朱一民　毛　毛　苗美云　劉　杰

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

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新型螯合捕收劑DXS對(duì)細(xì)粒錫石捕收性能的研究*

朱一民毛毛苗美云劉杰

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

摘要細(xì)粒錫石采用傳統(tǒng)選礦工藝難以得到較好的回收效果，而浮選則成為有效回收細(xì)粒錫石的重要方法之一。東北大學(xué)試驗(yàn)室自主研制了一種新型螯合捕收劑DXS，以-23 μm細(xì)粒錫石為試樣對(duì)捕收劑DXS捕收性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并借助動(dòng)電位檢測(cè)和紅外光譜檢測(cè)對(duì)DXS與細(xì)粒錫石的作用機(jī)理進(jìn)行了探討。試驗(yàn)表明：以DXS為捕收劑，在pH值為5.5、捕收劑用量為130 mg/L、溫度為25 ℃時(shí)，可以獲得較好的捕收效果。Zeta電位及紅外光譜檢測(cè)結(jié)果表明：捕收劑DXS與錫石之間存在微弱的鍵合吸附以及氫鍵作用，新型螯合捕收劑DXS是一種可以常溫使用的捕收細(xì)粒錫石的高效捕收劑。

關(guān)鍵詞螯合捕收劑錫石浮選性能作用機(jī)理

錫石密度大于其他共生礦物，因此重選為錫石回收的傳統(tǒng)選礦工藝。同時(shí)錫石性脆易碎，在磨礦過(guò)程中極易發(fā)生過(guò)粉碎而損失在礦泥中；當(dāng)錫石粒度小于19 μm時(shí)，重選回收的效率大幅度下降，浮選的有效回收下限粒度較重選的低，所以錫石浮選成為回收細(xì)粒錫石的有效方法和提高錫礦資源利用率的重要途徑[1-4]。浮選回收細(xì)粒錫石的效果很大程度上取決于所用捕收劑性能的好壞。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直把錫石捕收劑的研究放在錫石浮選研究的首位[5]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就細(xì)粒錫石浮選進(jìn)行了大量的工作，其工作重點(diǎn)集中于細(xì)粒錫石捕收劑的研發(fā)和浮選技術(shù)的優(yōu)化與改善等方面[4]。為了對(duì)細(xì)粒錫石進(jìn)行高效的回收，東北大學(xué)試驗(yàn)室自主研發(fā)了具有較好捕收性能的新型螯合捕收劑DXS，為檢驗(yàn)該藥劑的捕收性能，對(duì)錫石單礦物進(jìn)行了浮選試驗(yàn)，并獲得了滿意的試驗(yàn)效果。

1試驗(yàn)原料和試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用錫石單礦物經(jīng)破碎、揀選、細(xì)磨、搖床重選、水利沉降等方法得到錫石礦樣，經(jīng)鹽酸浸泡后用去離子水反復(fù)清洗至中性，烘干后移入廣口瓶保存?zhèn)溆?。試樣的化學(xué)組成分析結(jié)果見(jiàn)表1，XRD分析圖譜見(jiàn)圖1。

表1錫石單礦物化學(xué)組成分析結(jié)果

%

由表1可見(jiàn)，錫石的含量為97.65%，其他雜質(zhì)含量較低，可用于試驗(yàn)。

圖1　錫石的XRD分析圖譜

1.2試驗(yàn)方法

錫石單礦物浮選試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)法，所用浮選機(jī)為XFGII50型掛槽浮選機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速為1 980 r/min。用電子天平稱取2.00 g錫石礦樣，放入盛有適量去離子水的40 mL浮選槽中，攪拌3 min，用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)礦漿pH值并用臺(tái)式pH值計(jì)進(jìn)行測(cè)量，攪拌3 min后加入捕收劑，再攪拌3 min后進(jìn)行浮選刮泡，刮泡時(shí)間為5 min，最后將試驗(yàn)所得的泡沫產(chǎn)品和槽底產(chǎn)品分別烘干、稱量，計(jì)算錫石的浮選回收率。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

圖2　錫石單礦物浮選試驗(yàn)流程

2試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1DXS體系下的pH值試驗(yàn)

在礦漿溫度為25 ℃、礦漿濃度為10%、捕收劑用量為90 mg/L的條件下進(jìn)行pH值試驗(yàn)。pH值對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖3。

圖3　pH值對(duì)錫石浮選回收率的影響

由圖3可見(jiàn)，在pH值為3.5～5.5時(shí)，錫石回收率從87.90%提高到92.06%，后隨pH值升高到9.5，錫石回收率變化不大，然后回收率隨pH增大開(kāi)始下降；綜合考慮浮選時(shí)錫石的上浮情況，浮選最佳pH值為5.5，此時(shí)回收率為92.06%。

2.2DXS體系下的捕收劑用量試驗(yàn)

在礦漿溫度為25 ℃、礦漿濃度為10%、礦漿pH值為5.5的條件下進(jìn)行捕收劑用量試驗(yàn)，DXS用量對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖4。

圖4　DXS用量對(duì)錫石浮選回收率的影響

由圖4可見(jiàn)，當(dāng)藥劑用量為10 mg/L時(shí)，回收率僅為14.84%；隨藥劑用量的增加，回收率迅速提高，當(dāng)藥劑用量為70 mg/L時(shí)，回收率已達(dá)92.56%；繼續(xù)增加藥劑用量，回收率提高，當(dāng)用藥量為130 mg/L時(shí)，回收率達(dá)97.01%；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定捕收劑DXS的最佳用量為130 mg/L，此時(shí)回收率為97.01%。

2.3DXS體系下的溫度試驗(yàn)

在礦漿濃度為10%、捕收劑用量為130 mg/L、礦漿pH值為5.5的條件下進(jìn)行溫度試驗(yàn)，溫度對(duì)回收率的影響見(jiàn)圖5。

圖5　溫度對(duì)錫石浮選回收率的影響

由圖5可見(jiàn)，當(dāng)溫度為15 ℃時(shí)，浮選回收率為94.88%，隨溫度的升高，回收率提高，到25℃時(shí)回收率為97.01%，繼續(xù)升高溫度，回收率保持不變；由此可見(jiàn)，在低溫條件下該捕收劑也能保證一定的溶解度與分子活性，對(duì)細(xì)粒錫石具有較好的捕收效果；因此浮選礦漿最適宜的浮選溫度為25℃，可獲得的最大回收率為97.01%。

3機(jī)理分析

3.1動(dòng)電位檢測(cè)與討論

根據(jù)礦物表面荷電機(jī)理，在破碎、磨礦過(guò)程中，錫石晶體內(nèi)無(wú)脆弱交界面層，必須沿Sn-O鍵斷裂，形成Sn+和Sn-O-活性位點(diǎn)，即錫石表面同時(shí)存在荷正電和荷負(fù)電的化學(xué)活性位點(diǎn)；-Sn+處存在與OH-的吸附與解吸平衡，而Sn-O-處存在與H+的吸附與解吸平衡，隨著溶液pH值的不同，二者程度不同。所以改變體系的pH值會(huì)影響礦樣表面的荷電性質(zhì)。捕收劑DXS條件下錫石Zeta電位與pH值關(guān)系曲線見(jiàn)圖6。

圖6　捕收劑DXS下錫石ζ電位與pH值關(guān)系

由圖6可見(jiàn)，錫石的零電點(diǎn)在4.2左右，即礦物表面在pH值<4.2時(shí)荷正電，反之荷負(fù)電；在與DXS作用后，錫石礦物表面的動(dòng)電位發(fā)生了一定程度的改變，說(shuō)明捕收劑在礦物表面不僅發(fā)生了吸附，而且改變了細(xì)粒錫石的荷電狀態(tài)(荷負(fù)電量減少)。

3.2紅外光譜檢測(cè)與討論

錫石單礦物的紅外光譜見(jiàn)圖7，捕收劑DXS的紅外光譜見(jiàn)圖8，吸附藥劑DXS后錫石的紅外光譜見(jiàn)圖9。

圖7　錫石的紅外光譜圖

由圖7可見(jiàn)，639.36 cm-1及515.80 cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰是Sn-O的特征吸收峰；3 445.77 cm-1及1 632.01 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰，主要是錫石表面吸附的水分子中O-H伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)所致。

圖8　捕收劑DXS的紅外光譜圖

由圖8可見(jiàn)，在3 436.06 cm-1處的吸收峰較強(qiáng)較寬，說(shuō)明此處可能存在O-H和N-H的伸縮振動(dòng)； 2 923.30 cm-1和2 854.73 cm-1處的吸收峰分別是 -CH3的C-H不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和-CH2的C-H對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；1 575.10 cm-1和721.54 cm-1處的吸收峰分別是N-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)和面外彎曲振動(dòng)；1 085.91 cm-1是C-N伸縮振動(dòng)峰。

由圖9可見(jiàn)，錫石紅外光譜中3 445.77 cm-1處吸收峰偏移至3 441.28 cm-1，1 632.01 cm-1處吸收峰偏移至1 630.30 cm-1，均發(fā)生紅移，即振動(dòng)減弱，說(shuō)明錫石表面-O-與DXS的OH之間發(fā)生氫鍵作用；同時(shí)，對(duì)于錫石Sn-O鍵波數(shù)從 639.36 cm-1降低至636.57 cm-1，發(fā)生紅移，說(shuō)明錫石表面與藥劑DXS發(fā)生微弱的鍵合吸附。

圖9　錫石與捕收劑DXS作用后的紅外光譜圖

4結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)試驗(yàn)表明，在pH值為5.5、捕收劑用量為130 mg/L、溫度為25 ℃時(shí)，新型DXS捕收劑對(duì)細(xì)粒錫石可以獲得較好的捕收效果。

(2)Zeta電位檢測(cè)表明，細(xì)粒錫石在pH值為4.2時(shí)都荷負(fù)電；而與捕收劑DXS作用之后，在pH值為4.2時(shí)，細(xì)粒錫石Zeta電位有增大趨勢(shì)，說(shuō)明DXS與錫石表面不僅發(fā)生了吸附，而且改變了細(xì)粒錫石的荷電狀態(tài)(荷負(fù)電量減少)。

(3)紅外光譜檢測(cè)以及Zeta電位檢測(cè)結(jié)果表明，捕收劑DXS與錫石之間存在微弱的鍵合吸附以及氫鍵作用。

參考文獻(xiàn)

[1]呂中海，胡衛(wèi)波，張俊，等.錫礦石選礦工藝研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(10)：19-22.

[2]周少珍，孫傳堯.錫石選礦進(jìn)展[J].國(guó)外金屬礦選礦，2002(8)：10-14.

[3]張慧.組合捕收劑浮選細(xì)粒錫石作用機(jī)理及應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.

[4]劉杰，韓躍新，朱一民，等.細(xì)粒錫石選礦技術(shù)研究進(jìn)展及展望[J].金屬礦山，2014(10)：76-81.

[5]程建國(guó)，朱建光.應(yīng)用基團(tuán)電負(fù)性理論計(jì)算和同分異構(gòu)原理發(fā)展新型錫石捕收劑[J].礦冶工程，1986，6(4)：18-21.

(收稿日期2016-01-21)

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51274056、51474055)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51204035)。

朱一民(1964—)，女，教授，博士，110819 遼寧省沈陽(yáng)市和平區(qū)文化路3號(hào)巷11號(hào)。