《武汉工程大学学报》 2013年03期
30-33
出版日期：2013-03-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
不同表面活性剂对改性脂肪酸捕收剂的增效作用
0引言 我国磷矿资源丰富，但是磷矿资源中只有20%的属于易选矿，难选的低品位胶磷矿占80%以上\[1\].必须通过选矿富集才能被利用，在实际生产中，磷矿的选矿主要工艺是浮选，常用脂肪酸（皂）作为捕收剂，但这种捕收剂存在两点不足： ①捕收能力强而选择性差；②耐低温性能差；耐硬水性差.为了提高胶磷矿的选别效果，在脂肪酸类捕收剂中加入其它种类的表面活性剂产生增效作用是一种较为有效的方法.所谓增效作用是指由两种或两种以上的表面活性剂形成的复配表面活性剂效果要优于复配体系中各个组分的性能\[2-5\].李冬莲等\[6-8\]研究结果表明，非离子型和阴离子型表面活性剂可以较好的改善羧酸类捕收剂的捕收性能，从而提高了羧酸类捕收剂的低温浮选性能.罗惠华等\[9\]研究表明对脂肪酸SH1具有较明显增效作用的表面活性剂有Tween80和十二烷基苯磺酸钠.同样表明非离子型和阴离子型表面活性剂可以较好的改善羧酸类捕收剂的捕收性能.为了了解常温下不同表面活性剂对脂肪酸类捕收剂的增效作用，笔者研究五种表面活性剂对脂肪酸类捕收剂H2的增效作用.1试验矿样、设备、药剂1.1试验矿样试验样品来自瓮福白岩矿区，是典型的沉积型硅钙质磷块岩.根据显微镜下研究，X射线衍射分析，红外光谱分析等工艺矿物学研究，确定了主要矿物为磷灰石、白云石、石英（玉髓）、水云母、少量硫化物，方解石、褐铁矿、炭质等碎屑矿物.矿样的主要元素分析见表1.表1试验矿样多元素分析表Table 1Element analysis of test sample组分P2O5SiO2CaOMgOCO2Fe2O3Al2O3Fw/%22.7016.5439.775.413.951.865.351.681.2试验设备及仪器磨矿机：XMB67型200×240棒磨机浮选机：XFD363型单槽浮选机过滤机：XTL2Φ260/Φ200多用水环式真空过滤机烘箱：1014A型电热鼓风干燥箱分样机：XSHF23湿式分样机1.3试验药剂碳酸钠：工业级，配制10%水溶液.水玻璃：工业级，配制5%水溶液.捕收剂H2：工业级，改性脂肪酸皂，配制2%水溶液.表面活性剂：Tween80、Tween80和十二烷基硫酸钠(SDS)1∶1混合物、OP10、 MES：产地分别是广州（标注为 M2），山东（标注为 M3），化学纯.第3期罗惠华，等：不同表面活性剂对改性脂肪酸捕收剂的增效作用武汉工程大学学报第35卷2试验结果与讨论2.1磨矿细度以及浮选药剂制度的试验矿物的单体解离是浮选过程中目的矿物和脉石矿物有效分离的基本条件，磨矿粒度较粗，将导致解离不够充分；磨矿细度过细，泥化程度严重，增加了分选的难度.浮选过程中的各种药剂也是影响浮选效果好坏的关键.采用一次一因素试验方法研究了磨矿细度，碳酸钠、水玻璃以及脂肪酸皂类捕收剂H2的用量对浮选结果的影响，试验的流程图如图1所示，确定了磨矿细度为-0.074 mm 79.83%、碳酸钠用量为5.0 kg/t、水玻璃用量为2.0 kg/t、捕收剂用量为2.0 kg/t.以此为条件，比较研究以上的表面活性剂对捕收剂H2的增效作用.图1浮选的工艺流程图Fig.1The flow chart of flotation processing2.2表面活性剂种类的选取试验本次试验研究表面活性剂有：Tween80、Tween80和SDS 1∶1混合物、OP10、M2、M3.将上述表面活性剂按H2质量的12.5%与H2混合均匀后配成2%的水溶液.试验用量为2 kg/t试验流程见图1，试验结果见表2.表2不同表面活性剂对捕收剂的增效实验结果Table 2Results of different surfactants for efficiency of collector表面活性剂精矿产率/%精矿P2O5品位/%回收率/%选矿效率/%未添加表面活性剂72.8723.8275.022.15Tween8078.4924.4182.043.54Tween80和SDS83.5224.3787.143.62M384.1024.5889.835.73M287.5124.5193.205.69OP1084.9325.2491.816.88从表2可以看出，在捕收剂H2中未添加任何表面活性剂时进行浮选，回收率只有75%左右，选矿效率仅为2.15%，精矿的品位仅提高了1%左右，如果添加不同的表面活剂，不同的表面活剂对捕收剂H2有不同的增效作用，浮选回收率提高7.02%～18.18%，精矿的品位可以提高2%～3%左右，选矿效率上升了1%～4.73%.Tween80比其他几种表面活剂的增效作用较弱，依次增强是Tween80和SDS 1∶1混合物、M3、M2 、OP10.添加M2有助于提高回收率，增强了H2捕收能力，从精矿品位上看，对于OP10而言可以增强捕收剂H2的选择性.因此在脂肪酸类捕收剂H2中添加表面活性剂OP10后浮选性能优于其他的表面活性剂.2.3OP10与捕收剂H2的不同复配比对浮选的影响由于OP10比其他的表面活性剂的增效作用强，作为捕收剂H2的增效剂，研究了该表面活性剂添加量对捕收剂增效作用的影响.表面活性剂OP10按H2质量0、5%、8%、10%、13%、15%的量复配到H2中，混合均匀后配成2%的水溶液作为捕收剂，用量均为2 kg/t试验流程见图 1，试验结果见表3.从表3可以看出，在捕收剂H2中不添加OP10表面活性剂时，浮选回收率只有75%左右，选矿效率仅为2.15%，精矿的品位比原矿仅提高了1%左右，添加了OP10表面活剂，回收率可以提高8.56%-19.02%，精矿的品位可以提高2%～3%左右，选矿效率上升了3.6%～5.72%.复配的比例不同，增效作用不同，随着复配比的提高回收率上升，在复配比为13%时，选矿效率最高为7.87%.在复配比低时，OP10表面活剂的增效作用不明显，只有达到复配比10%以上时，OP10表面活剂的增效作用才表现出来.因此，通过对比分析，确定两者的复配比为13%，用代号TSM46表示此捕收剂.表3OP10与H2不同复配比试验结果Table 3Results of different proportions between OP10 and H2OP10∶H2复配比精矿产率γ/%精矿品位β/%回收率ε/%选矿效率E/%072.8723.8275.022.155%77.8324.8483.585.758%81.5425.0988.426.8810%85.4925.0092.356.3613%85.2725.2893.147.8715%87.2324.9494.046.812.4捕收剂浮选性能对比为了进一步考查复配捕收剂TSM46的浮选性能，现将该捕收剂与其他磷矿捕收剂进行对比试验，试验流程如图1，试验结果见表4.试验研究表明，TSM46作为捕收剂用量为1.0 kg/t时，精矿的回收率已达到92%以上，选矿效率为7%左右，精矿的品位为25.54%，选矿效率达到7%以上；在捕收剂H2中不添加OP10表面活性剂时，用量达到2.4 kg/t，回收率为93.21%，选矿效率仅为4.21%； 而采用油酸钠作为捕收剂时用量为2.4 kg/t，回收率仅为8681%，选矿效率为3.73%，说明添加OP10表面活性剂后，不仅降低了捕收剂H2的用量，同时提高了药剂的选择性，浮选性能优于油酸钠，捕收剂TSM46所取得的精矿品位和回收率都高于工业应用的捕收剂FMS01.表4几种捕收剂浮选性能对比试验结果Table 4Results of flotation performance among several collector捕收剂名称用量/(kg/t)精矿产率γ/%品位β/%回收率ε/%选矿效率E/%油酸钠2.483.0824.6786.813.73FMS012.486.2224.289.863.64H22.285.0825.1589.644.562.489.0025.0093.214.21TSM460.882.2925.5389.407.111.084.7325.5492.097.361.285.0425.4892.217.172.085.2725.2893.147.87在改性脂肪酸捕收剂H2中，添加OP10表面活性剂提高了浮选效果，其原因OP10是聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，其HLB值约为13，极性基为聚氧乙烯键，故有一定的亲水性，且亲水极性基团带有部分负电荷，兼具配伍性和分散性，与一些离子表面活性剂作用结果，导致分散性提高，使捕收剂更容易与矿物表面作用并均匀吸附.OP10表面活性剂中含有能与水形成氢键的醚基，它与捕收剂复配以后，不仅能增加捕收剂的溶解性还能提高其选择性.3结语a.经研究筛选出的表面活性剂OP10对脂肪酸类捕收剂H2增效作用优于其他的几种表面活性剂，可显著提高在胶磷矿常温下（20℃）浮选性能，并可大幅度降低脂肪酸类捕收剂H2用量.b.在复配比低时，OP10表面活性剂的增效作用不明显，只有达到复配比10%以上时，OP10表面活性剂的增效作用才表现出来，添加表面活性剂OP10为捕收剂的13%时，回收率比未添加表面活性剂提高了18.12%，达到93.14%，选矿效率升高了5.72%，升至7.87%，在脂肪酸类捕收剂中添加OP10表面活性剂，有效提高了对胶磷矿浮选性能且优于油酸钠，复配的捕收剂所取得的精矿品位和回收率都高于工业应用的捕收剂FMS01.致谢本论文的研究工作获得了中国地质调查局、国家科技部、国家教育部的资助，在本课题组成员的共同协作下完成的.衷心感谢武汉工程大学和中国地质科学院矿产综合利用研究所的该项目组全体成员，感谢中国地质调查局的大力资助以及武汉工程大学环境与城市建学院的支持.