一種磷礦浮選增效劑的合成及其性能*

肖雪琴, 屈泓佑，黃齊茂,2,3

(1.武漢工程大學 化工與制藥學院，湖北 武漢 430074；2.國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430074；3.武漢強盛科技朗英礦山化學品有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

我國磷礦資源主要以中低品位沉積型磷塊巖礦石為主，大多需要選礦富集才可以利用[1-2]。反浮選工藝是處理高鎂膠磷礦的主要方法，也是目前應用廣泛且成熟的工藝。隨著膠磷礦的日益貧化和對磷精礦質量的要求越來越高，傳統浮選捕收劑已經不能滿足當前膠磷礦浮選的要求，而衍生化改善浮選捕收劑的選擇性是磷礦浮選的一個重要發展方向[3-5]。目前工業應用最多的是以脂肪酸皂化產物或改性脂肪酸為原料加入其他改性助劑制成的復合捕收劑，對脂肪酸類捕收劑進行復配或改性是提高該類捕收劑性能的主要研究方向[4, 6]。本文合成了一種油酸衍生物新型表面活性劑，以期通過捕收劑自體改性增效提高藥劑自身起泡性和載礦能力，提高其對膠磷礦的綜合浮選性能。驗證性合成采用高純油酸進行雙羥基氧化得到二羥基硬脂酸，皂化后得到一種二羥基硬脂酸鈉，并通過與公司現用的捕收劑FS以不同比例復配進行浮選小試驗，以研究該新型表面活性劑自體增效及與捕收劑的協同效應對膠磷礦浮選的增效作用。

1 合成

1.1 實驗儀器和試劑

主要儀器：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S 型、CL-200 型)，無級調速攪拌器(D-971型)，美國Thermo Fisher 液質聯用儀(THERMO LTQ XL)。

主要試劑：實驗室制備的高純油酸(95%)，甲酸(AR)，30%過氧化氫(AR)，乙酸乙酯(AR)，氫氧化鈉(AR)，蒸餾水。

1.2 二羥基硬脂酸鈉的合成

在裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝器、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中，加入計量的油酸和甲酸溶液(95%油酸、30%過氧化氫、甲酸的質量比為8∶7∶5)，并將反應器置于恒溫水浴；開動攪拌，30～35 ℃下緩慢勻速滴加30%過氧化氫溶液；繼續攪拌并緩慢升溫至65～70 ℃后，反應5 h；將反應液趁熱轉移至分液漏斗中分去水層，油層用熱水洗滌至中性，干燥除水，即得粗品二羥基硬脂酸(DHSA)；乙酸乙酯重結晶得高純度DHSA，以提純后的DHSA與稍過量氫氧化鈉和適量水進行若干小時的皂化反應，即得表面活性劑二羥基硬脂酸鈉，固體質量分數為49.78%。

2 試驗

2.1 試驗設備及試劑

試驗設備：RK-ZQM(BM)錐形棒磨機，RK/FD-Ⅲ型0.5 L單槽浮選機，RK/FD-Ⅲ型濕式分樣機，RK-XSHF-Ⅱ型真空過濾機，101型電熱鼓風恒溫干燥箱。

試驗試劑：抑制劑硫酸(YP)，工業級，配制成質量分數為20%的溶液。

捕收劑(自制)：將武漢強盛科技有限公司提供的傳統捕收劑FS(A，固體質量分數為49.83%)與合成的二羥基硬脂酸鈉(B)按用量比11∶1、5∶1、4∶2、3∶3、2∶4混勻后配制成質量分數為2%的復合捕收劑，依次記為 AB-1、AB-2、AB-3、AB-4、AB-5。

2.2 礦石特性和化學組成

1#礦樣采自云南某磷礦，該礦石屬沉積型硅鈣質磷塊巖，礦物組分簡單，主要含磷礦物為膠磷礦，礦石屬于嵌布粒度細、有害雜質(特別是MgO)含量高的中低品位膠磷礦，可選性差，選礦難度大，需要脫除大量含鎂碳酸鹽礦物、硅質及硅酸鹽礦物和少量鐵鋁倍半氧化物才能有效富集磷礦物。

2#礦樣采自湖北宜昌某磷礦，該礦石為混合型磷塊巖礦石，需要脫除大量含鎂碳酸鹽礦物才能有效富集磷礦物。2種礦樣的原礦多元素分析結果見表1。

表1 原礦多元素分析結果 單位：%

2.3 浮選試驗

2.3.1 1#礦樣浮選試驗

1#礦樣在優先浮選工藝流程的設計條件下，即在最佳磨礦細度(-74 μm質量分數占78.8%)、酸抑制劑YP用量為10.85 kg/t、其他藥劑用量均為0.72 kg/t的條件下，分別使用浮選劑A、AB-1、AB-2、AB-3、AB-4、AB-5對礦物進行粗選試驗，并讀取尾礦的泡沫量(泡沫量數據顯示為礦漿體積/礦漿及泡沫總體積)。結果如表2所示。

由表2可知，在常溫下使用A與B復配的捕收劑進行一次粗選的效果從提高磷精礦的品位、脫除氧化鎂和提高選礦效率等方面來看，都要明顯優于市面上現有捕收劑A單獨使用的效果。當A用量∶B用量=11∶1時，P2O5品位比單獨使用捕收劑A時要高2.68個百分點，選礦效率相較單獨使用捕收劑A提高了1倍，脫鎂率提高了35.42%，這說明二羥基硬脂酸鈉的增效性很好，能有效提高選礦效率；且隨著B用量的增加，P2O5品位和選礦效率均呈小幅增加后再減少的趨勢，到A用量∶B用量=2∶4時，P2O5品位和選礦效率都有較為明顯的下降，但仍然優于單獨使用捕收劑A的效果；這說明，在實際浮選應用中，只需要添加少量的二羥基硬脂酸鈉就能有效增強捕收劑的浮選性能。從泡沫量看，少量添加二羥基硬脂酸鈉能有效提高藥劑起泡性，且隨著B用量的增加，泡沫量呈上升趨勢，說明二羥基硬脂酸鈉能明顯提高藥劑的起泡性，使藥劑的載礦能力增強。

表2 1#礦樣浮選試驗結果

2.3.2 2#礦樣浮選試驗

2#礦樣在優先浮選工藝流程的設計條件下，即在最佳磨礦細度(-74 μm質量分數占74%)、酸抑制劑YP用量為10.85 kg/t、其他藥劑用量均為0.72 kg/t的條件下，分別使用浮選劑A、AB-1、AB-2、AB-3、AB-4、AB-5對礦物進行粗選試驗，并讀取尾礦的泡沫量(泡沫量數據顯示為礦漿體積/礦漿及泡沫總體積)。結果如表3所示。

由表3可知，對于2#礦樣，在常溫下使用A與B復配的捕收劑表現出與1#礦樣試驗結果一致的規律。同等浮選條件下A與B復配的捕收劑與現行的捕收劑A相比具有更好的捕收性能，可以得到更高品質的精礦，在提高選礦效率的同時可以獲得更好的脫鎂效果，少量添加二羥基硬脂酸鈉就能有效提高藥劑的起泡性，且隨著二羥基硬脂酸鈉用量的增加，礦漿量和泡沫量都呈上升趨勢。且由表3可知，僅在A中加入8.3%的B，與單獨使用捕收劑A相比，P2O5品位要高3.4個百分點，MgO品位要低1.39個百分點，選礦效率提高了6.93個百分點，脫鎂率提高了28.79個百分點，這說明二羥基硬脂酸鈉的增效性很好，能有效提高藥劑的選礦效率。

表3 2#礦樣浮選試驗結果

3 結論

a.以實驗室制備的高純油酸為原料合成了一種表面活性劑二羥基硬脂酸鈉，并將其以增效劑形式與市面上現行的捕收劑FS復配使用，在有效提高精礦P2O5品位的同時能高效脫除膠磷礦中的含鎂礦物，說明該增效劑的加入能有效提高浮選性能。同時，添加二羥基硬脂酸鈉還能有效提高藥劑的起泡性，說明二羥基硬脂酸鈉具有自體增效作用，可以明顯提高復配捕收劑的皂基對膠磷礦的浮選性能。

b.對比二羥基硬脂酸鈉的添加比例對兩種礦樣浮選的影響可以發現，只需要在FS中加入8.3%的二羥基硬脂酸鈉就能使選礦效率得到明顯提高，兩種礦樣的脫鎂率也分別提高了35.42%、28.79%。隨著二羥基硬脂酸鈉(B)用量的增加，選礦效率和脫鎂率都出現一定程度的上升之后再呈現下降的趨勢，但直到A用量∶B用量=2∶4時仍然顯著優于單獨使用捕收劑A的效果。說明少量二羥基硬脂酸鈉與FS配合使用能提高膠磷礦的分選性，但二羥基硬脂酸鈉用量不宜過大，因為用量過大反而會降低捕收劑的分選性，推測原因是過量添加二羥基硬脂酸鈉會使藥劑起泡性增強，泡沫載礦量增加，導致選礦效率降低。

c.對不同地區磷礦樣的浮選試驗結果表明，復合捕收劑的浮選結果均較好，二羥基硬脂酸鈉的加入能有效提高藥劑FS對不同地區磷礦的選礦效率，說明該增效劑的添加對不同礦樣均有效果，具有一定的普適性。