調整劑和抑制劑加入順序對鐵礦陰離子反浮選的影響研究

韓 呈 陳來保 馬 超 高雙龍 汪 軍

（中鋼天源安徽智能裝備股份有限公司）

近年來，陰離子反浮選成為赤鐵礦選礦的主流，且具有良好的表現［1］；但對陰離子反浮選體系中抑制劑與磁鐵礦作用機理的研究還不夠完善，赤鐵礦石反浮選的給料中包含不同含量的磁鐵礦，磁鐵礦在浮選過程中與藥劑的作用直接影響浮選效率。

文獻［2］應用石英晶體微天平（QCM-D）、原子力顯微鏡（AFM）和Zeta電位儀，并結合單礦物浮選研究了2種陰離子捕收劑在石英表面的吸附機理，得到了陰離子捕收劑與石英的作用機理。文獻［3］應用QCM-D研究了十二烷基磺酸鈉在赤鐵礦表面的吸附動力學特性。文獻［4］研究了浮選藥劑對赤鐵礦的抑制機理，發現淀粉對赤鐵礦有很強的抑制作用，淀粉中的羥基氧和赤鐵礦表面裸露的鐵元素發生了化學鍵合。文獻［5-9］應用紫外吸收光譜分析（UV）研究油酸鈉等藥劑對石英、菱鐵礦的吸附，應用紅外光譜分析（FTIR）研究浮選藥劑對石英和菱鐵礦等礦物的吸附特性，應用X射線光電子能譜分析（XPS）研究了Ca2+和檸檬酸等對赤鐵礦和石英的吸附特性。文獻［10］應用紅外光譜研究抑制劑（改性淀粉）對磁鐵礦和石英的吸附作用機理，但未針對反浮選過程中調整劑和抑制劑的加入順序對磁鐵礦的吸附特性開展研究。總之，研究者對浮選藥劑與赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦和石英的吸附機理進行了大量研究，主要進行了浮選藥劑在礦物吸附前后的對比，未對鐵礦反浮選過程中藥劑的加入順序對礦物的吸附作用開展研究。

為此，該研究探討調整劑和抑制劑加入順序對鐵礦陰離子反浮選的影響，應用QCM-D研究淀粉對磁鐵礦的吸附特性，指導浮選條件的選擇，為鐵礦的高效浮選奠定理論基礎。

1 礦樣性質

礦樣為鞍千選礦廠弱磁精礦和強磁精礦的混合物，即混合磁選精礦。將混合磁選精礦晾曬去除水分，應用移堆法和環堆法進行混勻、縮分，制樣。礦樣鐵物相分析結果見表1，混合磁選精礦的X射線衍射分析圖譜見圖1。

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由表1可知，礦樣中的主要鐵礦物為磁鐵礦，其次為假象半假象赤鐵礦和赤褐鐵礦，分布率分別為80.05%，9.27%，10.15%，硅酸鐵、碳酸鐵含量較低。

由圖1可見，混合磁選精礦中的有用元素為鐵，主要有用礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，主要脈石礦物為石英。

2 試驗條件與方法

浮選試驗采用RK/FDⅢ-1.5型溫控單槽浮選機，試驗礦漿溫度35℃，礦漿濃度33.3%，浮選機轉速1 920 r/min。

分選效率應用弗萊明、斯蒂芬［4-5］提出的判據公式

式中，Efs為分選效率，%；ε為回收率，%；β為精礦品位，%；βmax為目的浮選礦物的理論品位，%；α為原礦品位，%。

吸附試驗溫度設定為35℃，淀粉溶液pH值分別為9.19和11.68，質量濃度60 mg/L；油 酸 鈉pH值11.68，質量濃度160 mg/L。試驗藥劑玉米淀粉純度≥98%，油酸鈉純度≥97%。

3 試驗結果及討論

3.1 先調整后抑制對赤鐵礦反浮選的影響

固定調整劑pH值為11.5，活化劑CaO用量400 g/t，捕收劑TD-Ⅱ用量760 g/t，改變抑制劑淀粉用量，試驗流程見圖2。抑制劑用量對浮選結果及分選效率的影響見圖3、圖4。

由圖3、圖4可見，隨著抑制劑淀粉用量的增加，精礦鐵品位先升高后趨于平緩，鐵回收率及分選效率先大幅升高后趨于平緩；綜合考慮，確定抑制劑淀粉用量1 600 g/t為宜。此時，浮選精礦鐵品位為69.15%，鐵回收率為65.49%。

3.2 先抑制后調整對赤鐵礦反浮選的影響

固定調整劑pH值為11.5，活化劑CaO用量400 g/t，捕收劑TD-Ⅱ用量760 g/t，改變抑制劑淀粉用量，加入抑制劑時礦漿pH值為9～10，試驗流程見圖5，抑制劑用量對浮選結果和分選效率的影響見圖6、圖7。

由圖6和圖7可見，隨著抑制劑淀粉用量的增加，精礦鐵品位先升高后趨于平緩，鐵回收率及分選效率先大幅升高后趨于平緩；綜合考慮，確定抑制劑淀粉用量1 600 g/t為宜。此時，浮選精礦鐵品位為69.54%，鐵回收率為83.48%。

3.3 調整劑和抑制劑加入順序對赤鐵礦反浮選的影響對比

對比調整劑和抑制劑的加入順序對浮選效果的影響，對比結果見圖8～圖10。

由圖8可見，隨著抑制劑淀粉用量的增加，先抑制后調整的精礦品位均高于先調整后抑制工藝。

由圖9可見，當淀粉用量200～600 g/t時，先抑制后調整的精礦鐵回收率低于先調整后抑制工藝；當淀粉用量800～2 200 g/t時，先抑制后調整的精礦回收率高于先調整后抑制工藝。

由圖10可見，當淀粉用量200～600 g/t時，先抑制后調整的分選效率與先調整后抑制工藝相當；當淀粉用量800～2 200 g/t時，先抑制后調整的分選效率顯著高于先調整后抑制工藝。

3.4 玉米淀粉和油酸鈉對磁鐵礦的吸附作用機理

在不同pH值條件下依次加入淀粉溶液（pH=9.19和11.68，質量濃度60 mg/L）、油酸鈉溶液（pH=11.68，質量濃度160 mg/L），玉米淀粉和油酸鈉吸附在磁鐵礦石英晶體傳感器表面后產生的頻率改變量（Δf）和能量耗散改變量（ΔD）可提供一些關于藥劑薄膜的性質及藥劑對磁鐵礦表面吸附量的信息。吸附的藥劑量與頻率改變量成正比關系［11］，玉米淀粉和油酸鈉溶液在磁鐵礦芯片上吸附的頻率改變量見圖11。

由圖11可見，在弱堿性條件下，添加淀粉溶液后，頻率改變量先升高后降低，說明淀粉在磁鐵礦表面有輕微的吸附作用，隨著強堿性油酸鈉溶液的加入，溶液中的RCOO-使得吸附少量淀粉的薄膜厚度顯著增大后維持穩定，油酸根離子陷入吸附在磁鐵礦表面的淀粉內或吸附在磁鐵礦表面；在強堿性條件下，添加淀粉溶液后，頻率改變量先降低后升高，說明淀粉在磁鐵礦表面有沒有發生吸附作用，隨著油酸鈉溶液的加入，溶液中的RCOO-使得磁鐵礦表面的薄膜厚度顯著增大后顯著降低，并且低于去離子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁鐵礦表面并使磁鐵礦表面疏水。

對于厚度較薄并且致密度較高的薄膜，ΔD值幾乎沒有多大的改變；相反，對于一些厚度較厚并且黏彈性較大的薄膜，ΔD值會有較大的變化［11］，玉米淀粉和油酸鈉溶液在QCM-D的磁鐵礦芯片上吸附的能量耗散改變量見圖12。

由圖12可見，在弱堿性條件下，添加淀粉溶液后，能量耗散改變甚小，說明淀粉在磁鐵礦表面吸附層厚度較薄或表面結構致密；隨著油酸鈉溶液的加入，能量耗散急劇增加，說明溶液中的RCOO-使得吸附在磁鐵礦表面的少量淀粉薄膜形成較厚且黏彈性較大的薄膜或吸附在磁鐵礦表面。在強堿性條件下，添加淀粉溶液后，能量耗散改變甚小，說明淀粉在磁鐵礦表面沒有發生吸附作用或吸附結構致密；隨著油酸鈉溶液的加入，溶液中的RCOO-使得磁鐵礦表面的薄膜黏彈性顯著增大后形成致密的表面薄膜。

綜上所述，在弱堿性條件下，添加淀粉溶液，磁鐵礦表面有輕微或結構致密的吸附作用；添加強堿性油酸鈉溶液，油酸根離子陷入吸附在磁鐵礦表面的淀粉內或吸附在磁鐵礦表面，形成黏彈性較大的吸附層。在強堿性條件下，添加淀粉溶液對磁鐵礦沒有吸附作用；添加強堿性油酸鈉溶液，使得磁鐵礦表面的薄膜厚度顯著增大后顯著降低，并且低于去離子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁鐵礦表面并且使得磁鐵礦表面疏水。

4 結論

（1）當抑制劑淀粉用量為200～600 g/t時，先抑制后調整的精礦品位高于先調整后抑制工藝，先抑制后調整的精礦回收率低于先調整后抑制工藝，先抑制后調整的分選效率與先調整后抑制工藝相當；當抑制劑淀粉用量800～2 200 g/t時，先抑制后調整的精礦品位、回收率和分選效率均顯著高于先調整后抑制工藝。

（2）在弱堿性條件下，添加淀粉溶液，磁鐵礦表面有輕微或結構致密的吸附作用；添加強堿性油酸鈉溶液，油酸根離子陷入吸附在磁鐵礦表面的淀粉內或吸附在磁鐵礦表面，形成黏彈性較大的吸附層。

（3）在強堿性條件下，添加淀粉溶液對磁鐵礦沒有吸附作用；添加強堿性油酸鈉溶液，使得磁鐵礦表面的薄膜厚度顯著增大后顯著降低，并且低于去離子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁鐵礦表面并且使得磁鐵礦表面疏水。