磷礦反浮選捕收劑的評(píng)價(jià)方法

李 防，韓雙雙，魏以和*

(1. 湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司，湖北 宜昌 443000; 2. 武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

磷礦反浮選捕收劑多為脂肪酸類捕收劑，其種類繁多，性能各異，如何對(duì)它們作出快速、正確的評(píng)價(jià)，掌握其浮選性能，了解其在浮選過程中的作用就顯得十分重要.常用的評(píng)價(jià)捕收劑性能的方法是用實(shí)際礦石的浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果[1-3]，或通過捕收劑的結(jié)構(gòu)及其液相反應(yīng)產(chǎn)物的物化數(shù)據(jù)[4-5]，或通過測(cè)定礦物在藥劑溶液中的潤(rùn)濕接觸角、測(cè)定藥劑在礦物表面的吸附量等來評(píng)價(jià)捕收劑性能[6-8].捕收劑的重要功能是在目的礦物表面吸附而使目的礦物疏水.一般礦物的可浮性與礦物表面吸附的捕收劑的量是正相關(guān)關(guān)系.因此本文提出了一種燃燒-吸附量測(cè)定的磷礦反浮選捕收劑的快速評(píng)價(jià)法.它是通過礦樣上吸附的捕收劑在適當(dāng)溫度下與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，然后測(cè)定反應(yīng)氣體中二氧化碳濃度，根據(jù)測(cè)得的二氧化碳濃度即可推算出被吸附的捕收劑的量，再根據(jù)捕收劑在礦物表面的吸附量的大小來評(píng)價(jià)捕收劑性能.

1 燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法原理

1.1 燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法試驗(yàn)裝置

圖1 燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法測(cè)量裝置示意圖Fig.1 The illustration of experimental apparatus for the combustion-adsorption evaluation method

燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法的測(cè)量裝置示意圖如圖1所示.圖1中，A，H，G是氣流開關(guān)；B是將CO催化氧化而轉(zhuǎn)化為CO2的催化-氧化轉(zhuǎn)化爐，其中所使用的催化劑為氧化銅和二氧化錳的復(fù)合催化劑.它是用銅、錳摩爾比為6∶4的可溶性銅鹽和錳鹽的飽和溶液浸漬24小時(shí)的活性氧化鋁，經(jīng)高溫焙煅后制得的.催化劑的工作溫度設(shè)定為600 ℃.C為儲(chǔ)氣瓶，同時(shí)也是檢測(cè)室.瓶中安裝有CO2濃度傳感器D.傳感器系選用韓國數(shù)字公司生產(chǎn)的Sensecube 牌KCD-AN 100 CO2傳感器.E為蠕動(dòng)泵.F為樣品燃燒爐.

1.2 測(cè)試原理

燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法的測(cè)試原理可概括為將吸附了捕收劑的樣品在適當(dāng)溫度下燃燒生成二氧化碳，然后分析產(chǎn)生的二氧化碳的量反推出樣品上吸附的捕收劑的量.具體步驟是：將吸附了捕收劑的樣品放入燃燒爐F中燃燒，燃燒反應(yīng)溫度為400 ℃(油酸的最低燃燒反應(yīng)溫度為400 ℃，不同的捕收劑其最佳燃燒溫度會(huì)有所不同.本試驗(yàn)中有些捕收劑的燃燒溫度是450 ℃)，燃燒產(chǎn)生CO和CO2，經(jīng)過蠕動(dòng)泵的作用，混合氣體在整個(gè)系內(nèi)循環(huán)，CO在催化-氧化轉(zhuǎn)化爐B中經(jīng)催化氧化而轉(zhuǎn)化為CO2.儲(chǔ)氣瓶C中裝有CO2傳感器，傳感器將會(huì)讀出系統(tǒng)內(nèi)CO2的濃度并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡上，通過對(duì)CO2的濃度計(jì)算，就可以得出樣品上捕收劑的吸附量.

2 試驗(yàn)礦樣及藥劑

試驗(yàn)所用純礦物為高純度白云石(≥98%)，取自武鋼烏龍泉礦.樣品經(jīng)手工破碎至粒度為-0.074 mm 81.75%后使用.

試驗(yàn)所用的硫酸、油酸、月桂酸、十四酸、軟脂酸和硬脂酸均為分析純?cè)噭?

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 白云石純礦物的燃燒背景值

天然白云石樣品中難免會(huì)有少量在燃燒過程中會(huì)釋放出CO2的有機(jī)雜質(zhì)成分，因此首先要確定白云石燃燒所產(chǎn)生的CO2量，即背景值.取3.0 g白云石于50 mL燒杯中，加入約30 mL蒸餾水，用1%的稀硫酸將pH調(diào)至5左右，攪拌2 min后過濾、烘干，然后準(zhǔn)確稱取0.50 g于瓷舟中，放入燃燒爐進(jìn)行燃燒測(cè)定白云石燃燒產(chǎn)生的CO2背景值.試驗(yàn)重復(fù)兩次，以時(shí)間(s)為橫軸，CO2質(zhì)量濃度(mg/m3)為縱軸作圖，得如圖2所示的結(jié)果.

圖2 白云石背景值試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of the CO2 background concentration values

圖中曲線最終段為一平直線，說明反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)CO2濃度達(dá)到了平衡狀態(tài).對(duì)平衡段取平均值，即可得到0.500 0 g白云石燃燒所產(chǎn)生的CO2濃度，即試驗(yàn)的背景值.兩條曲線平衡段的平均值分別為267.05 mg/m3和267.66 mg/m3，二者平均得267.40 mg/m3，此即0.500 0 g白云石燃燒的背景值.

3.2 油酸的標(biāo)定

標(biāo)定過程與背景值測(cè)試過程相同，只不過使用的樣品是分析純級(jí)油酸.圖3是測(cè)試所得油酸量與其燃燒所產(chǎn)生的CO2濃度間的關(guān)系.很明顯，二者為線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)達(dá)0.999 76, 表明油酸量與其燃燒所產(chǎn)生的CO2濃度間有非常好的線性關(guān)系.

圖3 油酸與其燃燒產(chǎn)生的二氧化碳間的線性關(guān)系Fig.3 Linear relationship between oleic acid amount and CO2 concentration when oleic acid was burnt

圖中對(duì)應(yīng)的線性擬合方程為：

Y=529.394 92X+9.667 56

式中Y為CO2質(zhì)量濃度，mg/m3；X為油酸質(zhì)量，mg.

3.3 油酸在白云石上的吸附量

用硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH=5左右(已通過試驗(yàn)證明油酸在pH為5左右吸附效果最好)，改變油酸用量進(jìn)行試驗(yàn)，得白云石吸附油酸后燃燒產(chǎn)生的CO2濃度變化曲線見圖4.

圖4 不同油酸用量時(shí)產(chǎn)生的CO2濃度圖Fig.4 CO2 concentrations when samples with different amount of oleic acid dosages were burnt

圖4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ依次為油酸用量為300、400、500、600、700、800、900和1 000 g/t時(shí)測(cè)得的CO2濃度.對(duì)各條曲線平衡段取平均值得試驗(yàn)測(cè)定值.再減去白云石背景值即得此條件下白云石上吸附的油酸所產(chǎn)生的CO2濃度，然后根據(jù)油酸質(zhì)量與其燃燒產(chǎn)生的CO2濃度間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(Y=529.394 92X+9.667 56)可換算得出每克白云石上所吸附的油酸量(mg/g)，最后可計(jì)算出不同用量時(shí)油酸在白云表面的吸附率.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 油酸在白云石表面上的吸附量Table 1 The measured oleic acid adsorption capacity on dolomite with various oleic acid dosages

為了考查油酸的吸附量與白云石浮選間的相互關(guān)系，在其他條件相同，僅改變油酸用量，考察白云石的微浮選情況.微浮選試驗(yàn)是在RK/FGC掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行的.實(shí)驗(yàn)采用25毫升浮選槽，每次浮選3.000 g白云石，用硫酸將礦漿pH值調(diào)至(5±0.3)，僅改變油酸用量.將浮出的白云石過濾、烘干、稱量，以白云石的上浮率計(jì)算浮選指標(biāo).不同油酸用量時(shí)白云石浮選結(jié)果見表2.

表2 不同油酸用量時(shí)白云石的浮選結(jié)果Table 2 Flotation recoveries of dolomite when different dosages of oleic acid were used

結(jié)合表1和表2結(jié)果可知在相同的試驗(yàn)條件下，隨著捕收劑量的增加，每克白云石上油酸的吸附量也隨之增加，白云石的上浮率也不斷升高，捕收劑(油酸)吸附量與同條件下白云石的上浮率是正相關(guān)關(guān)系.

按照同樣的試驗(yàn)方法，對(duì)月桂酸、十四酸、軟脂酸和硬脂酸進(jìn)行了燃燒-吸附量測(cè)定和微浮選試驗(yàn)，現(xiàn)進(jìn)行綜合比較，以各種酸不同用量時(shí)在白云石上的吸附率為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比較結(jié)果見表3，同樣條件下對(duì)白云石的浮選情況見表4.

表3 各種脂肪酸在白云石上吸附量Table 3 The measured adsorption capacity of various organic acid on dolomite when different acid dosages were used

表4 不同脂肪酸用量下白云石的浮選情況Table 4 The flotation recoveries of dolomite when different dosages of several acids were used

注：表3和表4中月桂酸和油酸沒有進(jìn)行用量為1 100 g/t的試驗(yàn)，故數(shù)據(jù)空缺.

從以上月桂酸、十四酸、軟脂酸、油酸和硬脂酸在白云上的吸附與浮選情況看，隨著脂肪酸碳鏈的增長(zhǎng)，脂肪酸在白云石表面的吸附率逐漸升高，相應(yīng)地，白云石的上浮率也逐漸增大，即其捕收性能是隨脂肪酸碳鏈增加而增強(qiáng)的.對(duì)碳鏈長(zhǎng)度相同的油酸和硬脂酸而言，硬脂酸在白云石上的吸附量要高于油酸.但值得注意的是，硬脂酸雖在白云石上的吸附量較油酸的要大，但如直接用硬脂酸浮選則效果很差，必須添加起泡劑(正丁醇)才能獲得較好的浮選.這說明硬脂酸雖有較強(qiáng)的捕收性，但其起泡性較差影響了其捕收性的發(fā)揮.軟脂酸也有類似的現(xiàn)象，其浮選也需另加起泡劑.

綜合以上吸附量測(cè)定及單礦物浮選試驗(yàn)結(jié)果，用燃燒-吸附量法來評(píng)價(jià)磷礦反浮選捕收劑不失為一種可行和實(shí)用的方法.

4 結(jié) 語

利用燃燒-吸附量評(píng)價(jià)法來評(píng)價(jià)脂肪酸類捕收劑的浮選性能是可行的.該方法是一種較為簡(jiǎn)便、快速的方法，可應(yīng)用于磷礦反浮選捕收劑的評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究中.

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