朱一民 王 燕 張 婧 谷曉恬 李艷軍1

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110819；2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧沈陽110819）

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，優(yōu)質(zhì)鐵礦資源逐漸減少，因此高效利用國內(nèi)外儲(chǔ)量較為豐富的高鋁鐵礦石具有重要意義［1］。已有學(xué)者采用焙燒—磁選工藝處理含鋁鐵礦石，但獲得的鐵精礦產(chǎn)品中Al2O3含量較高，這會(huì)對燒結(jié)和冶煉產(chǎn)生許多不良影響，因此需要對含鋁鐵精礦進(jìn)行降鋁處理［2-6］。磁選混合鐵精礦的陰離子反浮選工藝大多存在著藥劑選擇性不佳、用量較大、對溫度要求敏感等缺點(diǎn)［7-9］，因此研制出選擇性高、捕收能力強(qiáng)、耐低溫的優(yōu)良捕收劑勢在必行。本實(shí)驗(yàn)通過浮選法實(shí)現(xiàn)鐵鋁分離，將為鐵精礦降鋁研究提供新的思路。

本研究采用東北大學(xué)實(shí)驗(yàn)室自制的新型陰離子捕收劑DTL-1，在單礦物試驗(yàn)和人工混合礦試驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究DTL-1對某懸浮焙燒三水鋁石的捕收效果，并結(jié)合表面動(dòng)電位和紅外光譜探討了新型陰離子捕收劑DTL-1在礦物表面的作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)礦樣及試劑

1.1 試樣性質(zhì)

赤鐵礦單礦物取自遼寧省弓長嶺礦區(qū)，經(jīng)人工挑揀、破碎、濕磨、搖床分選、弱磁選后得赤鐵礦精礦，篩取-0.045 mm粒級，進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)。焙燒條件為：CO濃度30%、焙燒溫度560℃、焙燒時(shí)間25 min，得到的焙燒產(chǎn)品在磁場強(qiáng)度為79.62 kA/m的條件下進(jìn)行弱磁選，獲得的弱磁精礦作為試驗(yàn)用鐵礦樣。對其進(jìn)行X射線衍射分析和化學(xué)多元素分析，結(jié)果分別如表1和圖1所示。

由表1和圖1可知，赤鐵礦基本轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，其中FeO含量為26.17%，雜質(zhì)SiO2含量為0.46%，Al2O3含量為0.23%，可作為單礦物和人工混合礦的浮選試驗(yàn)用樣。

三水鋁石單礦物取自云南省文山馬關(guān)縣，經(jīng)人工挑揀，磨細(xì)，取-0.045 mm粒級進(jìn)行懸浮焙燒試驗(yàn)。焙燒條件為：CO濃度30%、焙燒溫度560℃、焙燒時(shí)間25 min，得到的焙燒產(chǎn)品作為鋁礦樣用于浮選試驗(yàn)。對其進(jìn)行了X射線衍射分析和化學(xué)多元素分析，結(jié)果分別如表2和圖2所示。

由表2和圖2分析可知，鋁礦樣中Al2O3含量為96.36%，其余雜質(zhì)含量均小于0.1%，可作為單礦物和人工混合礦的浮選試驗(yàn)用樣。

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)所用試劑見表3。

2 試驗(yàn)方法

2.1 單礦物和人工混合礦試驗(yàn)方法

單礦物浮選試驗(yàn)在XFGII掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行，浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為1 992 r/min。稱取2.0 g礦樣于浮選槽中，加入30 mL去離子水后攪拌3 min，依次加入pH調(diào)整劑、捕收劑，每次加藥后攪拌3 min，刮泡3 min，將刮出的泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干后稱重，計(jì)算回收率。溫度條件試驗(yàn)時(shí)需要將浮選用去離子水進(jìn)行加熱處理。

在單礦物試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行人工混合礦試驗(yàn)（鐵礦樣與鋁礦樣的質(zhì)量比為15.67∶1，其中Al2O3品位約為5.95%），稱取3.0 g人工混合礦于浮選槽中，加30 mL去離子水，攪拌3 min后依次加入pH調(diào)整劑、捕收劑，每次加藥后攪拌3 min，刮泡3 min，將刮出的泡沫產(chǎn)品和槽底產(chǎn)品分別烘干后稱重，計(jì)算產(chǎn)率、回收率以及鋁的脫除率。

2.2 動(dòng)電位測量方法

首先將礦樣在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨，然后稱取20 mg礦樣和40 mL蒸餾水置于50 mL燒杯中，并將其在磁力攪拌器上攪拌5 min，隨后加入pH調(diào)整劑攪拌1 min，再加入捕收劑攪拌8 min，停止攪拌后靜置5 min，最后取上清液進(jìn)行動(dòng)電位測量，每個(gè)試樣測量3次，取平均值作為動(dòng)電位的最終測量值。

2.3 紅外光譜檢測方法

利用FITR-740型傅立葉變換紅外光譜儀對與藥劑作用前后礦物的紅外光譜圖進(jìn)行測定。將待測礦樣進(jìn)一步磨細(xì)至-5 μm，采用溴化鉀壓片法制樣，即取1 mg礦樣與100 mg光譜純的KBr于研缽中充分混合，并用專門的壓片模具進(jìn)行壓片。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 單礦物浮選試驗(yàn)

3.1.1 捕收劑DTL-1用量對鋁礦樣可浮性的影響

圖3所示為在礦漿自然pH值（pH=7.35）、浮選溫度25℃條件下，捕收劑DTL-1用量對鋁礦樣回收率的影響。

由圖3可知：隨著捕收劑DTL-1用量的增加，鋁礦樣的回收率呈現(xiàn)先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢；當(dāng)DTL-1用量為12.5 mg/L時(shí)，鋁礦樣的回收率為84.43%；DTL-1用量大于50 mg/L后，鋁礦樣回收率沒有明顯變化。因此，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，鋁礦樣要達(dá)到較好的上浮效果所對應(yīng)的DTL-1用量為12.5 mg/L。

3.1.2 礦漿pH值對鋁礦樣可浮性的影響

圖4所示為在浮選溫度25℃、捕收劑DTL-1用量12.5 mg/L的條件下，pH值對鋁礦樣回收率的影響。

由圖4可知，當(dāng)pH值在2.0～8.0的范圍內(nèi)變化時(shí)，鋁礦樣的回收率基本穩(wěn)定，當(dāng)pH值大于8.0之后，回收率急劇下降。由此可見，DTL-1對pH值的適用范圍較寬，pH值在2.0～8.0時(shí)，鋁礦樣的回收率均能達(dá)到80%以上，其中pH值為8.0時(shí)，鋁礦樣的回收率為88.74%。

3.1.3 溫度對鋁礦樣可浮性的影響

圖5所示為在礦漿pH=8.0、捕收劑DTL-1用量12.5 mg/L條件下，溫度對鋁礦樣回收率的影響。

由圖5可知：隨著溫度的升高，鋁礦樣的回收率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；在浮選溫度為25℃時(shí)，鋁礦樣的回收率最高，為91.21%。因此捕收劑DTL-1可以在常溫下使用。

3.2 人工混合礦浮選試驗(yàn)

3.2.1 捕收劑DTL-1用量試驗(yàn)

圖6所示為在礦漿自然pH值（pH=6.95）、浮選溫度為25℃條件下，捕收劑DTL-1用量對人工混合礦浮選指標(biāo)的影響。

由圖6可知：隨著捕收劑DTL-1用量的升高，TFe品位呈先升高后趨于穩(wěn)定的趨勢，而TFe回收率呈先降低后趨于穩(wěn)定的趨勢；Al2O3品位逐漸降低，鋁的脫除率逐漸升高。綜合考慮，確定捕收劑用量為12.5 mg/L時(shí)，DTL-1對鐵精礦反浮選脫鋁的效果最好，此時(shí)，精礦TFe品位為70.70%，TFe回收率為80.00%，Al2O3品位由5.95%降低到1.70%，鋁的脫除率為78.10%。

3.2.2 pH值試驗(yàn)

圖7所示為在捕收劑DTL-1用量為12.5 mg/L、浮選溫度為25℃條件下，礦漿pH值對人工混合礦浮選指標(biāo)的影響。

由圖7可知：隨著礦漿pH值的升高，TFe品位呈先升高后降低的趨勢，TFe回收率則與之相反；Al2O3品位呈先降低后升高的趨勢，鋁的脫除率則先升高后降低。綜合考慮，確定浮選pH值為8.0，此時(shí)，TFe品位為70.67%，TFe回收率為76.11%，Al2O3品位由5.95%降低到1.93%，鋁的脫除率為74.72%，可以實(shí)現(xiàn)二者的有效分離。所以DTL-1在鐵精礦反浮選脫鋁時(shí)，在pH＜8.0的條件下，脫鋁效果較好。

3.3 表面動(dòng)電位分析

圖8所示為在不同pH值條件下，加入捕收劑DTL-1前后，鋁礦樣表面動(dòng)電位的變化。

由圖8可知，鋁礦樣的零電點(diǎn)為pH=9.0，當(dāng)pH＞9.0時(shí)，鋁礦樣表面帶負(fù)電，當(dāng)pH＜9.0時(shí)，鋁礦樣表面帶正電。加入捕收劑DTL-1后，隨著pH值的升高，鋁礦樣的表面動(dòng)電位向負(fù)方向移動(dòng)；當(dāng)pH值大于10.0時(shí)，鋁礦樣的表面凈剩電荷與不加捕收劑時(shí)相比變化較小，鋁礦樣表面動(dòng)電位基本不移動(dòng)，此時(shí)鋁礦樣的浮選回收率極速下降；當(dāng)pH值為8.0時(shí)，捕收劑DTL-1與礦物之間存在靜電力吸附，同時(shí)也可能存在化學(xué)吸附和氫鍵吸附，此時(shí)鋁礦樣的浮選回收率較高，鐵礦樣的回收率較低，二者出現(xiàn)較大的浮游差，有利于實(shí)現(xiàn)二者的分離。

3.4 紅外光譜分析

3.4.1 捕收劑DTL-1的紅外光譜分析

捕收劑DTL-1的紅外光譜圖如圖9所示。

由圖 9可知，2 924.17 cm-1和 2 852.95 cm-1分別是亞甲基（—CH2—）的反對稱和對稱伸縮振動(dòng)峰，3 419.00 cm-1是羥基（—OH）的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 636.61 cm-1是羧基（—COOH）中羰基（—C=O）的伸縮振動(dòng)吸收峰，545.79 cm-1是C—Br伸縮振動(dòng)吸收峰［10］。

3.4.2 與捕收劑DTL-1作用前后鋁礦樣的紅外光譜分析

在pH值為8.0，捕收劑DTL-1用量為12.5 mg/L條件下，與捕收劑DTL-1作用前后鋁礦樣的紅外光譜分析結(jié)果如圖10所示。

從圖10可知，3 417.22 cm-1是吸附水氫鍵的特征吸收峰，1 637.39 cm-1和1 400.87 cm-1是水中羥基（—OH）的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 087.36 cm-1是鋁礦樣的特征峰，470.27 cm-1處的吸收峰則是由A1—O鍵的伸縮振動(dòng)造成的［11］。當(dāng)鋁礦樣與捕收劑作用后，除了鋁礦樣的自身譜帶外，3 417.22 cm-1處的吸附水氫鍵的振動(dòng)吸收峰偏移至3 446.72 cm-1，偏移量為29.5 cm-1，可能是來自層間水和羥基鋁中的O—H伸縮振動(dòng)［12］導(dǎo)致的，470.27 cm-1處A1—O鍵的吸收峰消失，此時(shí)出現(xiàn)了562.80 cm-1處的C—Br伸縮振動(dòng)吸收峰，說明有捕收劑DTL-1吸附在鋁礦樣表面發(fā)生了化學(xué)吸附，由于化學(xué)吸附的作用，生成了某種難溶的表面化合物或穩(wěn)定的絡(luò)合物，這也就解釋了在pH值為8.0的條件下，使用捕收劑DTL-1浮選鋁礦樣時(shí)，浮選回收率高達(dá)91.21%。綜合上述分析可知，鋁礦樣與捕收劑DTL-1之間存在著靜電吸附、氫鍵吸附和化學(xué)吸附。

4 結(jié)論

（1）在常溫條件下，DTL-1即可對鋁礦樣取得較好的捕收效果；DTL-1對pH值的適用范圍較寬，當(dāng)pH值在2.0～8.0之間時(shí)，鋁礦樣的回收率均能達(dá)到80%以上；當(dāng)pH值為8.0、捕收劑用量為12.5 mg/L時(shí)，單礦物浮選試驗(yàn)可獲得Al2O3回收率91.21%的指標(biāo)，人工混合礦浮選試驗(yàn)可獲得TFe品位70.67%，TFe回收率76.11%，Al2O3品位1.93%，鋁的脫除率為74.72%的選別指標(biāo)。

（2）表面動(dòng)電位分析和紅外光譜分析結(jié)果表明，捕收劑DTL-1與鋁礦樣之間存在著靜電吸附、氫鍵吸附和化學(xué)吸附。