介绍一种抗硬水性磷矿常温浮选捕收剂

1捕收剂制备

1.1 醚烷基磷酸酯的合成

将脂肪醇聚氧乙烯醚加人250 mL三颈瓶中，加温熔解，加人少量正磷酸，然后加人P2O5，升温至80～90℃。反应4 h，酯化完后趁热用100目不锈钢筛网过滤，即得产品[Rm(OC2H4)nO]2P(O)OH。

原料不同(R结构及m，n不同)，所得产物相应有别。将产品进行性能测试后得到复配所需醚烷基磷酸酯捕收剂(AEP )。反应所得产物均经红外光谱测试确认。

1.2 主要性质

AEP可用通式[Rm(OC2H4)nO]2P (O) OH表示。m值为12～18，n值为3～9，平均分子量为1002，密度为0.91 g/cm3(25℃)。外观为淡黄色黏稠状熔融物，属于可在水中分散级聚乙氧基酯。按照GB/T7831-93标准，测得AEP抗硬水评定分值为69分，而油酸钠为42分。可见AEP抗硬水性能优于油酸钠。25℃时表面张力为42.6 mN/m(浓度50 mg/L),AEP有较好的起泡能力，且对pH和温度变化不甚敏感。

2 混合矿浮选试验

2.1 矿样制备及试验方法

矿样采自湖北某磷矿，单矿物磷灰石和方解石经磨碎，用无水乙醇浸泡，蒸馏水清洗，放在干燥器内备用，～5μm级为电泳样，63～106μm粒级作浮选样。将磷灰石与方解石样按 1:1混匀，每次取样1g在单泡管中进行试验，用KNO3调整溶液离子强度，H2SO4和NaOH调整pH值，温度为25℃，气源为干燥的N2气。

2.2 试验结果

2.2.1 pH值对回收率的影响

在试验中AEP用量为50 mg/L，矿浆pH=8。试验结果如(图1)所示。

图1 pH(实线)和AEP用量 (虚线)与回收率关系

1和3-磷灰石;2和4-方解石

由图1可知，在pH < 4时方解石有较好的可浮性，当pH>8时磷灰石有较好的可浮性，在pH 8时两种矿物分选效果最好，捕收剂 AEP用量增加，两种矿物回收率均增加。当用量达到50 mg/L时，磷灰石回收率高达95%，而方解石回收率不到50%。

2.2.2Ca+2浓度对磷灰石回收率的影响

在AEP用量为50 mg/L,温度为25℃时，不同Ca+2浓度对磷灰石浮选的影响见图2。油酸钠作捕收剂的浮选试验结果亦画入图中以供对比。不难看出AEP浮选效果明显优于油酸钠，试验结果表明，它有较好的抗Ca+2干扰能力，水的硬度对其捕收性能影响不大。

图2 Ca2+浓度与磷灰石回收率

3磷矿石浮选试验

用AEP对天然磷矿石进行浮选试验最具实际意义，为此用某磷矿山生产矿石进行了浮选试验，试验矿样化学组成见表1。

表1 原矿主要化学组成

试验是在XFD浮选机中进行，试验流程为开路粗选，试验优化条件为：磨矿细度 63% -0.074mm，药剂添加量(kg/t原矿)：Na2CO3 1.0、水玻璃0.8、WHL-Y 10.8、AEP 0.6。由于研究目的是降低碱耗和实现常温浮选，故重点考查了Na2CO3用量及浮选温度。捕收剂AEP宜在弱碱性介质中使用，随着Na2CO3用量增加，pH值上升，回收率虽有所提高，但精矿品位下降更快，Na2CO3用量取1.0 kg/t为宜。常温浮选试验分别用AEP与脂肪酸皂(棉籽油皂)作捕收剂，浮选磷矿石的对比试验结果见表2。

表2 不同捕收剂浮选对比试验结果

表2中数据说明，在各自最优浮选条件下，两种捕收剂所得指标虽然相近(AEP稍好)，但药耗相差显著，使用AEP作捕收剂时Na2CO3耗量仅为棉籽油皂时的1/6。从 15℃下的浮选指标可看出，AEP具有较好的耐低温性能，这显示了AEP在低碱、低温下的优越性。

4 浮选机理探讨

4.1 吸附特性

醚烷基磷酸酯(AEP)在溶液中存在下列平衡：

[Rm(OC2H4)nO]2P(O)OH→

[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-1 +H+

方解石和磷灰石用AEP溶液处理后，经红外光谱测定，发现方解石的红外光谱除存在方解石的特征吸收峰外，还存在1009.1 cm-1 (vP-O-C。脂肪链)、1166.8 cm-1(vC-O-C) , 1650 cm-1 (vP-O-Ca)附近吸收峰。磷灰石的红外光谱除存在磷灰石特征吸收外，还存在 1030.8 cm-1 (vP-O-C脂肪链)、1096 cm-1(vC-O-C)、1645 cm-1 (vP-O-Ca)、1259.2 cm-1(vP=O)附近吸收峰，这表明经AEP处理后的方解石和磷灰石不仅出现了AEP中某些结构特征吸收峰，还出现了P-O-Ca键的吸收峰，说明AEP与矿物表面发生了化学吸附。除化学吸附外，还存在着物理吸附。随着对矿物洗涤次数的增加，矿物上浮率下降的试验结果可证明这一结论。而pH 8时，AEP吸附试验结果表明，磷灰石对AFP的吸附量大于方解石。

4.2 矿物表面电性与可浮性关系

磷灰石与方解石在纯水及磷矿石矿浆澄清液中的Zata电位与pH值的关系如图3。

图3 Zeta电位变化与pH关系

··… 纯水 — 澄清液

1、2-磷灰石 3、4-方解石

由图3可知，在纯水中磷灰石表面Zata电位比方解石表面Zata电位更负，但在澄清液中却相反。产生该现象的原因是由于澄清液中Ca2+、 PO43-等难免离子所致。由于Ca3 (PO4)2的溶解度远低于CaCO3，电位相对较负的磷灰石表面在其阴离子活性质点优先吸附Ca2+离子，而电位相对较正的方解石表面将优先吸附PO43-离子，加之澄清液中Ca2+浓度比PO43-浓度高很多，于是就产生了表面电位逆转。许多学者的研究也证实了此现象。应该指出，这种表面电位逆转现象虽有利于磷灰石表面吸附[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-，对实现优先浮磷有实际意义，但两种矿物表面性质差异缩小会增加分选难度。因此在磷矿浮选中，调整适宜的矿浆pH值和选择有效的抑制剂是提高分选效率的重要技术措施。

4.3 Ca2+浓度对AEP捕收性能的影响

矿浆中Ca2+和Mg2+对磷矿石浮选产生不利影响已为实践证实。AEP捕收剂对抗Ca2+ 、Mg2+影响的能力远比一般脂肪酸捕收剂强。从图2可以看出，当Ca2+浓度大于200 mg/L后，用油酸钠作捕收剂的磷矿回收率显著下降，而在Ca2+浓度高达600mg/L时，对AEP的捕收能力也影响不大。这表明AEP的抗硬水能力强，受矿浆中Ca2+离子干扰小。究其原因，可能是醚基(氧原子)加人碳链，分子极性增加，溶解度增大，分散能力提高，使得捕收剂在矿浆中的有效成分相对攀高，从而提高了药剂的耐低温性。此外醚基氧原子有未配对的p电子，能与矿物表面金属离子生成氢键而被吸附，特别是分子中有多个乙氧基时，醚基能排列成类似冠醚的结构，吸附在矿物表面，使得烷基疏水性仍能保持良好的捕收性，补偿了因极性增强而削弱了的捕收性。此外，极性基中引入p原子有利于提高药剂选择性。

5 结束语

醚烷基磷酸脂(AEP)具有较强的抗硬水、对Ca2+、Mg2+离子影响不敏感，同时还有一定的耐低温能力。在弱碱性介质和低温矿浆中作磷矿捕收剂，有较好的选择性捕收能力。比用常用的脂肪酸类捕收剂浮选时的碱耗明显下降。同时节省了加温用煤耗，对降低磷矿选矿成本有明显作用。醚烷基磷酸脂与磷石灰和方解石表面存在着化学吸附和物理吸附，在pH= 8时，磷灰石和方解石较易分选。捕收剂有效成分为[Rm(OC2H4)nO]2P(O)O-。

参考文献：

西尔弗斯坦RM，巴勒斯GC,莫里尔TC.有机化合物光谱鉴定[M].北京：科学出版社.1982

邵绪新，郭梦雄.有色金属(选矿部分)，1993(5)：14～18

Somasundanan，等.国外金属选矿，1993(4)：40～45