2018 引用本文 |
| 新型常温捕收剂DX-1浮选司家营铁矿混磁精矿试验研究 |  [PDF全文] |
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朱一民2 2. 东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819
2. School of Resource and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China
随着我国铁矿资源的不断开采，对于难选铁矿资源的回收利用已迫在眉睫[1-3]。铁矿石中主要脉石矿物为石英，目前常采用阴离子反浮选脱硅工艺处理铁矿石，但常用的阴离子脂肪酸类捕收剂在使用时需对矿浆进行加热，因此存在消耗能源、药剂制度复杂、精矿过滤困难等问题[4-6]。因此，开发新型高效的常温捕收剂，对于降低能耗、优化浮选工艺实现降本增效，具有重要的经济意义[7-10]。
司家营铁矿属典型的鞍山式贫赤铁矿，采用阶段磨矿—粗细分级—重选—弱磁—强磁—反浮选的选矿工艺，浮选采用传统的脂肪酸类做捕收剂，需进行加热，消耗大量热能。为优化浮选工艺，降低能耗，有效降低成本，在实验室条件下，以月桂酸为原料，在催化剂作用下，与液溴反应研制出一种新型的常温捕收剂DX-1，由于液溴具有毒性，合成的新药剂没有毒性，因此在合成试验时备有氨水作为应急处理药剂，试验人员佩戴必要的防护用品。通过对司家营铁矿浮选给矿(即来自弱磁选和强磁选的混合磁选精矿)进行反浮选试验研究，考察了其浮选性能。
1 矿石性质 1.1 司家营铁矿矿石性质分析司家营铁矿矿石以磁铁石英岩为主，浅部氧化带以赤铁石英岩为主，矿石中主要铁矿物为赤铁矿、假象赤铁矿，其次为磁铁矿；脉石矿物以石英为主，其次为阳起石、透闪石及少量的角闪石和辉石等。微量矿物有磷灰石、黄铁矿、黄铜矿等。另外，还有后期蚀变的绿泥石、碳酸盐和黑云母等矿物。
矿石的化学成分主要为Si、Fe、O，其次为Al、Mg、Ca及微量的Ti、Mn、Cr、K、Na、Ba、Sr等。其最大特点是以Si、Fe为主，但又是Si多Fe少。原矿石物相分析结果见表 1。
| 表 1 化学物相分析结果 /% Table 1 The results of chemical phase analysis |
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由表 1可以看出，原矿中全铁品位为29.14%，磁铁矿占21.62%，赤褐铁矿占68.26%，硅酸铁和碳酸铁含量较低，仅占2.57%，由此可见该矿石属典型的鞍山式贫赤铁矿。
1.2 司家营铁矿混磁精矿性质分析试验所用实际矿样取自司家营选矿厂浮选前给矿—混合磁精矿。将试验矿样混匀、取样，进行矿样多元素分析及X-射线衍射分析。多元素分析和X-射线衍射分析结果见表 2和图 1所示。
| 表 2 混磁精矿化学多元素分析 /% Table 2 The chemical analysis of mixed magnetic concentrete of Si Jiaying beneficiation plant |
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| 图 1 司家营铁矿混磁精矿XRD图谱 Fig.1 XRD atlas of mixed magnetic separation concentrate in Si Jiaying iron ore |
由表 2和图 1可知，司家营选矿厂混合磁精矿中，TFe的含量为40.05%，主要含有赤铁矿、石英和磁铁矿，脉石矿物还含有少量镁铝硅酸盐矿物。
2 试验研究 2.1 反浮选条件试验混磁精矿浮选试验在XFD-63型单槽式浮选机中进行。根据现场工艺条件，每次取200 g矿样加入浮选槽中，加入热水调浆2 min，用NaOH调节pH=11.5(即用量为800 g/t)，搅拌3 min后依次加入抑制剂、活化剂、捕收剂，时间间隔3 min，浮选刮泡5 min，整个浮选过程保持矿浆温度20 ℃左右。浮选结束后，将泡沫产品和槽内产品分别烘干、称重、化验、计算回收率。实际矿物浮选试验流程如图 2所示。
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| 图 2 反浮选试验流程图 Fig.2 Flow chart of reverse flotation test |
2.1.1 淀粉用量对浮选指标的影响
固定NaOH用量为80 g/t，捕收剂用量为800 g/t，CaO用量200 g/t时，在浮选温度为20 ℃条件下，研究了淀粉用量对浮选指标的影响，试验结果如图 3所示。
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| 图 3 淀粉用量对浮选试验的影响 Fig.3 Effects of the starch concentration on the flotation test |
由图 3可知，随着淀粉用量的增加，铁品位呈现先增加后减少的趋势，铁回收率呈逐渐增加趋势，增速逐渐减少，当淀粉用量1 500 g/t时，一次粗选精矿品位为65.15%，回收率为60.23%。综合考虑，后续试验中淀粉用量选取1 500 g/t为其适宜用量。
2.1.2 CaO用量对浮选指标的影响固定NaOH用量为800 g/t，淀粉用量为1 500 g/t，捕收剂用量为800 g/t时，在浮选温度为20 ℃的条件下，考察了CaO用量对浮选指标的影响。试验结果如图 4所示。
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| 图 4 CaO用量对浮选试验的影响 Fig.4 Effects of the CaO concentration on the flotation recovery test |
由图 4可知，随着CaO用量的增加，精矿中铁的回收率和品位呈现先增加后减少的趋势，添加适量的CaO，有助于提高精矿的铁的品位和回收率。当CaO用量200 g/t时，精矿品位为64.12%，回收率为54.58%。综合考虑，后续试验中CaO用量确定为200 g/t。
2.1.3 DX-1用量对浮选指标的影响固定NaOH用量为800 g/t，淀粉用量为1 500 g/t，CaO用量为200 g/t，在浮选温度为20 ℃条件下，考察了DX-1用量对浮选指标的影响，试验结果如图 5所示。
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| 图 5 DX-1用量对浮选试验的影响 Fig.5 Effects of the DX-1 dosage on the flotation recovery test |
由图 5可知，随着捕收剂用量的增加，精矿中铁品位呈现先增加后减少的趋势，但回收率随着捕收剂用量的增加而降低，这是由于随着捕收剂用量增大，精矿产率降低，从而使回收率降低。综合考虑，后续试验中捕收剂DX-1用量选用800 g/t。
2.2 闭路试验在条件试验的基础上，采用1粗1精3扫工艺进行了新型捕收剂的闭路浮选试验，具体的试验流程见图 6，试验结果见表 3。
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| 图 6 闭路试验流程图 Fig.6 Closed circuit test flow chart |
| 表 3 闭路试验结果 /% Table 3 Results of closed circuit test |
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由表 3可知，以DX-1为司家营铁矿混磁精矿反浮选脱硅捕收剂，经过1粗1精3扫、中矿顺序返回的闭路试验流程，最终获得铁品位65.23%、回收率83.55%的铁精矿。
3 产品分析扫描电镜(SEM)分析采用极细的电子束在样品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信号运送到显像管，在荧光屏上显示物体。可直接观察试样的原始表面，观察试样各个区域的细节，在大视场、低放大倍数下观察样品并从表面形貌获得多方面资料。检测矿样经金属渡膜后，在型号为日立S-3500n的扫描电镜上进行矿样的工艺矿物学特征及EDS能谱分析。
3.1 闭路试验精矿SEM及EDS能谱分析对闭路试验得到的精矿选取两点进行SEM及EDS能谱分析，结果见图 7和图 8。
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| 图 7 闭路试验精矿SEM及EDS能谱分析 Fig.7 The SEM and EDS analysis of the closed circuit test concentrate |
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| 图 8 闭路试验精矿精矿SEM及EDS能谱 Fig.8 The SEM and EDS of the closed circuit test concentrate |
从图 7中的矿物颗粒A点处EDS能谱分析结果可知，该处含有的元素有Si、Fe、Ti、Al、O。从图 8中的B点处EDS能谱分析结果可知，此处含有的元素有Si、Fe、Ti、Al、Ca及O。说明图中该颗粒成分复杂，未单体解离，是连生体。
由图 8可知，通过对该处区域中的5个点处EDS能谱分析结果可知：a、b两点处的矿物颗粒为铁矿物，c点处除含有Fe、O外还有Si、Al，说明此矿物颗粒是连生体，未单体解离。d点处除Fe、O外还有Ca、Si，此颗粒也是未单体解离的矿石。
通过对浮选精矿中5个点进行SEM分析，由检测结果可知，石英在精矿中已基本没有，说明捕收剂DX-1对石英的选择性及捕收性均较好。同时精矿中还含有一些较大的颗粒，经面扫描及EDS能谱分析可知，该颗粒未单体解离且成分复杂，含有Ti、Ca、Al、K等一些其他元素。捕收剂DX-1对这些未单体解离的大颗粒捕收能力弱，这些未单体解离的大颗粒将留在精矿中，这也是引起进一步提高精矿品位难度加大的主要原因。
3.2 闭路试验尾矿SEM及EDS能谱分析对闭路试验获得的尾矿选取三个点进行SEM及EDS能谱分析，结果见图 9。
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| 图 9 闭路试验尾矿SEM及EDS能谱 Fig.9 The SEM and EDS of the closed-circuit tailings |
由图 9可知，通过对扫描电镜所示区域内进行Si、Fe元素面扫描分析可知，该区域内Si、Fe含量均较高；由Si、Fe元素集中的范围与扫描电镜图片中矿物颗粒形貌进行对比可以看出，左图扫描电镜图片中心处有两个较大的铁矿物颗粒外，图中粒度较大的颗粒大部分为石英，其余部位还有较多粒度较小的颗粒，通过面扫描可知大部分为铁矿物颗粒。另对图 9中a、b、c点进行EDS能谱分析，b点处为铁矿物颗粒，其余两处含有Si、Fe、Mg、Ca、Al等元素。说明尾矿中含有部分连生体，解离不完全。除有部分粒度较大的铁矿物颗粒被捕收至尾矿中外，尾矿中含有的铁矿物大部分为粒度非常小的矿物颗粒。在浮选过程中，淀粉对这些微细粒级的铁矿物抑制效果不好，这些微细粒铁矿物容易被气泡夹带，从而进入浮选尾矿中。因此，混合磁精矿中含有较多微细粒级的铁矿物以及部分未单体解离的连生体，会对浮选回收率造成影响。
4 结论(1) 司家营铁矿混磁精矿全铁品位为40.05%，主要含有赤铁矿、石英和磁铁矿，脉石矿物还含有少量镁铝硅酸盐矿物。
(2) 在矿浆温度20 ℃、NaOH用量800 g/t(pH=11.5)、淀粉用量1 500 g/t、CaO用量200 g/t、捕收剂DX-1用量800 g/t(精选用量400)的条件下，采用1粗1精3扫、中矿顺序返回的闭路流程对司家营铁矿混磁精矿进行反浮选脱硅试验，最终获得TFe品位65.23%、回收率83.55%的铁精矿。
(3) 新型常温捕收剂DX-1在浮选司家营铁矿混磁精矿试验中，可在20 ℃的常温环境下取得较好的选别指标，实现了常温浮选，对浮选工艺的节能降耗具有重要意义。
(4) 通过对闭路试验获得的精矿和尾矿进行SEM和EDS能谱分析可知，存在于精矿中的大颗粒，即未单体解离的部分物料是造成精矿品位不能进一步提高的主要原因；尾矿中的连生体是影响回收率的重要原因。
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