ks-捕收劑的合成及在東鞍燒結(jié)廠的浮選試驗

東馬鞍山的礦產(chǎn)資源豐富，結(jié)構(gòu)復雜，粒度細。這是馬鞍山紅鐵礦中最難選擇的一個。它主要是偽赤鐵礦、磁鐵紅鐵礦、氧鐵礦、綠泥黃鐵礦、綠泥紅鐵礦、，石英巖和靈鐵磁巖。自從2002年使用RA-715捕收劑以來,鐵精礦品位提高到64.50%以上,充分顯示該藥劑在提質(zhì)方面具有明顯的優(yōu)勢,達到了工藝流程的設計要求,受到國內(nèi)選礦界的廣泛關(guān)注。但是,尾礦鐵品位指標沒有達到設計要求的14%左右,實際尾礦鐵品位一直在20%左右徘徊。為了進一步提高鐵精礦品位和鐵金屬的回收率,降低尾礦鐵品位,于2006年采用了新型KS-Ⅰ捕收劑,實現(xiàn)了鐵精礦品位提高0.20%、尾礦鐵品位降低0.30個百分點的工業(yè)試驗結(jié)果。但是,隨著東鞍山鐵礦石開采的深入,原礦品位進一步降低,連生體礦物逐步增多,KS-Ⅰ捕收劑在提質(zhì)降尾方面的優(yōu)勢越來越不明顯。為了改變這種局面,礦業(yè)公司、科研院所與藥劑研制生產(chǎn)企業(yè)進行了聯(lián)合技術(shù)攻關(guān),終于研制一種針對東鞍山難選鐵礦石的新型藥劑KS-Ⅲ捕收劑。該藥劑采用先進的精細化工工藝合成,具有明顯的提鐵降尾優(yōu)勢。與KS-Ⅰ捕收劑相比,1號礦樣鐵精礦品位提高0.43個百分點、尾礦鐵品位降低0.56個百分點以上、捕收劑的單位耗量可減少6.89個百分點,鐵回收率提高0.31個百分點左右,順利完成了東鞍山捕收劑升級改造的任務。1原礦組成、反浮選擇過程和粒度分析1.1東鋼板礦石成分東鞍山鐵礦石類型比較復雜,鐵主要以氧化物的形式存在于假象赤鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦中。另外,鐵還以其它化合物的形式存在于菱鐵礦、鱗綠泥石、鐵閃石、鐵方解石、鐵白云石和黃鐵礦等礦物中。隨著礦山開采的不斷深入,菱鐵礦的含量越來越多,菱鐵礦分為原生和次生兩種,原生的粒度較細,與石英和鐵礦石緊密共生,次生的多為不規(guī)則的細脈狀或網(wǎng)脈狀,粒度較粗。礦石結(jié)構(gòu)主要為細粒變晶和鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),交代、蜂窩及土狀、包裹結(jié)構(gòu)等。變晶結(jié)構(gòu)是鐵礦物與石英緊密相嵌構(gòu)成的不等粒等軸狀或不等軸狀花崗變晶結(jié)構(gòu)。鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)主要是綠泥石呈片狀或鱗片狀定向排列與鐵礦物構(gòu)成的變晶結(jié)構(gòu),使鐵礦物常常以極細粒包裹體存在于綠泥石中,這種包裹體將細粒鐵礦石被石英或其它礦物所包裹。東鞍山鐵礦石化學成分如表1所示。東鞍山鐵礦石物相分析如表2所示。1.2陰離子反浮選工藝流程浮選工藝流程為兩段連續(xù)磨礦、中礦再磨、重選—高梯度強磁選—陰離子反浮選工藝流程選別貧赤鐵礦。其中陰離子反浮選采用一次粗選、一次精選、三次掃選工藝,工藝流程如圖1所示。浮選過程所用的調(diào)整劑是NaOH,抑制劑是苛化玉米淀粉,活化劑是CaO。1.3礦體及礦體組成采用激光粒徑測定儀對東鞍山浮選給礦(品位45.20%)進行了粒徑分析,分散劑為水。測得脈石的平均粒徑為50.62μm,鐵礦物的平均粒徑為36.12μm。浮給礦中大于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%。從顆粒影像儀可以發(fā)現(xiàn),鐵礦物單體解離度達到85.40%左右,脈石單體解離度達到80.24%左右,礦物中3/4富連生體的含量達到8.65%左右。通過對東鞍山閉路浮選(使用KS-Ⅰ捕收劑)的鐵精礦和尾礦分析,浮選鐵精礦中單體脈石占1.93%、3/4富連生體鐵礦物占2.98%;尾礦中單體鐵礦物(粒徑小于10μm)占4.26%、3/4富連生體鐵礦物占3.65%。從中可以看出富連生體鐵礦物是造成鐵精礦品位低的主要原因,粒徑小于10μm的細顆粒鐵礦物是造成尾礦鐵品位高的主要原因。2k-ks捕獲劑的設計和合成2.1不同富連生體部分鐵收率下鐵、鐵、金在保證鐵精礦品位合格的前提下東鞍山提鐵降尾的主要途徑:一是將3/4富連生體鐵礦物尋求最大程度的歸屬,大于3/4富連生體部分抑制在精礦中,以提高鐵金屬回收率,小于3/4富連生體部分浮選在尾礦中;二是將尾礦中夾帶的細小鐵礦物抑制在精礦中,既可以起到降尾的作用,又可以提高精礦品位和鐵的回收率。(1)降低于鐵礦中的作用力提高KS-Ⅲ捕收劑對小于3/4富連生體鐵礦物的作用力和選擇性,降低大于3/4富連生體鐵礦物的作用力,使其抑制在精礦中。捕收劑與活化小于3/4富連生體鐵礦物表面的金屬離子可以通過配位鍵、離子極化等作用形成穩(wěn)定的螯合物,作用力具有很高的針對性。(2)b.古代改性鏈過短、不利于帶礦控制KS-Ⅲ捕收劑中憎水鏈的長度。憎水鏈過長泡沫粘性大,對浮選不利;憎水鏈過短又不利于帶礦。所以,根據(jù)東鞍山礦石性質(zhì)和粒徑大小控制捕收劑中憎水鏈長度,使捕收劑與活化脈石結(jié)合后形成的憎水基團比較適中、均勻,形成的泡沫分散性好、脆而不粘,可以減少細小鐵礦物在尾礦中的夾帶。(3)減少脈石與富連生體鐵礦物作用KS-Ⅲ捕收劑分子中含有親水、憎水等基團,具有捕收、發(fā)泡和排斥等多種功能。親水基團只能與活化脈石和小于3/4富連生體鐵礦物作用,作用后憎水基團能顯著降低脈石和小于3/4富連生體鐵礦物的親水性。同時捕收劑上的憎水基團排斥細小鐵礦物的吸附和其它捕收劑分子上親水基與活化脈石的作用,達到節(jié)省捕收劑的目的和提高鐵精礦品位的目的。(4)強作用力與作用力由于東鞍山礦物性質(zhì)比較復雜,一種單一功能的捕收劑難以對所有目的礦物同時發(fā)生強作用力。所以,捕收劑中應含有單一功能與螯合功能、物理吸引與化學鍵結(jié)合科學地有效組合,使之發(fā)揮協(xié)同效應,滿足浮選過程中不同礦物性質(zhì)和粒徑的需求。2.2k-ks捕獲劑合成2.2.1提高基和磺酸的收率以植物脂肪酸為主要原料,經(jīng)過磺化、鹵化、氨化和水解等反應,合成一種含有氨基、羧基和磺酸基于同一分子中的捕收劑。通過考察各步反應的溫度、時間、催化種類和催化劑量等對捕收劑收率的影響,獲得較高收率的反應條件。同時研究了不同原料來源和配比對捕收劑收率的影響,獲得了操作方便、收率穩(wěn)定和成本低的合成多功能捕收劑的工藝過程。2.2.2ks-捕收劑最佳配方的確定將合成的多功能捕收劑與植物脂肪酸在復合催化劑的催化下部分生成縮合產(chǎn)物。這樣,KS-Ⅲ捕收劑中含有了多功能捕收劑、縮合物捕收劑和植物脂肪酸陰離子捕收劑。對影響縮合反應的因素進行正交試驗,找出影響反應的主要因素,然后分別進行反應條件的優(yōu)化試驗,記錄試驗過程中影響反應的各種因素和參數(shù)。通過實驗室開路和閉路浮選試驗評價KS-Ⅲ捕收劑的性能,獲得對東鞍山難選鐵礦最佳效果的KS-Ⅲ捕收劑配方。合成KS-Ⅲ捕收劑的原料符合來源廣、價格低、質(zhì)量穩(wěn)定等要求。2.2.3浮選指標及成型KS-Ⅲ捕收劑在實驗室合成試驗的基礎上,對合成捕收劑的工藝流程進行了優(yōu)化,使其更加符合工業(yè)化的要求。然后經(jīng)過小試、中試和工業(yè)生產(chǎn)的試驗,各級放大試驗的工藝流程及參數(shù)與實驗室合成基本相同。小試生產(chǎn)規(guī)模為每次合成300g,中試生產(chǎn)規(guī)模為每次合成30kg,工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模為每次生產(chǎn)3000kg。從捕收劑浮選試驗的效果看,工業(yè)生產(chǎn)捕收劑的各項浮選指標比實驗室合成的浮選指標好,通過使用GC-MS對捕收劑成份進行分析,捕收劑的主要成份相同,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該捕收劑的生產(chǎn)工藝流程簡單、可靠和安全,生產(chǎn)過程沒有“三廢”產(chǎn)生,捕收劑藥劑性能良好,無毒無污染,具備大規(guī)模生產(chǎn)條件。2.2.4凝固點和最佳配方酸值:(150±1)mg(KOH)/100g;碘值:(80±1)g·L/g;皂化值:(160±2)mg(KOH)/100g;凝固點:(15±1)℃。KS-Ⅲ捕收劑是一種具有多種功能的復合型陰離子捕收劑,該藥劑以來源廣泛的石油化工副產(chǎn)品、植物油脂產(chǎn)品和常用化工產(chǎn)品為主要原料,采用精細化工合成工藝,多功能捕收劑的收率達到98%以上(氣相色譜檢測結(jié)果),產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)GC-MS、1H-NMR和13C-NMR表征,完全符合設計要求。多功能捕收劑、縮合物捕收劑和植物脂肪酸陰離子捕收劑的比值在4∶1∶3時,浮選的效果達到最好。3k-ks捕獲劑的浮選試驗和工業(yè)應用3.1浮選過程中的藥劑消耗量以苛化淀粉為抑制劑、氫氧化鈉為調(diào)整劑、氧化鈣為活化劑,對KS-Ⅲ捕收劑進行多因素正交開路浮選試驗,選出最佳的開路浮選條件。根據(jù)開路試驗的最佳浮選條件進行閉路浮選試驗,多次閉路浮選試驗結(jié)果再現(xiàn)性良好。最后,以KS-Ⅲ捕收劑與KS-Ⅰ捕收劑為比較對象,取鞍山東鞍山燒結(jié)廠兩種浮選給礦進行閉路浮選,試驗結(jié)果如表3所示。從表3可看出,在選別1號礦樣時,鐵精礦品位提高0.43個百分點以上,尾礦鐵品位降低0.56個百分點,鐵回收率提高0.31個百分點,捕收劑用量降低6.89個百分點;在選別2號礦樣時,KS-Ⅲ捕收劑提高鐵精礦品位0.42個百分點,尾礦鐵品位降低0.53個百分點,鐵的回收率提高0.24個百分點,捕收劑用量降低7.69個百分點。其它藥劑的消耗量如表4所示。從表4可看出,淀粉的量和氫氧化鈉的量沒有減少,氧化鈣的量有明顯的降低,這與捕收劑的量降低是一致的。這說明捕收劑在活化脈石表面作用后,排斥其它捕收劑的作用,達到減少捕收劑的效果。3.2浮選對比試驗結(jié)果KS-Ⅲ捕收劑的工業(yè)浮選試驗在東鞍山燒結(jié)廠進行,從2008年10月開始,到2008年12月結(jié)束,歷時兩個月。試驗過程首先采用一條浮選生產(chǎn)線使用KS-Ⅲ捕收劑,其它浮選生產(chǎn)線仍使用KS-Ⅰ捕收劑的方式進行對比試驗;試驗兩周后,然后再增加使用KS-Ⅲ捕收劑的浮選生產(chǎn)線。工業(yè)試驗的浮選作業(yè)指標與實驗室閉路浮選試驗結(jié)果基本一致。與KS-Ⅰ捕收劑相比,東鞍山1號礦樣,鐵精礦品位平均提高0.43個百分點左右,尾礦的鐵品位平均降低0.56個百分點以上,捕收劑單位耗量平均減少6.89個百分點以上,鐵回收率平均提高0.31個百分點以上。隨后KS-Ⅲ捕收劑全面取代KS-Ⅰ