铁矿可浮性和浮选捕收剂及其进展

铁矿可浮性和浮选捕收剂及其进展罗良飞陈雯李文风（长沙矿冶研究院，长沙 410012）摘要本文对具有工业价值的铁矿物的可浮选性及其浮选工艺进行了综述。

并介绍了铁矿浮选捕收剂近年来研究进展，提出了铁矿浮选捕收剂的研究方向。

关键词 捕收剂可浮性浮选铁矿进展Iron Floatability and Advance in Flotation CollectorLuo Liangfei ChenWen Li Wenfeng(Changsha Research Institute of Ming and Metallurgy，Changsha，410012)Abstract This paper reviewed the floatability of industrial value iron ore and its technology. And introduced the development of the iron ore flotation collector and proposed the research direction of iron ore flotation collector.Key words collector, floatability, floatation, iron, advance1 引言随着钢铁工业的高速发展，现代高炉对铁精矿质量要求越来越严格，即铁精品位要求越来越高，杂质含量要求越来越低。

因此，铁矿选矿过程中浮选工艺显得越来越变得重要。

自鞍山钢铁公司东鞍山烧结厂于1958年开始采用浮选分选铁矿石以来，我国氧化铁矿石选矿技术已经取得长足进步，尤其是在国家十五科技攻关的支持下，鞍山式磁、赤铁矿选矿技术已经达到世界领先水平。

长沙矿冶研究院张泾生教授开创并成功应用于鞍钢调军台选矿厂的弱磁—强磁—阴离子反浮选工艺流程已成为此类矿石的经典流程，在我国大中型铁矿山选矿厂如鞍钢齐大山选矿厂、调军台选矿厂、弓长岭选矿厂、太钢尖山铁矿、唐钢司家营铁矿、安钢舞阳铁矿广泛推广应用。

2 铁矿物可浮性及浮选工艺2.1铁矿物的可浮性有工业价值的铁矿石可以分为以下五种类型：磁铁矿矿石、赤铁矿及假像赤铁矿矿石、褐铁矿矿石、含钛磁铁矿矿石、菱铁矿矿石[1]。

（1）磁铁矿的可浮性。

磁铁矿的天然可浮性比赤铁矿差，浮选速度也比赤铁矿小。

因此，通常采用反浮选工艺对脉石矿物进行浮选来提高铁品位，降低杂质含量。

正浮选工艺应用相对少。

（2）赤铁矿的可浮性。

赤铁矿的可浮性较好，极易被脂肪酸类捕收剂浮选，因此，可以采用抑制脉石矿罗良飞，男，高级工程师，luolfcs@铁矿可浮性和浮选捕收剂及其进展物浮选铁矿的正浮选工艺，也可以采用抑制铁矿浮选脉石的反浮选工艺，但其反浮选性能比磁铁矿略差。

赤铁矿粒子大小对可浮性有影响：粗粒（0.4～0.3mm）正浮选难，反浮选易行；可浮性最好的是0.045～0.075mm 之间。

淀粉、糊精、水玻璃、动物胶及丹宁等可以作为赤铁矿的抑制剂。

（3）假像赤铁矿的可浮性。

假像赤铁矿的可浮同磁铁矿，而不如赤铁矿。

用油酸钠作为捕收剂时，最佳的介质pH值为7~8，当矿浆的碱度超越此范围时，它的可浮性逐渐降低，pH值低于5时，可浮性急剧下降，实践中一般控制在pH=9~10的范围内。

既可以采用抑制脉石矿物浮选铁矿的正浮选工艺，也可以采用抑制铁矿浮选脉石矿物的反浮选工艺。

（4）含水氧化铁矿物的可浮性。

这类矿物的铁矿石比赤铁矿、磁铁矿及假像赤铁矿的矿石较难选，这类矿物有较大的亲水性；呈松软状，易泥化，多含黏土杂质、胶体二氧化硅与腐植酸等。

正反浮工艺需根据具体矿石性质选择。

（5）菱铁矿的可浮性。

菱铁矿的可浮性一般，在强碱性介质中可用阳离子捕收剂进行浮选。

中性条件下，采用正浮选，用阴离子改性脂肪酸作捕收剂，淀粉作抑制剂浮出菱铁矿。

捕收剂在矿物表面的作用是通过亲矿基与矿物表面发生吸附或反应，主要有以下三种形式[2]：（1）物理吸附。

特点是能量小，吸附热小（几千焦/摩尔或更小），吸附分子与固体表面距离较大，在固体表面上具有流动性（吸附不牢固）。

吸附力为范德华力或静电引力。

药剂分子与矿物间不发生键合的电子转移或共有。

没有选择性或选择性较差，并且易于解吸，通常吸附量随着温度上升而下降。

（2）化学吸附。

特点是能量大，吸附热高（几十千焦/摩尔），吸附分子与固体表面距小，药剂分子与矿物间发生键合的电子关系，吸附力本质上是化学力。

化学吸附一般具有选择性，吸附比较牢固，不易解吸，通常随着温度上升吸附量在一定范围内增加。

（3）表面化学反应。

化学吸附进一步发展，常常在矿物表面发生化学反应。

表面化学反应与化学吸附的主要区别是前者的反应产物在表面上构成独立的相。

化学的观点认为脂肪酸与矿物表面作用包括两个不同的过程：可逆吸附（物理吸附）和不可逆吸附（化学吸附）。

前者进行得速度快，不稳定、易于解吸，后者进行得比较慢，稳定。

2.2浮选工艺浮选应用在矿物加工工业生产已经有110多年的历史[3]，浮选是富集细粒嵌布(<149um)矿石的常用方法[4]。

在1930年～1940年期间，大多数这类研究在美国进行。

Hanna Mining和Cyanamid公司联合开发了两种阴离子捕收剂浮选流程。

后一种流程20世纪50年代美国矿业局(USBM)在密歇根和明尼苏达开发了阳离子捕收剂反浮选流程，该工艺以后成为美国和其他西方国家十分流行的铁矿浮选方法。

阳离子捕收剂反浮选的第一次应用主要依赖于脂肪胺，后来用更有效的醚胺替代[4]。

铁矿的浮选方法主要有如下三种:（1）阴离子正浮选方法。

采用此工艺的铁矿石多具有氧化铁矿物组成单一、原生矿泥含量低、脉石矿物难浮选等特点。

浮选在Na2CO3为调整剂的弱碱性，或氟硅酸铵（钠）为调整剂的弱酸性条件下进行。

常见捕收剂有脂肪酸皂类（粗塔尔油、氧化石腊皂、氧化煤油、油酸、纸浆废液等）、混合石油磺酸盐等。

（2）阴离子反浮选方法。

石英易被Ca2+、M g2+及铁离子活化，在碱性条件下，用石灰及其他抑制剂如淀粉、磺化木质素、糊精等能有效地抑制铁矿物。

介质调整剂为NaOH、Na2CO3等。

（3）阳离子反浮选方法。

用淀粉或糊精抑制铁矿物，用阳离子捕收剂浮选石英。

在碱性介质中对铁矿物的抑制效果最佳，由于石英或硅酸盐矿物表面带负电荷，容易带正电荷的阳离子捕收剂相互作用。

天然或人造磁铁矿反浮选效果较好。

3 铁矿浮选捕收剂铁矿物的浮选药剂亲矿基以羧基及氨基、磺酸基、膦（磷）酸基为主，如COOH（羧酸）、SO3H（磺酸）、NH2（胺）、COH·NOH（羟肟酸）等[2]。

按其与矿物作用的基团分为阴离子型和阳离子型捕收剂及非离子型捕收剂，其中以前两种为主。

第八届（2011）中国钢铁年会论文集3.1 阴离子型捕收剂脂肪酸及其皂类在铁矿浮选工艺中是一类很重要的捕收剂。

主要有油酸、塔尔油、氧化石蜡皂、环烷酸。

由于脂肪酸具有很活泼的羧基官能团，几乎可以浮选所有的矿物。

但最大的弱点是对矿物的选择性差、用量大，不耐硬水，低温浮选性能差。

用作选矿捕收剂时，要同时使用抑制剂抑制脉石矿物，才能使有用矿物和脉石矿物分离。

浮选时许多情况决定脂肪酸阴离子在矿浆中的浓度，而脂肪酸阴离子的浓度与矿浆pH有关。

油酸在矿浆中电离：C17H33COOH→C17H33COO-+H+，矿浆的pH值大，[H+]则小，油酸电离出的阴离子就越多，浮选效果就越好；但当pH值过高时，高浓度的OH−离子与矿物表面作用，排挤脂肪酸阴离子，降低了矿物的疏水性而起抑制作用。

故不同矿物浮选的pH值不同。

油酸与赤铁矿的作用机理表明：油酸根与赤铁矿表面发生化学吸附，油酸物理吸附在赤铁矿表面。

脂肪酸与石英作用机理表明：纯净的石英用脂肪酸类捕收剂是不能浮选的，但加入钙离子在碱性矿浆中，脂肪酸能浮选石英。

Ca2++OH-=Ca(OH)+，Ca(OH)++RCOO-=CaOHOOCR，生成的碱性脂肪酸与吸附在石英表面的羟基作用，失去一分子水而固着在石英的表面，烃基疏水而引起浮选。

油酸提纯很难，工业油酸其油酸含量一般不超过75%，含有差不多等量的亚油酸和不饱和酸，如果测定其碘值，几乎与纯油酸的碘值很近。

油酸在浮选工业上主要是用来浮选铁矿物碱土金属的碳酸盐、碳酸盐矿物及重晶石、萤石等。

用油酸钠浮选鞍山赤铁矿纯矿物最好的pH值为5~6，如果与煤油或松油混合时，可以提高其回收率，但浮选鞍山贫赤铁矿石时，与石英分选的最好pH值为8~9。

也有提出在浮选赤铁矿时，油酸与油酸钠合并使用，可以得到更好的效果。

塔尔油是脂肪酸与松脂酸的混合物，系硫酸法造纸厂生产纸浆时年得到的副产物生纸浆废液（又叫黑液皂）经过酸化后的产物。

塔尔油含脂肪酸约40%、松脂酸约40%、不皂化物约5%~20%。

脂肪酸以油酸（约45%）及亚油酸（约48%）为主要成分；松脂酸部分中主要以松脂酸（30%~40%）、新松脂酸（10%~20%），粗氧化石蜡皂是以石蜡为原料经过人工的催化氧化反应制得的C10~ C20混合脂肪酸，它的钠皂即氧化石蜡皂。

20世纪60年代初东鞍山铁矿成功应用氧化石蜡皂作为赤铁矿的浮选药剂，代替了大豆脂肪酸供应不足。

3.2阳离子型捕收剂氨分子中的氢原子被烃基取代了就是烃基胺（脂肪胺），氢被烃基取代一个就是伯胺，取代两个就是仲胺，取代三个就是叔胺，氨基氮与四个烃基相连成为N+时即成为季铵盐。

胺类捕收剂用于铁矿反浮选，主要是浮选石英及硅酸盐。

具有药剂种类简单、对水质要求不高、耐低温浮选性能比阴离子药剂好，且药剂用量少。

但胺对矿泥很敏感，RNH3+易吸附在负电荷的矿泥颗粒表面，这样不仅要消耗大量的捕收剂，而且会造成泡沫发黏，降低了胺的选择性。

国外应用阳离子反浮选工艺生产铁精矿很普遍，胺类作为阳离子反浮选铁矿的捕收剂之一，曾取得很好的浮选指标。

目前国内可以生产的阳离子药剂品种很多，C12、C14、C16、C18等伯胺，椰油伯胺，棕搁油伯胺，大豆油胺，牛油胺。

C12、C14、C16、C18叔胺，季铰盐，脂肪二胺和多胺，氧化胺等。

4 铁矿浮选捕收剂研究进展近年来，大学院校、研究院、生产单位的科研工作者对铁矿的浮选工艺及药剂进行了大量研究，发表了大量专业论文，为铁矿的浮选药剂研究提供了借鉴。

4.1阴离子型捕收剂的研究进展刘文刚，魏德洲，高淑玲等采用苄基丙二酸与C5-9羟肟酸混合用药对赤铁矿和菱锌矿进行了研究，当二者比为2：8时，用量500g／t，赤铁矿回收率达最大值95.6% [5]。

张明、刘明宝、印万忠等对东鞍山烧结厂含碳酸盐难选铁矿进行了浮选，用RA715捕收剂分步浮选。

先在中性条件下，采用淀粉作抑制、RA715作捕收剂正浮菱铁矿。

浮选菱铁矿的尾矿加NaOH，用淀粉和CaO作调整剂，用RAT15作捕收剂反浮选赤铁矿，闭路结果：从含52.30%的给矿，获得铁品位66.34%的铁精矿，回收率71.60%[6]。