高磷铁矿反浮选降磷捕收剂的研究与应用

摘要

随着现代工业的高速发展，地球上有限的富铁矿和易选铁矿资源大幅减少，开展结构复杂的微细粒级高杂（含磷、硫）铁矿石的分选研究显得十分重要。在世界范围内存在大量高磷铁矿石。我国高磷铁矿石储量占总储量的14.86％，达74.5亿多吨。国内开展了大量选矿降磷工艺研究，但降低铁精矿含磷量、提高金属回收率一直是困扰高磷铁矿选矿的难题。本课题的目标旨在通过对浮选药剂的综合分析研究，设计、合成降磷反浮选高效捕收剂，达到提高铁回收率、降低铁精矿含磷量的目的。
　　论文从浮选药剂分子设计的角度入手，运用量子化学计算，结合浮选药剂与矿物表面作用的基础理论，设计，开发出高效实用的高磷铁矿浮选脱磷捕收剂RFP-138，实现了RFP-138捕收剂在鲕状高磷赤铁矿中反浮选降磷的实际应用。主要研究内容与结果如下:
　　1.捕收剂RFP-138的合成
　　在国内外磷矿捕收剂的使用基础上，通过分子设计，筛选并确定一类新型降磷捕收剂主剂——SNA。通过合成工艺条件的试验，分馏、提纯，确定其碳链长度，并与自行研制的YS04增效剂复配，形成新型铁矿降磷反浮选捕收剂——RFP-138。
　　2.改善羧酸类捕收剂浮选性能
　　浮选试验表明，药剂改性和组合用药两种方式都能改善羧酸类捕收剂的浮选性能。磺化改性能获得更高的浮选回收率，但改性羧酸仍然没有克服药剂用量较大的缺点;带有磷酸酯官能团的非离子表面活性剂YS04，对SNA有着良好的微乳化增溶作用，提高了SNA的溶解性和分散性，增强了SNA浮选性能，明显降低SNA的药剂用量，同时改善SNA的耐硬水性、耐低温性。
　　3.主要组成矿物及其与捕收剂的相互作用
　　采用单矿物浮选、动电位测试、红外光谱等方法对胶磷矿、赤铁矿与捕收剂的相互作用进行了较为详细的研究。结果表明，阴离子捕收剂在胶磷矿表面发生明显的化学吸附;另外，矿浆溶液化学结合红外光谱表征，阴离子捕收剂氧原子优先与钙原子能产生化学作用而吸附，但与胶磷矿解离面上的磷酸根没有吸附;该药剂与赤铁矿表面同样产生化学作用，要实现药剂对胶磷矿与赤铁矿的分选需要选择合适的pH值以及抑制剂的配合。
　　4.组合捕收剂的浮选性能和作用机理
　　人工混合矿浮选试验中，RFP-138能在保证精矿Fe回收率的情况下，获得比油酸钠更好的降磷效果;根据表面张力测试结果、捕收剂与矿物作用前后的红外光谱，对RFP-138的作用机理进行初步探讨。
　　5.捕收剂的结构性能关系
　　通过对单矿物的直接浮选试验考察了捕收剂非极性基结构对极性基反应活性、捕收剂疏水能力及浮选性能的影响，结果显示:当捕收剂以分子形式存在时，化学反应活性顺序为:不饱和脂肪酸盐＞烷基羟肟酸盐＞烷基磺酸盐＞烷基硫酸盐＞烷基羧酸盐;当捕收剂由分子变成离子后，化学反应活性顺序变为:烷基磺酸盐＞烷基硫酸盐＞不饱和脂肪酸盐＞烷基羟肟酸盐＞烷基羧酸盐。同时，采用量子化学软件——Gaussian09中全略微分算法对常用阴离子捕收剂极性基的化学反应活性进行计算，结果表明，除了提供必要的疏水能力之外，非极性基种类和碳链长度对极性基的反应活性均有一定影响;羧酸根离子的化学反应活性随着不饱和度的增加而逐渐增强，并且在水中的溶解分散能力增加，所以非极性基中存在碳环是RFP-138具有良好浮选捕收能力的主要原因之一。
　　6.新型铁矿降磷捕收剂RFP-138对实际矿物的应用效果
　　实际矿石小型浮选试验表明，新型铁矿降磷捕收剂RFP-138具有良好的磷矿反浮选捕收性能，在保证铁精矿较高的回收率同时可以将P品位降至合格铁精矿要求范围以内，闭路试验可以获得铁品位大于60％，磷含量0.17％，铁回收率大于80％的铁精矿。该新型捕收剂的开发对高磷铁矿有效降磷提供了新的思路。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 我国高磷铁矿资源概况

1．2 高磷铁矿降磷技术发展现状

1．2．1 高磷铁矿降磷的主要工艺

1．2．2 高磷铁矿降磷的发展方向

1．3 磷矿石浮选捕收剂的研究与改进

1．3．1 常用磷矿石捕收剂

1．3．2 羧酸类药剂改性对捕收性能的影响

1．3．3 羧酸类胶磷矿捕收剂的组合用药

1．4 量子化学理论在浮选药剂研究中的应用

1．4．1 量子化学研究进展

1．4．2 量子化学研究在浮选中的应用

1．5 课题的目标及研究内容

1．5．1 课题的目标

1．5．2 研究内容

第二章 试剂、矿样和研究方法

2．1 试验药剂与仪器设备

2．1．1 药剂种类和来源

2．1．2 试验设备及仪器

2．2 药剂合成

2．2．1 新型捕收剂研究开发流程

2．2．2 捕收剂合成技术路线

2．3 试验矿物制备

2．3．1 单矿物

2．3．2 人工混合矿

2．3．3 实际矿石

2．4 矿物试验及测试方法

2．4．1 矿物浮选试验

2．4．2 红外光谱分析

2．4．3 Zeta电位测定

2．4．4 吸附量的测定与计算

2．4．5 量子化学计算方法

第三章 高磷铁矿反浮选捕收剂(RFP-138)的设计与合成

3．1 阴离子捕收剂结构改性对浮选性能变化的规律

3．2 常用阴离子捕收剂结构对浮选的影响

3．2．1 极性基结构对浮选性能影响

3．2．2 非极性基结构变化对浮选性能的影响

3．2．3 常用捕收剂的量子化学研究

3．2．4 结果与讨论

3．3 反浮选捕收剂主剂(SNA)的合成

3．3．1 羧酸类捕收剂的合成与筛选

3．3．2 捕收剂羧酸分子的改性

3．3．3 捕收剂主剂的基本性能

3．3．4 结果与讨论

3．4 高效高磷铁矿反浮选捕收剂(RFP-138)的组成

3．4．1 非离子表面活性剂合成筛选及与捕收剂(SNA)的复配

3．4．2 表面活性剂(YS04)对SNA在矿物表面吸附的稳定性

3．4．3 复配捕收剂(RFP-138)的混合胶束行为研究

3．5 本章小结

第四章 捕收剂(RFP-138)的配合制度与性能表征

4．1 捕收剂对单矿物可浮性研究

4．1．1 矿物可浮性与pH之间的关系

4．1．2 捕收剂用量对矿物可浮性的影响

4．1．3 pH调节剂的选择

4．1．4 抑制剂对浮选的影响

4．2 捕收剂对人工混合矿浮选研究

4．3 高效捕收剂的其他性能

4．3．1 RFP-138的抗硬水性能

4．3．2 RFP-138的低温浮选性能

4．3．2 RFP-138的分散性能研究

4．4 本章小结

第五章 RFP-138捕收剂对铁矿石的应用试验研究

5．1 高磷铁矿的矿物分析

5．1．1 矿物组成分析

5．1．2 主要矿物赋存状态研究

5．2 捕收剂RFP-138的浮选开路试验

5．2．1 不同捕收剂降磷效果比较研究

5．3 磁化焙烧-弱磁-RFP-138反浮选全流工艺试验

5．3．1 开路试验流程

5．3．2 闭路试验流程

5．4 本章小结

第六章 高效捕收剂(RFP-138)与矿物作用机理探讨

6．1 矿物物理性质和晶体结构

6．1．1 磷灰石晶体结构及断裂面表面性质

6．1．2 赤铁矿矿石

6．1．3 矿物表面荷电性质与可浮性的关系

6．2 浮选药剂的溶液化学研究

6．2．1 捕收剂的溶液化学行为

6．2．2 矿物在浮选矿浆中的溶解特性

6．2．3 捕收剂在高磷铁矿石表面的化学吸附与物理吸附

6．3 捕收剂与矿物表面作用的红外光谱研究

6．3．1 阴离子捕收剂与矿物作用的红外光谱研究

6．3．2 捕收剂与胶磷矿作用的红外光谱研究

6．3．3 捕收剂与赤铁矿作用的红外光谱

6．4 本章小结

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢