TWEEN80在一水硬鋁石浮選中的作用

馮其明，張 晶，盧毅屏，歐樂(lè)明，張國(guó)范

TWEEN80在一水硬鋁石浮選中的作用

馮其明，張 晶，盧毅屏，歐樂(lè)明，張國(guó)范

(中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

采用浮選試驗(yàn)、紅外光譜和粒度分析研究Tween80對(duì)油酸鈉浮選一水硬鋁石的影響。結(jié)果表明：當(dāng)Tween80與油酸鈉以適宜的比例(質(zhì)量比為1∶9)混合時(shí)，有利于一水硬鋁石的浮選；隨著Tween80的增多，混合表面活性劑不利于一水硬鋁石的浮選。加入Tween80強(qiáng)化了細(xì)粒級(jí)一水硬鋁石的捕收，但沒(méi)有明顯改善油酸鈉在低溫下的捕收能力；油酸鈉主要以陰離子形式吸附于一水硬鋁石表面，且加入Tween80可能與油酸鈉在一水硬鋁石表面產(chǎn)生共吸附。

油酸鈉；Tween80；一水硬鋁石；浮選；混合表面活性劑

自 2003年中國(guó)鋁業(yè)中州分公司建成投產(chǎn)了鋁土礦選礦脫硅——拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝以來(lái)，選冶聯(lián)合可以經(jīng)濟(jì)地利用占我國(guó)鋁土礦資源 80%以上的中低品位礦石[1]。因此，鋁土礦選礦脫硅也得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用，同時(shí)也需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和優(yōu)化。

目前，在工業(yè)應(yīng)用的鋁土礦選礦脫硅技術(shù)是正浮選脫硅。鋁土礦正浮選脫硅[2]過(guò)程的實(shí)質(zhì)是利用陰離子型捕收劑浮選一水硬鋁石，實(shí)現(xiàn)鋁硅分離。對(duì)于正浮選有效的鋁礦物捕收劑主要是以油酸鈉為代表的脂肪酸及其皂類(lèi)。盡管鋁土礦選礦脫硅獲得了良好的浮選效果[3]，但是粗粒級(jí)和微細(xì)粒級(jí)一水硬鋁石的浮選回收仍不盡人意。脂肪酸類(lèi)捕收劑不耐低溫、不耐硬水和選擇性差等不同在鋁土礦正浮選脫硅中也反映明顯。

為了克服脂肪酸類(lèi)捕收劑的上述不足，長(zhǎng)期以來(lái)，人們主要進(jìn)行了兩個(gè)方面的研究：藥劑改性和組合用藥。組合用藥是針對(duì)礦物表面非均勻性的，將2種或幾種藥劑合理組合，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，利于選礦指標(biāo)的改善、節(jié)約浮選藥劑、提高藥劑的適應(yīng)性。陳道遠(yuǎn)[4]指出磺酸鹽類(lèi)、聚氧乙烯醚類(lèi)、非離子型類(lèi)等可以作為羧酸類(lèi)捕收劑的增效劑，其中陰離子?非離子混合表面活性劑表現(xiàn)出比脂肪酸鹽表面活性劑更大的優(yōu)勢(shì)[5?6]，加入的非離子表面活性劑，耐溫、耐鹽，更利于浮選[7]。

Tween80是聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯，屬于非離子表面活性劑，具有高表面活性，其水溶液的表面張力低，臨界膠束濃度低，增溶作用強(qiáng)，具有良好的乳化和分散等作用，但是一般在固體表面上不易發(fā)生強(qiáng)烈吸附[8]。關(guān)于磷灰石礦物的浮選，李冬蓮[9]和謝恒星等[10]認(rèn)為 Tween80能提高脂肪酸(皂) 類(lèi)捕收劑的分散性和水溶性，促進(jìn)捕收劑在磷灰石表面的化學(xué)吸附，從而在提高磷灰石浮選回收率的同時(shí)降低脂肪酸用量，但是他們沒(méi)有對(duì)Tween80作用下不同粒級(jí)磷灰石浮選的變化進(jìn)行研究。

為此，本文作者通過(guò)研究Tween80對(duì)油酸鈉浮選一水硬鋁石的影響，特別是不同粒級(jí)一水硬鋁石浮選的影響，揭示混合表面活性劑體系的復(fù)配規(guī)律與作用，為改善脂肪酸類(lèi)捕收劑在鋁土礦浮選脫硅中的捕收性能提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)所用的單礦物樣一水硬鋁石，取自河南小關(guān)，經(jīng)化學(xué)分析其中Al2O3為76.06%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，SiO2為1.54%。塊礦經(jīng)手碎、手選、瓷球磨磨細(xì)后，篩分得到粒徑小于0.038 mm的粒子，作為浮選的礦樣。

試驗(yàn)選用的 NaOH 和 Tween80是分析純，油酸鈉(NaOL)是化學(xué)純。

浮選試驗(yàn)采用40 mL掛槽浮選機(jī)，每次取2 g試樣，加pH調(diào)整劑后攪拌3 min，加捕收劑后攪拌3 min，浮選5 min。

藥劑及其與礦物作用前、后的紅外光譜在美國(guó)Nicolet 公司 740FT-IR 紅外光譜儀用漫反射法測(cè)定[11]。藥劑與礦物作用的樣品制備過(guò)程：將原礦樣用瑪瑙研缽磨至紅外檢測(cè)所需粒度，按比例加入蒸餾水和合適濃度的藥劑溶液，充分?jǐn)嚢韬?，采用離心機(jī)離心，倒出上層清液，再加入一定的蒸餾水溶液洗滌礦物2次，固液分離后自然晾干，送紅外檢測(cè)。

采用 Mastersizer 2000激光粒度儀對(duì)試驗(yàn)單礦物礦樣和入選礦樣(經(jīng)浮選泡沫產(chǎn)物與槽內(nèi)產(chǎn)物合成的礦樣)分別進(jìn)行粒度檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Tween80對(duì)油酸鈉捕收能力的影響

圖1所示為一水硬鋁石回收率與pH值的關(guān)系。油酸鈉作為捕收劑，在用量為0.2 mmol/L(或60.9 mg/L)時(shí)，一水硬鋁石在弱堿性范圍內(nèi)適宜浮選。當(dāng)用Tween80作為捕收劑時(shí)，一水硬鋁石在整個(gè)pH區(qū)間基本不浮，表明單獨(dú)使用非離子表面活性劑Tween80對(duì)一水硬鋁石無(wú)捕收作用。當(dāng)油酸鈉與Tween80以質(zhì)量比1:1混合使用，總用量與上述用量相同時(shí)，一水硬鋁石可浮 pH范圍略向酸性偏移。值得指出的是，在 pH≥11時(shí)，混合捕收劑對(duì)一水硬鋁石完全無(wú)捕收作用，這可能是加入的Tween80加強(qiáng)了藥劑之間的締合作用，導(dǎo)致一水硬鋁石回收率迅速降低。

圖2所示為一水硬鋁石的回收率與藥劑配比的關(guān)系。隨著Tween80的增多，一水硬鋁石的回收率不斷降低。油酸鈉與Tween80的質(zhì)量比以9:1為宜。

圖1 不同表面活性劑作用下一水硬鋁石浮選回收率與 pH值的關(guān)系Fig.1 Relationship between flotation recovery of diaspore and pH with different surfactants

圖2 一水硬鋁石的回收率與混合表面活性劑配比的關(guān)系Fig.2 Relationship between flotation recovery of diaspore and proportion of mixed surfactants

將油酸鈉與Tween80以質(zhì)量比為9:1的比例混合作為捕收劑時(shí)，一水硬鋁石的回收率與捕收劑用量的關(guān)系如圖3所示。不同溫度下一水硬鋁石的回收率與表面活性劑的關(guān)系如圖4所示。浮選結(jié)果表明： 加入Tween80使“臨界抑制濃度(CDC)”降低[12]；當(dāng)溫度為25 ℃時(shí)，加入Tween80對(duì)一水硬鋁石的捕收有利；而當(dāng)溫度為10 ℃時(shí)，加入Tween80沒(méi)有影響油酸鈉對(duì)一水硬鋁石的捕收。

圖3 一水硬鋁石的回收率與捕收劑濃度的關(guān)系(Ph=9.0,25 ℃)Fig.3 Relationship between flotation recovery of diaspore and collector concentration (pH=9.0, 25 ℃)

圖4 不同溫度下油酸鈉與Tween80混用對(duì)一水硬鋁石回收率的影響(捕收劑質(zhì)量濃度90.4 mg/L)Fig.4 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on flotation recovery of diaspore at different temperatures

2.2 Tween80對(duì)細(xì)粒一水硬鋁石浮選的影響

表1和表2所列為不同溫度下浮選產(chǎn)物的粒度分析結(jié)果。由表1可看出在常溫(25 ℃)和低溫(10 ℃)下，油酸鈉或油酸鈉與Tween80以質(zhì)量比為9:1的混合物作為捕收劑浮選時(shí)，都表現(xiàn)出與一水硬鋁石原礦樣幾乎相同的粒徑分布率，加入Tween80后沒(méi)有明顯的聚團(tuán)出現(xiàn)。

表1 不同溫度下油酸鈉+Tween80作捕收劑時(shí)對(duì)表觀粒經(jīng)分布的影響(pH=9.0, 捕收劑質(zhì)量濃度為0.904 mg/L)Table 1 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on particle size distribution at different temperatures(pH=9.0, collector concentration 90.4 mg/L)

表2 不同溫度下油酸鈉+Tween80作捕收劑時(shí)對(duì)回收率的影響(pH=9.0, 捕收劑的質(zhì)量濃度為90.4 mg /L)Table 2 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on recovery at different temperatures(pH=9.0, collector concentration 90.4 mg/L )

由表2可見(jiàn)，低溫下一水硬鋁石的各粒級(jí)浮選回收率均比常溫時(shí)低，溫度對(duì)捕收劑的作用影響顯著；粒徑為5~45 μm的一水硬鋁石易?。患尤隩ween80強(qiáng)化了粒徑＜5μm的一水硬鋁石的捕收。

2.3 Tween80與油酸鈉在一水硬鋁石表面的吸附

圖5(a)所示為油酸鈉與一水硬鋁石作用前、后的紅外光譜。從一水硬鋁石與油酸鈉作用后的紅外光譜可以看出，在1 586.9、1 468.5、1 349.5 cm?1出現(xiàn)了—COO—特征吸收峰[13?14]，且有較大偏移，但是羧基的C=O的吸收峰(1710±10)cm?1)沒(méi)有出現(xiàn)，說(shuō)明捕收劑主要是以陰離子形式吸附于礦物表面，且可能存在化學(xué)吸附。

圖5(b)所示為T(mén)ween80與一水硬鋁石作用前、后的紅外光譜。從一水硬鋁石與Tween80作用后的紅外光譜可以看出，僅在1 647.9 cm?1新出現(xiàn)一個(gè)很弱的C=C吸收峰，Tween80的C—O—C以及C=O的吸收峰[15]都沒(méi)有出現(xiàn)，表明Tween80在一水硬鋁石表面基本不吸附。LFI等[16]報(bào)道，聚氧乙烯型非離子表面活性劑中的聚氧乙烯基不吸附于氧化鋁或是氧化鐵表面，為了吸附于氧化物表面，聚氧乙烯基需替換掉固體界面上足夠的水分子鍵并伴隨熵效應(yīng)的增強(qiáng)。而聚氧乙烯基在強(qiáng)烈水化后的鋁表面不能取代足夠的水分子鍵，因此，就不易在一水硬鋁石表面吸附。

圖5 藥劑與一水硬鋁石作用前、后的紅外光譜Fig.5 IR spectra of diaspore before and after absorbing reagents

圖6 所示為在油酸鈉浮選體系中添加Tween80后與一水硬鋁石作用前、后的紅外光譜。由圖6可以看出，在1 798.5、1 268.4 cm?1處出現(xiàn)了新的吸收峰，分別是不飽和酯類(lèi)的 C=O伸縮吸收峰和 C—O—C不對(duì)稱伸縮吸收峰。

圖6 混合藥劑與一水硬鋁石作用前、后的紅外光譜圖Fig.6 IR spectra of diaspore before and after absorbing mixed reagents

紅外光譜分析說(shuō)明，新吸收峰的出現(xiàn)可能是由于油酸鈉的羧基與 Tween80中的羥基的締合作用，Tween80和油酸鈉在一水硬鋁石表面產(chǎn)生了共吸附。這種共吸附有利于混合藥劑在一水硬鋁石表面的作用。費(fèi)利波夫[17]在用離子型和非離子型浮選藥劑混合物提高浮選回收率和選擇性時(shí)，提出了以下幾種機(jī)理：1)非離子型藥劑在不能吸附的礦物表面上發(fā)生共吸附；2) 由于疏水鏈之間的相互作用非離子型表面活性劑使離子型表面活性劑的吸附增強(qiáng)；3) 由于非離子型表面活性劑分子的屏蔽作用，離子型表面活性劑的離子基團(tuán)之間的靜電斥力降低。離子型捕收劑和非離子型表面活性劑(中性分子)混用時(shí)在礦物表面上形成穿插型共吸附。油酸鈉與Tween80共同作用的過(guò)程[18?19]，即油酸鈉吸附在一水硬鋁石表面后，Tween80以分子形式穿插其間，以適當(dāng)?shù)拿芏扰c礦物表面相互垂直排列。Tween80與油酸鈉有較好的協(xié)同效應(yīng)，在液/氣、液/固界面上的共吸附產(chǎn)生締合作用，形成新的“復(fù)合分子”。共吸附的發(fā)生降低了離子型捕收劑極性端的斥力和形成半膠束的濃度，從而使吸附量增加，疏水性增強(qiáng)，一般還伴有表面張力降低的現(xiàn)象[20]。因此，按適宜比例加入Tween80可提高一水硬鋁石的回收率。

3 結(jié)論

1) Tween80與油酸鈉的質(zhì)量比為9:1的混合，有利于一水硬鋁石的浮選；Tween80比例的增大對(duì)浮選不利。

2) 加入 Tween80強(qiáng)化了細(xì)粒級(jí)一水硬鋁石的捕收。

3) 加入 Tween80沒(méi)有明顯改善油酸鈉在低溫下的捕收能力。

4) 紅外光譜測(cè)試表明，油酸鈉主要以陰離子形式吸附于一水硬鋁石表面，加入的Tween80可能使其與油酸鈉在一水硬鋁石表面產(chǎn)生了共吸附。

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Effect of Tween80 on flotation of diaspore

FENG Qi-ming, ZHANG Jing, LU Yi-ping , OU Le-ming, ZHANG Guo-fan
(School of Minerasl Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The effect of Tween80 on flotation of diaspore with sodium oleate was investigated by flotation test, IR spectroscopy and particle size analysis. The results indicate that the mixed surfactant of Tween80 and sodium oleate with mass ratio of 1∶9 is helpful for the flotation of diaspore, but further increasing Tween80 is not benefit for the flotation by mixed surfactant. The addition of Tween80 promotes the collection of fine particles. The collecting capacity of sodium oleate with Tween80 is not improved obviously at low temperature. The adsorption of sodium oleate on diaspore is mainly in the form of anions, and the co-adsorption between sodium oleate and Tween80 will take place on the surface of diaspore.

sodium oleate; Tween80; diaspore; flotation; mixed surfactant

TD91

A

1004-0609(2010)11-2228-05

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007CB613602)

2010-01-06；

2010-06-02

馮其明，教授，博士；電話：0731-88836817；E-mail：qmfeng@mail.csu.edu.cn

(編輯 楊 華)