子捕收剂)：十二胺、N-十二烷基乙二胺、十二烷基三甲基氯化铵以及GE-609(武汉理工大学研发的耐低温阳离子捕收剂^[8-9])，探究了捕收剂种类及其用量、pH值、抑制剂对赤铁矿和石英浮选行为的影响，为进一步研究赤铁矿反浮选捕收剂提供一定的参考。

1 试验部分 1.1 原料

本论文浮选试验所采用的纯矿物为赤铁矿和石英。赤铁矿产自湖北大冶，石英产自广西贺州。纯矿物的制备方法为：人工选取块矿，经过铁锤砸碎、分拣、研磨后，用150目标准筛进行筛分，筛下产物经过摇床、磁滚筒和高梯度磁选获得的产品，再经筛分取-106+45 μm粒级的赤铁矿和石英作为试验原料。其中赤铁矿纯度为98.86%，石英纯度为99.78%，满足纯矿物要求。

1.2 试验所用药剂

本试验选用的阳离子捕收剂种类及性质如表 1所示，其中除十二烷基三甲基氯化铵采用直接水溶的方式外，其余各药剂均选用等摩尔的醋酸助溶。调整pH所采用的试剂为盐酸(HCI、化学纯)和氢氧化钠(NaOH、化学纯)。

1.3 试验方法

单矿物浮选试验在主轴转速1 500 r/min、40mL的XFG Ⅱ型的挂槽式浮选机中进行，试验温度为室温，每次称取2.0 g矿样放入浮选槽中，加入25 mL去离子水，调浆1 min，然后用HCl或NaOH调节pH值2 min，加入抑制剂作用2 min，捕收剂作用2 min，刮泡3 min，浮选完成后将所得的精矿产品和尾矿产品烘干、称重、计算回收率。浮选试验流程如图 1所示。

2 结果与讨论 2.1 阳离子捕收剂用量试验

在自然pH值条件下，四种阳离子捕收剂的用量对石英和赤铁矿的回收率影响结果如图 2~图 5所示。可以看出，十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609以及N-十二烷基乙二胺四种捕收剂均对石英和赤铁矿具有捕收能力，且对石英的捕收能力均强于赤铁矿。还可以看出，随捕收剂用量的不断增大，石英和赤铁矿的浮选回收率均不断升高。十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609三种捕收剂对石英的捕收能力相差不大，在用量为10 mg/L时，回收率达到90%左右。N-十二烷基乙二胺对石英的捕收能力则相对较弱，当捕收剂用量超过20 mg/L时，石英的回收率才能达到93.5%。

2.2 pH试验

为了研究pH值对阳离子捕收剂浮选效果的影响，在捕收剂用量试验的基础上，固定十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609三种捕收剂用量为5mg/L，N-十二烷基乙二胺用量为10 mg/L，研究了不同pH值下阳离子捕收剂对石英和赤铁矿的捕收效果。pH值对四种阳离子捕收剂浮选石英和赤铁矿的影响结果如图 6~图 9所示。

在十二胺浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图 6所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率均呈现出先增加后降低的趋势。对石英而言，在强酸和强碱性条件下的回收率较低，在pH=7左右时回收率达到最高，为83.0%。对于赤铁矿而言，当pH值为9左右时，浮选回收率达到最大值，但仍处于较低的水平。

在十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图 7所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。在整个浮选pH范围里，石英的可浮性均强于赤铁矿。当pH值在5~9之间，石英回收率相对较高。对于赤铁矿，当pH为8.6时，回收率相对较高，但仍处于较低的水平。

在GE-609浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图 8所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。在pH值为4~7的范围内，石英的回收率逐渐升高，当pH=6.92时，石英回收率达到了最高值74.5%。赤铁矿的回收率在pH=8.41时达到峰值32.5%。在强酸条件下的泡沫较为丰富，但矿化泡沫少、浮选效果较差，赤铁矿的回收率均低于40.0%。

在N-十二烷基乙二胺浮选体系中，pH值对石英和赤铁矿的回收率影响如图 9所示。可知，随pH值的升高，石英和赤铁矿的回收率基本呈现出先增加后降低的趋势。石英在pH值为4~9范围内可浮性较好，回收率可以维持在78.0%以上，但随pH值进一步升高，回收率开始下降。N-十二烷基乙二胺对赤铁矿捕收效果较差，pH值在3~10范围内，回收率基本不超过30.0%。

总体来看，在四种阳离子捕收剂浮选体系中，pH对石英和赤铁矿的浮选有很大的影响，在中性至弱碱性条件下，石英的浮选效果较好，赤铁矿则在弱碱性条件下回收率相对较高。

2.3 抑制剂用量试验

淀粉是赤铁矿反浮选的典型抑制剂^[11]，在铁矿石的反浮选生产实践中得到了广泛的应用^[12-13]。由于淀粉能够直接与赤铁矿表面上的铁键合而吸附，本身又存在亲水性的官能团，从而能够在赤铁矿表面形成一层亲水层，使得赤铁矿的回收率下降。

在前期试验结果的基础上，采用固定十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609的用量为5 mg/L，浮选pH值为7左右，固定N-十二烷基乙二胺的用量为10 mg/L，pH值为4.2左右，抑制剂作用时间为2 min，考察了抑制剂淀粉用量对石英和赤铁矿浮选行为的影响，结果如图 10~图 13所示。

在十二胺浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图 10所示。可知，淀粉对石英浮选回收率影响较小，而对赤铁矿的浮选回收率影响很大。随淀粉用量的增加，赤铁矿的回收率明显降低，淀粉用量从0 mg/L增加到5 mg/L过程中，赤铁矿的回收率降低了12.5个百分点，淀粉用量继续增大，赤铁矿浮选回收率变化幅度较小。

在十二烷基三甲基氯化铵浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图 11所示。可知，淀粉用量在0~40 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英的回收率变化较小；赤铁矿的回收率随淀粉用量的增大而降低，淀粉用量从0增加到20mg/L的过程中，赤铁矿的回收率从15%下降到了2%，随着淀粉用量的继续增大，赤铁矿的回收率变化较小。

在GE-609浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图 12所示。可知，淀粉用量在0~50 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英的回收率变化幅度相对较小。淀粉对赤铁矿的抑制效果明显，当淀粉用量从0 mg/L增加至20 mg/L时，赤铁矿回收率由24.0%降低至4.5%，降低了约20个百分点。

在N-十二烷基乙二胺浮选体系中，淀粉用量对石英和赤铁矿的回收率影响如图 13所示。淀粉用量在0~20 mg/L范围内，随淀粉用量的增加，石英和赤铁矿的回收率均逐渐降低。当淀粉用量从0 mg/L增加到5 mg/L时，石英的回收率从81.5%下降至59.48%，降低了约22个百分点，赤铁矿则从15.0%下降至5.3%，降低了约10个百分点。当N-十二烷基乙二胺作为捕收剂时，淀粉对石英有一定的抑制作用，因而对赤铁矿与石英分离造成了一定的困难。

总体来看，淀粉对赤铁矿有较好的抑制作用，在适宜的pH值和淀粉用量条件下，采用十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，赤铁矿和石英的浮选分离效果相对较好，其分离难易程度为：十二烷基三甲基氯化铵 > GE-609 > 十二胺 > N-十二烷基乙二胺。

2.4 混合矿浮选试验

在石英和赤铁矿单矿物浮选试验的基础上进行了混合矿试验，铁品位为30.60%。将石英和赤铁矿按照质量比5 : 4混合，总矿量为2.7 g(石英1.5 g，赤铁矿1.2 g)。除N-十二烷基乙二胺的用量为10 mg/L，pH条件为4.2外，十二胺、十二烷基三甲基氯化铵和GE-609的药剂用量为5 mg/L，pH条件为7，抑制剂淀粉的用量均为20 mg/L，刮泡时间定为5 min，其他操作流程均与单矿物浮选一致。浮选中所刮出的泡沫为尾矿产品，槽内剩余矿物为精矿产品，浮选得到的精矿产品和尾矿产品经过烘干后，称重、化验得到Fe品位和回收率。

由图 14可知，相比于其他三种捕收剂，N-十二烷基乙二胺作捕收剂时，赤铁矿的回收率最高，但铁精矿的Fe品位相对较低；十二胺作捕收剂时，赤铁矿的回收率低于70%，且试验过程中发现泡沫较黏，分离效果较差。十二烷基三甲基氯化铵的铁精矿品位最高，GE-609作捕收剂时赤铁矿的浮选指标也相对较好，且泡沫较脆。总体来看，与十二胺和N-十二烷基乙二胺相比，十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，精矿Fe品位和Fe回收率指标相对较优，与单矿物浮选结果一致。

3 结论

(1) 十二胺、十二烷基三甲基氯化铵、GE-609以及N-十二烷基乙二胺四种捕收剂对石英和赤铁矿均具有捕收能力，且对石英的捕收能力强于赤铁矿。在四种阳离子捕收剂浮选体系中，pH对石英和赤铁矿的浮选影响较大。在中性至弱碱性条件下, 石英的浮选效果较好，赤铁矿则在弱碱性条件下回收率相对较高。

(2) 在四种阳离子捕收剂浮选体系中，淀粉对于赤铁矿均具有较好的抑制作用，加入淀粉后赤铁矿的回收率明显降低。除N-十二烷基乙二胺外，其余三种捕收剂对石英的捕收效果受淀粉影响较小，可以有效分离赤铁矿与石英。在不同阳离子捕收剂浮选体系中，淀粉做抑制剂时，石英和赤铁矿的分离难易程度比较：十二烷基三甲基氯化铵 > GE-609 > 十二胺 > N-十二烷基乙二胺。

(3) 混合矿浮选试验表明，四种阳离子捕收剂中，十二烷基三甲基氯化铵和GE-609作为捕收剂时，浮选指标相对较优，与单矿物浮选结果一致。药剂作用机理有待进一步研究。