新型螯合捕收剂DXS对细粒锡石捕收性能的研究*

朱一民　毛　毛　苗美云　刘　杰

(东北大学资源与土木工程学院)



新型螯合捕收剂DXS对细粒锡石捕收性能的研究*

朱一民毛毛苗美云刘杰

(东北大学资源与土木工程学院)

摘要细粒锡石采用传统选矿工艺难以得到较好的回收效果，而浮选则成为有效回收细粒锡石的重要方法之一。东北大学试验室自主研制了一种新型螯合捕收剂DXS，以-23 μm细粒锡石为试样对捕收剂DXS捕收性能进行了试验研究，并借助动电位检测和红外光谱检测对DXS与细粒锡石的作用机理进行了探讨。试验表明：以DXS为捕收剂，在pH值为5.5、捕收剂用量为130 mg/L、温度为25 ℃时，可以获得较好的捕收效果。Zeta电位及红外光谱检测结果表明：捕收剂DXS与锡石之间存在微弱的键合吸附以及氢键作用，新型螯合捕收剂DXS是一种可以常温使用的捕收细粒锡石的高效捕收剂。

关键词螯合捕收剂锡石浮选性能作用机理

锡石密度大于其他共生矿物，因此重选为锡石回收的传统选矿工艺。同时锡石性脆易碎，在磨矿过程中极易发生过粉碎而损失在矿泥中；当锡石粒度小于19 μm时，重选回收的效率大幅度下降，浮选的有效回收下限粒度较重选的低，所以锡石浮选成为回收细粒锡石的有效方法和提高锡矿资源利用率的重要途径[1-4]。浮选回收细粒锡石的效果很大程度上取决于所用捕收剂性能的好坏。长期以来，人们一直把锡石捕收剂的研究放在锡石浮选研究的首位[5]。

近年来，国内外学者就细粒锡石浮选进行了大量的工作，其工作重点集中于细粒锡石捕收剂的研发和浮选技术的优化与改善等方面[4]。为了对细粒锡石进行高效的回收，东北大学试验室自主研发了具有较好捕收性能的新型螯合捕收剂DXS，为检验该药剂的捕收性能，对锡石单矿物进行了浮选试验，并获得了满意的试验效果。

1试验原料和试验方法

1.1试验原料

试验所用锡石单矿物经破碎、拣选、细磨、摇床重选、水利沉降等方法得到锡石矿样，经盐酸浸泡后用去离子水反复清洗至中性，烘干后移入广口瓶保存备用。试样的化学组成分析结果见表1，XRD分析图谱见图1。

表1锡石单矿物化学组成分析结果

%

由表1可见，锡石的含量为97.65%，其他杂质含量较低，可用于试验。

图1　锡石的XRD分析图谱

1.2试验方法

锡石单矿物浮选试验采用单因素试验法，所用浮选机为XFGII50型挂槽浮选机，主轴转速为1 980 r/min。用电子天平称取2.00 g锡石矿样，放入盛有适量去离子水的40 mL浮选槽中，搅拌3 min，用NaOH和HCl溶液调节矿浆pH值并用台式pH值计进行测量，搅拌3 min后加入捕收剂，再搅拌3 min后进行浮选刮泡，刮泡时间为5 min，最后将试验所得的泡沫产品和槽底产品分别烘干、称量，计算锡石的浮选回收率。试验流程见图2。

图2　锡石单矿物浮选试验流程

2试验结果及讨论

2.1DXS体系下的pH值试验

在矿浆温度为25 ℃、矿浆浓度为10%、捕收剂用量为90 mg/L的条件下进行pH值试验。pH值对回收率的影响见图3。

图3　pH值对锡石浮选回收率的影响

由图3可见，在pH值为3.5～5.5时，锡石回收率从87.90%提高到92.06%，后随pH值升高到9.5，锡石回收率变化不大，然后回收率随pH增大开始下降；综合考虑浮选时锡石的上浮情况，浮选最佳pH值为5.5，此时回收率为92.06%。

2.2DXS体系下的捕收剂用量试验

在矿浆温度为25 ℃、矿浆浓度为10%、矿浆pH值为5.5的条件下进行捕收剂用量试验，DXS用量对回收率的影响见图4。

图4　DXS用量对锡石浮选回收率的影响

由图4可见，当药剂用量为10 mg/L时，回收率仅为14.84%；随药剂用量的增加，回收率迅速提高，当药剂用量为70 mg/L时，回收率已达92.56%；继续增加药剂用量，回收率提高，当用药量为130 mg/L时，回收率达97.01%；根据试验结果，确定捕收剂DXS的最佳用量为130 mg/L，此时回收率为97.01%。

2.3DXS体系下的温度试验

在矿浆浓度为10%、捕收剂用量为130 mg/L、矿浆pH值为5.5的条件下进行温度试验，温度对回收率的影响见图5。

图5　温度对锡石浮选回收率的影响

由图5可见，当温度为15 ℃时，浮选回收率为94.88%，随温度的升高，回收率提高，到25℃时回收率为97.01%，继续升高温度，回收率保持不变；由此可见，在低温条件下该捕收剂也能保证一定的溶解度与分子活性，对细粒锡石具有较好的捕收效果；因此浮选矿浆最适宜的浮选温度为25℃，可获得的最大回收率为97.01%。

3机理分析

3.1动电位检测与讨论

根据矿物表面荷电机理，在破碎、磨矿过程中，锡石晶体内无脆弱交界面层，必须沿Sn-O键断裂，形成Sn+和Sn-O-活性位点，即锡石表面同时存在荷正电和荷负电的化学活性位点；-Sn+处存在与OH-的吸附与解吸平衡，而Sn-O-处存在与H+的吸附与解吸平衡，随着溶液pH值的不同，二者程度不同。所以改变体系的pH值会影响矿样表面的荷电性质。捕收剂DXS条件下锡石Zeta电位与pH值关系曲线见图6。

图6　捕收剂DXS下锡石ζ电位与pH值关系

由图6可见，锡石的零电点在4.2左右，即矿物表面在pH值<4.2时荷正电，反之荷负电；在与DXS作用后，锡石矿物表面的动电位发生了一定程度的改变，说明捕收剂在矿物表面不仅发生了吸附，而且改变了细粒锡石的荷电状态(荷负电量减少)。

3.2红外光谱检测与讨论

锡石单矿物的红外光谱见图7，捕收剂DXS的红外光谱见图8，吸附药剂DXS后锡石的红外光谱见图9。

图7　锡石的红外光谱图

由图7可见，639.36 cm-1及515.80 cm-1处出现的强吸收峰是Sn-O的特征吸收峰；3 445.77 cm-1及1 632.01 cm-1处出现的吸收峰，主要是锡石表面吸附的水分子中O-H伸缩振动和弯曲振动所致。

图8　捕收剂DXS的红外光谱图

由图8可见，在3 436.06 cm-1处的吸收峰较强较宽，说明此处可能存在O-H和N-H的伸缩振动； 2 923.30 cm-1和2 854.73 cm-1处的吸收峰分别是 -CH3的C-H不对称伸缩振动和-CH2的C-H对称伸缩振动峰；1 575.10 cm-1和721.54 cm-1处的吸收峰分别是N-H的面内弯曲振动和面外弯曲振动；1 085.91 cm-1是C-N伸缩振动峰。

由图9可见，锡石红外光谱中3 445.77 cm-1处吸收峰偏移至3 441.28 cm-1，1 632.01 cm-1处吸收峰偏移至1 630.30 cm-1，均发生红移，即振动减弱，说明锡石表面-O-与DXS的OH之间发生氢键作用；同时，对于锡石Sn-O键波数从 639.36 cm-1降低至636.57 cm-1，发生红移，说明锡石表面与药剂DXS发生微弱的键合吸附。

图9　锡石与捕收剂DXS作用后的红外光谱图

4结语

(1)通过试验表明，在pH值为5.5、捕收剂用量为130 mg/L、温度为25 ℃时，新型DXS捕收剂对细粒锡石可以获得较好的捕收效果。

(2)Zeta电位检测表明，细粒锡石在pH值为4.2时都荷负电；而与捕收剂DXS作用之后，在pH值为4.2时，细粒锡石Zeta电位有增大趋势，说明DXS与锡石表面不仅发生了吸附，而且改变了细粒锡石的荷电状态(荷负电量减少)。

(3)红外光谱检测以及Zeta电位检测结果表明，捕收剂DXS与锡石之间存在微弱的键合吸附以及氢键作用。

参考文献

[1]吕中海，胡卫波，张俊，等.锡矿石选矿工艺研究现状与进展[J].现代矿业，2009(10)：19-22.

[2]周少珍，孙传尧.锡石选矿进展[J].国外金属矿选矿，2002(8)：10-14.

[3]张慧.组合捕收剂浮选细粒锡石作用机理及应用研究[D].长沙：中南大学，2010.

[4]刘杰，韩跃新，朱一民，等.细粒锡石选矿技术研究进展及展望[J].金属矿山，2014(10)：76-81.

[5]程建国，朱建光.应用基团电负性理论计算和同分异构原理发展新型锡石捕收剂[J].矿冶工程，1986，6(4)：18-21.

(收稿日期2016-01-21)

*国家自然科学基金项目(编号：51274056、51474055)；国家自然科学基金青年科学基金项目(编号：51204035)。

朱一民(1964—)，女，教授，博士，110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号。