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磷矿工业的纵深发展对磷精矿的要求越来越高,这就对选矿提出了更高的要求。在硅-钙(镁)型磷块岩矿石选矿中,为了提高磷精矿质量,应用反浮选脉石矿物(碳酸盐矿物或硅酸盐矿物)是目前选别此类难选磷矿石的有效方法之一。而胺类阳离子捕收剂又是反浮选硅酸盐的有效捕收剂,用胺类捕收剂反浮选硅酸盐以提高磷精矿的品位,其效果往往比用脂肪酸类捕收剂好。
本文合成了一种醚胺类阳离子捕收剂作为磷矿反浮选捕收剂。通过系统地研究该捕收剂对石英、胶磷矿可浮性的影响,以及实际矿石反浮选试验来考查捕收剂的浮选性能。借助表面张力、粉末接触角、动电位、红外光谱测试分析,探讨了捕收剂与石英的作用机理。所得成果和结论如下:
(1)合成醚胺类阳离子捕收剂Y10
采用脂肪醇对丙烯腈的亲核加成,再在Raney-Ni催化条件下与氢气反应还原而得到醚胺。ROH+CH2=CHCN→ROCH2CH2CNROCH2CH2CN+2H2 Raney-Ni→ROCH2CH2CH2NH2
(2)矿物可浮性研究
通过石英、胶磷矿纯矿物可浮性研究表明,捕收剂Y10对石英的捕收能力强,分选石英和胶磷矿较理想,分离石英-胶磷矿混合矿可获得P2O5品位32.67%,回收率97.37%,其中SiO2含量为11.34%的指标。
对两种实际矿石反浮选进行了系统的研究,试验发现:工业杂醇与Y10混合使用能够显著提高浮选效果。
(3)表面张力、吸附量、相对接触角、动电位和红外光谱测试
表面张力测试表明,捕收剂Y10能显著降低溶液的表面张力,当药剂总浓度相同时,按质量比4:1混合的捕收剂Y10-Zc降低表面张力的能力略微小于Y10。吸附量测试证明,Zc的加入并未使得Y10在石英表面的吸附量增大,说明,混合捕收剂浮选效果好并不归因于Y10在石英表面吸附量的增加。
相对接触角测试表明,Zc替代20%的Y10加入到浮选溶液中使得△接触角(石英接触角.磷灰石接触角)由20.7°增大至26.8°,说明混合药剂具有更高了选择性,这是混合药剂浮选性能变好的原因,由此可推断,Y10浮选性能之所以得到提高是由于Zc的加入提高了捕收剂的溶解度,使得捕收剂的选择性得到了提高。
动电位测试表明,在蒸馏水中石英与胶磷矿的动电位随pH值的增加向负值方向增大,石英的零电点约为2.3,胶磷矿的零电点约为6.2。在捕收剂Y10溶液中,矿物的ζ-电位都有所上升,说明矿物表面吸附了捕收剂,但在整个pH值区间石英的动电位变化均大于胶磷矿,说明捕收剂在石英表面上的吸附量大于胶磷矿;在pH值>4时,石英的动电位显著升高,说明捕收剂在石英表面发生了静电吸附。
Y10与石英作用后的红外光谱证实了捕收剂与石英矿物表面主要发生了静电吸附作用,并且带有一定的氢键作用,加入杂醇使得2860.4cm-1和2930cm-1处的亚甲基伸缩振动峰略微有所增强,说明这种氢键的化学作用得到了一定加强。
本研究表明,捕收剂Y10是一种选择性高,捕收能力强的药剂,适宜作为胶磷矿反浮硅酸盐矿物捕收剂。