调整剂和抑制剂加入顺序对铁矿阴离子反浮选的影响研究

韩 呈 陈来保 马 超 高双龙 汪 军

（中钢天源安徽智能装备股份有限公司）

近年来，阴离子反浮选成为赤铁矿选矿的主流，且具有良好的表现［1］；但对阴离子反浮选体系中抑制剂与磁铁矿作用机理的研究还不够完善，赤铁矿石反浮选的给料中包含不同含量的磁铁矿，磁铁矿在浮选过程中与药剂的作用直接影响浮选效率。

文献［2］应用石英晶体微天平（QCM-D）、原子力显微镜（AFM）和Zeta电位仪，并结合单矿物浮选研究了2种阴离子捕收剂在石英表面的吸附机理，得到了阴离子捕收剂与石英的作用机理。文献［3］应用QCM-D研究了十二烷基磺酸钠在赤铁矿表面的吸附动力学特性。文献［4］研究了浮选药剂对赤铁矿的抑制机理，发现淀粉对赤铁矿有很强的抑制作用，淀粉中的羟基氧和赤铁矿表面裸露的铁元素发生了化学键合。文献［5-9］应用紫外吸收光谱分析（UV）研究油酸钠等药剂对石英、菱铁矿的吸附，应用红外光谱分析（FTIR）研究浮选药剂对石英和菱铁矿等矿物的吸附特性，应用X射线光电子能谱分析（XPS）研究了Ca2+和柠檬酸等对赤铁矿和石英的吸附特性。文献［10］应用红外光谱研究抑制剂（改性淀粉）对磁铁矿和石英的吸附作用机理，但未针对反浮选过程中调整剂和抑制剂的加入顺序对磁铁矿的吸附特性开展研究。总之，研究者对浮选药剂与赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和石英的吸附机理进行了大量研究，主要进行了浮选药剂在矿物吸附前后的对比，未对铁矿反浮选过程中药剂的加入顺序对矿物的吸附作用开展研究。

为此，该研究探讨调整剂和抑制剂加入顺序对铁矿阴离子反浮选的影响，应用QCM-D研究淀粉对磁铁矿的吸附特性，指导浮选条件的选择，为铁矿的高效浮选奠定理论基础。

1 矿样性质

矿样为鞍千选矿厂弱磁精矿和强磁精矿的混合物，即混合磁选精矿。将混合磁选精矿晾晒去除水分，应用移堆法和环堆法进行混匀、缩分，制样。矿样铁物相分析结果见表1，混合磁选精矿的X射线衍射分析图谱见图1。

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由表1可知，矿样中的主要铁矿物为磁铁矿，其次为假象半假象赤铁矿和赤褐铁矿，分布率分别为80.05%，9.27%，10.15%，硅酸铁、碳酸铁含量较低。

由图1可见，混合磁选精矿中的有用元素为铁，主要有用矿物为磁铁矿和赤铁矿，主要脉石矿物为石英。

2 试验条件与方法

浮选试验采用RK/FDⅢ-1.5型温控单槽浮选机，试验矿浆温度35℃，矿浆浓度33.3%，浮选机转速1 920 r/min。

分选效率应用弗莱明、斯蒂芬［4-5］提出的判据公式

式中，Efs为分选效率，%；ε为回收率，%；β为精矿品位，%；βmax为目的浮选矿物的理论品位，%；α为原矿品位，%。

吸附试验温度设定为35℃，淀粉溶液pH值分别为9.19和11.68，质量浓度60 mg/L；油 酸 钠pH值11.68，质量浓度160 mg/L。试验药剂玉米淀粉纯度≥98%，油酸钠纯度≥97%。

3 试验结果及讨论

3.1 先调整后抑制对赤铁矿反浮选的影响

固定调整剂pH值为11.5，活化剂CaO用量400 g/t，捕收剂TD-Ⅱ用量760 g/t，改变抑制剂淀粉用量，试验流程见图2。抑制剂用量对浮选结果及分选效率的影响见图3、图4。

由图3、图4可见，随着抑制剂淀粉用量的增加，精矿铁品位先升高后趋于平缓，铁回收率及分选效率先大幅升高后趋于平缓；综合考虑，确定抑制剂淀粉用量1 600 g/t为宜。此时，浮选精矿铁品位为69.15%，铁回收率为65.49%。

3.2 先抑制后调整对赤铁矿反浮选的影响

固定调整剂pH值为11.5，活化剂CaO用量400 g/t，捕收剂TD-Ⅱ用量760 g/t，改变抑制剂淀粉用量，加入抑制剂时矿浆pH值为9～10，试验流程见图5，抑制剂用量对浮选结果和分选效率的影响见图6、图7。

由图6和图7可见，随着抑制剂淀粉用量的增加，精矿铁品位先升高后趋于平缓，铁回收率及分选效率先大幅升高后趋于平缓；综合考虑，确定抑制剂淀粉用量1 600 g/t为宜。此时，浮选精矿铁品位为69.54%，铁回收率为83.48%。

3.3 调整剂和抑制剂加入顺序对赤铁矿反浮选的影响对比

对比调整剂和抑制剂的加入顺序对浮选效果的影响，对比结果见图8～图10。

由图8可见，随着抑制剂淀粉用量的增加，先抑制后调整的精矿品位均高于先调整后抑制工艺。

由图9可见，当淀粉用量200～600 g/t时，先抑制后调整的精矿铁回收率低于先调整后抑制工艺；当淀粉用量800～2 200 g/t时，先抑制后调整的精矿回收率高于先调整后抑制工艺。

由图10可见，当淀粉用量200～600 g/t时，先抑制后调整的分选效率与先调整后抑制工艺相当；当淀粉用量800～2 200 g/t时，先抑制后调整的分选效率显著高于先调整后抑制工艺。

3.4 玉米淀粉和油酸钠对磁铁矿的吸附作用机理

在不同pH值条件下依次加入淀粉溶液（pH=9.19和11.68，质量浓度60 mg/L）、油酸钠溶液（pH=11.68，质量浓度160 mg/L），玉米淀粉和油酸钠吸附在磁铁矿石英晶体传感器表面后产生的频率改变量（Δf）和能量耗散改变量（ΔD）可提供一些关于药剂薄膜的性质及药剂对磁铁矿表面吸附量的信息。吸附的药剂量与频率改变量成正比关系［11］，玉米淀粉和油酸钠溶液在磁铁矿芯片上吸附的频率改变量见图11。

由图11可见，在弱碱性条件下，添加淀粉溶液后，频率改变量先升高后降低，说明淀粉在磁铁矿表面有轻微的吸附作用，随着强碱性油酸钠溶液的加入，溶液中的RCOO-使得吸附少量淀粉的薄膜厚度显著增大后维持稳定，油酸根离子陷入吸附在磁铁矿表面的淀粉内或吸附在磁铁矿表面；在强碱性条件下，添加淀粉溶液后，频率改变量先降低后升高，说明淀粉在磁铁矿表面有没有发生吸附作用，随着油酸钠溶液的加入，溶液中的RCOO-使得磁铁矿表面的薄膜厚度显著增大后显著降低，并且低于去离子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁铁矿表面并使磁铁矿表面疏水。

对于厚度较薄并且致密度较高的薄膜，ΔD值几乎没有多大的改变；相反，对于一些厚度较厚并且黏弹性较大的薄膜，ΔD值会有较大的变化［11］，玉米淀粉和油酸钠溶液在QCM-D的磁铁矿芯片上吸附的能量耗散改变量见图12。

由图12可见，在弱碱性条件下，添加淀粉溶液后，能量耗散改变甚小，说明淀粉在磁铁矿表面吸附层厚度较薄或表面结构致密；随着油酸钠溶液的加入，能量耗散急剧增加，说明溶液中的RCOO-使得吸附在磁铁矿表面的少量淀粉薄膜形成较厚且黏弹性较大的薄膜或吸附在磁铁矿表面。在强碱性条件下，添加淀粉溶液后，能量耗散改变甚小，说明淀粉在磁铁矿表面没有发生吸附作用或吸附结构致密；随着油酸钠溶液的加入，溶液中的RCOO-使得磁铁矿表面的薄膜黏弹性显著增大后形成致密的表面薄膜。

综上所述，在弱碱性条件下，添加淀粉溶液，磁铁矿表面有轻微或结构致密的吸附作用；添加强碱性油酸钠溶液，油酸根离子陷入吸附在磁铁矿表面的淀粉内或吸附在磁铁矿表面，形成黏弹性较大的吸附层。在强碱性条件下，添加淀粉溶液对磁铁矿没有吸附作用；添加强碱性油酸钠溶液，使得磁铁矿表面的薄膜厚度显著增大后显著降低，并且低于去离子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁铁矿表面并且使得磁铁矿表面疏水。

4 结论

（1）当抑制剂淀粉用量为200～600 g/t时，先抑制后调整的精矿品位高于先调整后抑制工艺，先抑制后调整的精矿回收率低于先调整后抑制工艺，先抑制后调整的分选效率与先调整后抑制工艺相当；当抑制剂淀粉用量800～2 200 g/t时，先抑制后调整的精矿品位、回收率和分选效率均显著高于先调整后抑制工艺。

（2）在弱碱性条件下，添加淀粉溶液，磁铁矿表面有轻微或结构致密的吸附作用；添加强碱性油酸钠溶液，油酸根离子陷入吸附在磁铁矿表面的淀粉内或吸附在磁铁矿表面，形成黏弹性较大的吸附层。

（3）在强碱性条件下，添加淀粉溶液对磁铁矿没有吸附作用；添加强碱性油酸钠溶液，使得磁铁矿表面的薄膜厚度显著增大后显著降低，并且低于去离子水吸附的厚度，油酸根吸附在磁铁矿表面并且使得磁铁矿表面疏水。