牛建昆 侯向澤 王 斌

（太鋼集團嵐縣礦業(yè)有限公司）

我國鐵礦資源稟賦差，具有貧、細、雜的特點［1］，開發(fā)利用難度大，難選赤鐵礦儲量占總儲量的1/3，其中微細粒嵌布的鞍山式紅磁鐵儲量約30 億t。袁家村鐵礦屬于微細粒紅磁混合難選鐵礦，其-30 μm 粒級磨選綜合技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平，但由于鐵礦物和脈石礦物種類多、鐵礦物嵌布粒度微細，細磨產(chǎn)生的-19 μm 微細粒級礦物的選別以及綜合水質(zhì)改善仍是困擾選礦效率和品質(zhì)提升的兩大技術(shù)難題。與袁家村礦石性質(zhì)類似的美國Tilden 鐵礦對微細粒鐵礦（-25 μm）的選礦也曾進行了多年的技術(shù)研究和攻關(guān)，終因水質(zhì)問題未得到解決而被迫停產(chǎn)。高效抑制劑應(yīng)用前，袁家村鐵礦采用的浮選藥劑（玉米淀粉和捕收劑）對-19 μm 微細粒級鐵礦物的選擇性差，浮尾鐵品位高，金屬流失嚴重。為此，針對上述難題，對選礦浮選藥劑進行了優(yōu)化研究，提高了藥劑的選擇性，實現(xiàn)了袁家村鐵礦的高效浮選。

1 KDF抑制劑的研究與合成

1.1 KDF抑制劑設(shè)計思路

KDF抑制劑主要研發(fā)思路［2］：①提高抑制劑的選擇性，針對尾礦中夾帶的細粒鐵礦展開攻關(guān)，主要通過在抑制劑結(jié)構(gòu)上增加含有抑制細粒鐵礦的基團或組分等方式實施。②增加抑制劑的功能，使其具有多種功能，促使選礦中各藥劑的功能進一步強化。例如，降低捕收劑的用量，降低礦漿浮選溫度，阻止浮選過程中其他藥劑與鐵礦石表面的作用，降低鐵精礦中其他礦物的作用，從而達到提質(zhì)降尾的目的。

1.2 KDF抑制劑設(shè)計原理

抑制劑與鐵礦物顆粒的作用方式主要有靜電力［3］、氫鍵、范德華力、物理吸附、化學吸附和表面化學反應(yīng)。高效抑制劑的研發(fā)主要從袁家村鐵礦性質(zhì)入手，采用以下幾種作用方式，制定袁家村鐵礦石浮選抑制劑的設(shè)計原理。

（1）成份上增加與細粒礦物選擇性作用的小分子化合物，使細粒礦物表面親水被抑制在礦漿中，降低細粒礦物的夾帶量。

（2）增加與細粒礦物選擇性作用的親固基，親固基與細粒礦物表面有特殊的作用力使其被抑制，降低尾礦中細粒鐵礦的含量。

（3）增強抑制劑與鐵礦物表面的螯合效應(yīng)。與礦物表面捕收劑的競爭作用而使其解吸或阻止捕收劑與含鐵礦物作用。

1.3 KDF抑制劑合成工藝

研制過程中，主要在抑制劑合成過程的反應(yīng)溫度、時間、催化劑添加量等反應(yīng)條件和抑制劑官能團含量方面進行優(yōu)化。通過優(yōu)化試驗，使抑制劑分子上的乙氧基、羧基、醛基和醚鍵等基團控制在一定的范圍內(nèi)，使其對鐵礦物顆粒的選擇性得到了進一步的加強，這些基團的螯合效應(yīng)、協(xié)調(diào)效應(yīng)等對細粒鐵礦石具有很強的作用力，提高了抑制劑的選擇性［4］。

1.3.1 合成條件優(yōu)化

（1）反應(yīng)溫度。選擇4 種不同的反應(yīng)溫度，隨著溫度的升高，精礦產(chǎn)率降低、品位升高，尾礦產(chǎn)率升高、品位下降，綜合來看，溫度對選擇性影響不大，對抑制力有一定影響。

（2）反應(yīng)時間。第1 步反應(yīng)比較快，2 h 就能達到反應(yīng)要求；第2 步反應(yīng)時間比較慢，是決定反應(yīng)的步驟，反應(yīng)時間對產(chǎn)物的抑制力影響較大，對選擇性有一定影響，反應(yīng)時間在3～4 h指標較好；第3步反應(yīng)比較快，對產(chǎn)品性能影響不大，1～2 h就能達到反應(yīng)要求。

（3）催化劑用量。催化劑1主要影響產(chǎn)物的選擇性，隨著催化劑用量的降低，產(chǎn)物選擇性下降，從試驗選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例4∶100時選擇性最好。催化劑2主要影響反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從試驗選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例6∶100時選擇性最好。催化劑3主要影響官能團的生成，從試驗選取的4種催化劑用量看，催化劑與高分子化合物比例2∶100時選擇性最好。

（4）氫氧化鈉用量。氫氧化鈉的用量主要影響催化劑的催化活性，氫氧化鈉用量不足，將導(dǎo)致催化劑催化反應(yīng)不充分。因此，氫氧化鈉的用量對反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性及抑制力影響較明顯，隨著氫氧化鈉用量的增加，抑制力先降后升，選擇性先升后降，每100 g高分子化合物添加0.3～0.4 g氫氧化鈉最好。

1.3.2 官能團優(yōu)化

（1）乙氧基的長度。抑制劑中含有乙氧基，能與鐵礦石表面的鐵形成螯合化合物，太長太短形成的環(huán)不穩(wěn)定。通過1～12 個長度的乙氧基的抑制劑試驗，發(fā)現(xiàn)乙氧基長度為2～3 個時比較適合鐵礦石表面的鐵形成穩(wěn)定的六元螯合環(huán)，太長形成的螯合環(huán)和太短形成的螯合環(huán)有環(huán)張力，穩(wěn)定性不高。所以，抑制劑乙氧基長度為3個效果較好。

（2）醛基。通過控制催化劑種類和用量得到不同含量的醛基，抑制劑的醛基有利于提高抑制劑分子與細顆粒鐵礦石表面的作用力，能將細顆粒鐵礦石抑制在精礦中而不被泡沫帶入到尾礦中。試驗表明，抑制劑分子上含有一定量的醛基比較適合袁家村鐵礦的礦石性質(zhì)。

（3）醚鍵。醚基中氧原子的孤對電子能進入到鐵礦石表面鐵原子的3d 軌道中形成配位鍵，提高抑制劑分子與鐵礦石的作用力。增加醚基能降低抑制劑的水溶性，反而會降低抑制劑的抑制能力。試驗表明，抑制劑分子上含有一定量的醚基較適合袁家村鐵礦的礦石性質(zhì)。

（4）羧基。抑制劑分子適當引入少量的羧基有利于改善抑制劑的綜合性能，采用氧化劑可以增加羧基的含量，運用催化劑可以控制羧基的位置。如果抑制劑上羧基的位置控制不好，反而會降低抑制細顆粒鐵礦物的效果，起不到降低尾礦的目的。

1.3.3 KDF抑制劑合成工藝流程

經(jīng)過大量的試驗及條件優(yōu)化，確定了袁家村鐵礦KDF高效抑制劑的合成工藝流程（圖1），該生產(chǎn)過程具有科學先進、選擇性高、高效環(huán)保等特點，整個合成過程無“三廢”產(chǎn)生。

2 KDF高效抑制劑試驗結(jié)果及效果分析

2.1 KDF 高效抑制劑與現(xiàn)場捕收劑組合條件優(yōu)化試驗

以不同的pH 值調(diào)整劑NaOH、抑制劑KDF、活化劑CaO、捕收劑RA-935用量為考察因素（依次為因素A、B、C、D），按現(xiàn)場陰離子反浮選生產(chǎn)流程進行開路試驗，按正交表L9（34）進行正交試驗，各因素水平安排見表1，試驗結(jié)果見表2。

注：β（TFe）、ε（TFe）、E 分別為浮選精礦全鐵品位、全鐵回收率和選礦效率。

對表2試驗結(jié)果進行極差分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，各因素不同水平對浮選效果有不同的影響［5］，試驗浮精品位、選礦效率越高，金屬回收率也較高，分選效果越好；對于精礦品位而言，最優(yōu)水平組合為A1B2C3D2，對浮精品位和選礦效率指標也是A1B2C3D2，與表2 結(jié)果一致，所以較優(yōu)的藥劑是NaOH用量875 g/t、KDF 用量1 250 g/t、CaO 用量300 g/t、RA-935捕收劑用量480 g/t。通過閉路試驗進一步驗證，最終確定4 種藥劑的最佳用量分別為NaOH 用量875 g/t、KDF 用量1 280 g/t、CaO 用量250 g/t和捕收劑用量480 g/t。

2.2 現(xiàn)場藥劑用量優(yōu)化試驗

按當前生產(chǎn)采用的藥劑制度進行開路試驗，結(jié)果見表4。

由表4 可知，5 號試驗取得的浮精鐵品位達到了65%以上，鐵回收率和選礦效率均較高，NaOH 用量1 050 g/t、淀粉用量800 g/t、CaO 用量400 g/t和捕收劑用量420 g/t 可作為閉路流程浮選試驗的較優(yōu)藥劑制度。

2.3 閉路試驗

新型抑制劑KDF 與現(xiàn)場捕收劑及其他藥劑組合［6］，在各自的較優(yōu)條件下分別開展閉路對比試驗，試驗結(jié)果見表5。

由表5 可知，使用新型抑制劑KDF，在礦漿溫度（36～37 ℃）相同的條件下，浮選尾礦品位從14.31%降到11.63%，降低了2.68 個百分點，鐵回收率從85.41%提高到了88.83%，提高了3.42個百分點，優(yōu)化效果顯著［7］。

2.4 閉路流程驗證試驗及結(jié)果

在試驗設(shè)備、藥劑制度等不變的條件下，重復(fù)開展閉路流程試驗，試驗結(jié)果見表6。

由表6可知，使用新型抑制劑KDF與現(xiàn)場玉米淀粉抑制劑相比，浮精鐵品位從65.36% 提高到65.57%，提高了0.21個百分點，浮尾品位從13.94%降至10.84%，降低了3.10 個百分點，作業(yè)回收率提高了3.66個百分點，效果明顯。

2.5 工業(yè)應(yīng)用效果

2019 年1 月開始在浮選1 個系列試用KDF 高效抑制劑，并于4月10日浮選3個系列同時投用高效抑制劑，與未投用時的生產(chǎn)指標對比見表7。

注：由于5、6月份入浮品位相比2、3月份降低0.43個百分點，如果按照2、3月份的入浮品位計算金屬回收率，相比抑制劑投用以前可以提高2.14個百分點。

由表7可知，3個系列同時使用高效抑制劑后，精礦鐵品位提升0.30 個百分點，尾礦品位降低0.90 個百分點，精礦品位穩(wěn)定率提升20.60 個百分點，尾礦品位合格率提升29.29 個百分點，浮選作業(yè)金屬回收率提升1.42 個百分點，若消除入浮品位的影響，浮選作業(yè)金屬回收率可提升2.14個百分點。

3 結(jié)論

（1）袁家村鐵礦鐵礦物嵌布粒度微細，尤其是浮選給礦F80需達到30 μm，現(xiàn)場生產(chǎn)實際檢測浮選給礦中-19 μm含量達65%～70%，玉米淀粉對微細粒級鐵礦物的選擇性抑制效果較差，浮選尾礦夾帶部分細粒鐵礦導(dǎo)致尾礦品位偏高。

（2）試驗結(jié)果表明，KDF抑制劑有效解決了袁家村鐵礦-19 μm 微細粒鐵礦物損失率高的難題。通過KDF 抑制劑的合成應(yīng)用，精礦品位提升了0.30 個百分點，尾礦品位降低了0.90 個百分點，精礦品位穩(wěn)定率提升20.60 個百分點，尾礦品位合格率提升29.29個百分點，浮選作業(yè)金屬回收率提升1.42 個百分點，若消除入浮品位的影響，浮選作業(yè)金屬回收率可提升2.14 個百分點。KDF 高效抑制劑的研發(fā)以及在工業(yè)生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，證明了該類型鐵礦物抑制劑可有效提高對微細粒級礦物的抑制能力，大幅提高浮選作業(yè)金屬回收率。