CN107442287A - 一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂，属于选矿技术领域。在钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中使用如式Ⅰ所示的双子星座表面活性剂作为捕收剂。式Ⅰ中：R1和R2为具有8～20个碳的烃基；X为Cl、Br或I。该双子星座表面活性剂作为捕收剂，其分子中具有两个亲矿物基团，与矿物表面的作用能力更强，对目标矿物的选择性更好；具有两个疏水性基团，增加捕收剂的疏水能力，对目标矿物的捕收能力更强，相对现有技术中常用浮选捕收剂能有效提高浮选效率和回收率等特点；同时，由于分子中含有酰胺基，其具有生物降解性能好、毒性小、对环境友好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及选矿技术领域，特别是指一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂
背景技术
续黄药和脂肪酸被开发利用之后，阳离子表面活性剂于1935年首次在浮选工业中应用。在浮选领域中，阳离子表面活性通常用作氯化钾、硅酸盐矿物、碳酸盐矿物等矿物的捕收剂，因此其在钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中应用广泛，取得了较理想的选别效果。
目前，国内外常用的阳离子捕收剂大多数为胺类捕收剂，主要包括脂肪胺、季铵盐、醚胺、胍类化合物。Laskowski等综述了用于钾盐矿浮选的长链脂肪伯胺(见结构式a)阳离子捕收剂。他们指出，长链脂肪伯胺捕收剂在饱和盐溶液的存在形态和烃链长度对其浮选性能影响很大(International Journal of Mineral Processing,2015,144:50-55；Minerals Engineering,2013,45:170-179)。曹沁波等研究了脂肪伯胺对氯化钾与氯化钠的浮选分离，并通过光谱学和分子动力学模拟研究了其在矿物表面的吸附模型(MineralsEngineering,2011,24(2):108-114；Minerals Engineering,2010,23(5):365-373)。Vieceli等研究了十二烷基伯胺在锂云母矿浮选中的应用(International Journal ofMinerals,Metallurgy and Materials,2016,23(7):731-742)。陈明星等采用椰油胺为捕收剂，考察了其在宜春钽铌矿锂云母浮选的工业应用(有色金属(选矿部分),2005,(2):6-8)。邓海波等研究了三种烷基季铵盐(见结构式b)和十二胺对锂云母浮选行为的影响(非金属矿，2012，35(6)：23-25)。Lima等应用烷基醚胺(见结构式c)对铁矿石进行反浮选脱硅(Minerals Engineering,2013,45:180-184)。黄志强等采用新型双季铵盐类化合物乙烷-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵)对铁矿石进行反浮选脱硅，并对比了其与传统捕收剂十二胺浮选性能的差异。研究表明，新型双季铵盐类化合物乙烷-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵)对铁矿石的反浮选脱硅效果强于十二胺。双季铵类捕收剂的极性基团-CH2N+(CH3)2(CH2)2(CH3)2N+CH2-很高的正的净电荷值，以及强表面活性，使其对铁矿石具有更好的反浮选脱硅能力(Chemical Engineering Journal，2014，257：218-228)。钟宏等系统研究了十二烷基胍(见结构式d)、十二烷基三甲基氯化铵和十二胺三种阳离子捕收剂对铝土矿的反浮选脱硅行为和作用机理。结果显示，十二烷基胍对铝土矿反浮选脱硅的效果优于十二烷基三甲基氯化铵和十二胺，三种阳离子捕收剂对铝硅酸盐矿物的作用主要是静电作用(Minerals Engineering，2008，21：1055-1061)。王毓华等以十六烷基三甲基溴化铵为捕收剂，对铝土矿进行反浮选脱硅，在捕收剂用量为500g/t，矿浆pH为6-7的条件下，可得到铝硅比超过9.3的精矿，其中氧化铝的回收率可达76％(Journal of Central SouthUniversity of Technology，2003，10(4)：324-328)。专利CN102259062A公开了有机硅季铵盐类化合物(见结构式e)的制备方法，以及其在氯化钾与氯化钠的浮选分离和铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中的应用。专利CN101337204公开了双季铵盐类化合物(见结构式f)在铝土矿、铁矿石反浮选脱硅中作为浮选捕收剂的应用。上述文献公开的有关阳离子捕收剂在钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中的应用各有特点，但尚存在一定的不足，主要表现为捕收剂生物降解性能差，毒性较大，容易对环境造成污染。
R-NH2(结构式a：脂肪伯胺)
(结构式b：烷基季铵盐)
R-O-(CH2)3-NH2(结构式c：烷基醚胺)
(结构式d：十二烷基胍)
(结构式e：有机硅季铵盐类化合物)
(结构式f：双季铵盐类化合物)
目前，有关分子内含有取代酰胺基的双子星座表面活性剂的研究，仅限于这类化合物的合成、表面活性以及物理化学性质(化学推进剂与高分子材料,2008,6(4):46-48；化学研究与应用,2013,25(6):793-797；影像科学与光化学,2016,34(4):364-370)。陶明山等报道了如式Ⅰ所示的双子星座表面活性剂的合成、表面活性、泡沫性能和Krafft点(化学研究与应用,2013,25(6):793-797)，而现有技术中其在浮选中作为浮选捕收剂的应用目前还未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂。
该双子星座表面活性剂结构如式I所示：
式Ⅰ中：R1和R2为具有8～20个碳的烃基；X为Cl、Br或I。
双子星座表面活性剂作为捕收剂在钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中使用。
双子星座表面活性剂作为捕收剂时，浮选矿浆pH值为2～12；双子星座表面活性剂的用量范围为30～700g/t。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明首次将如式Ⅰ所示的双子星座表面活性剂作为浮选捕收剂，其优点在于：(1)其分子中具有两个亲矿物基团，与矿物表面的作用能力更强，对目标矿物的选择性更好；(2)其分子中具有两个疏水性基团，增加捕收剂的疏水能力，对目标矿物的捕收能力更强，可以强化钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂的效果。(3)由于分子中含有酰胺基，其具有生物降解性能好、毒性小、对环境友好的特点。
附图说明
图1为双子星座表面活性剂在浮选氯化钾纯矿物的工艺流程图；
图2为二溴化-双[3-(N,N-二甲基十八烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在钾盐矿浮选中应用的工艺流程图；
图3为二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在锂云母矿石浮选中应用的工艺流程图；
图4为二溴化-双[3-(N,N-二甲基十四烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在铁矿石反浮选脱硅除杂中应用的工艺流程图；
图5为二氯化-双[3-(N,N-二甲基十六烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在铝土矿反浮选脱硅除杂中应用的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂，该双子星座表面活性剂结构如式I所示：
式Ⅰ中：R1和R2为具有8～20个碳的烃基；X为Cl、Br或I。
下面结合具体实施例对该双子星座表面活性剂作为捕收剂的应用予以说明。
实施例1：双子星座表面活性剂在浮选氯化钾纯矿物中的应用
将粒度为-0.15mm～+0.074mm的氯化钾纯矿物2.0g置于40mL浮选槽中，加入30mL饱和氯化钾溶液，搅拌2min使其混合均匀，在捕收剂用量为40g/t的条件下进行浮选，浮选工艺流程图见图1。本发明中的两种双子星座捕收剂与常用的两种捕收剂十六胺、十八胺的浮选对比试验结果见表1。由表1可见，双子星座捕收剂对氯化钾的捕收能力明显强于常用的两种脂肪胺捕收剂。
表1捕收剂浮选纯矿物对比实验结果
实施例2：二溴化-双[3-(N,N-二甲基十八烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在钾盐矿浮选中的应用
青海某钾盐矿矿样，原矿含KCl 9.56％、NaCl 51.93％，加入饱和卤水将矿石磨矿至-1mm占95％，浮选矿浆浓度25％，在淀粉用量200g/t，捕收剂用量100g/t，起泡剂2号油用量50g/t条件下，进行钾盐矿粗选浮选，扫选加入捕收剂40g/t，一次精选加入淀粉用量60g/t，二次精选加入淀粉用量40g/t，三次精选加入淀粉用量40g/t，浮选工艺流程图见图2。本发明中的双子星座表面活性剂二溴化-双[3-(N,N-二甲基十八烷基铵)丙烷]-丙二酰胺与常用的捕收剂十八胺的浮选对比试验结果见表2。由表2可知，与常用的捕收剂十八胺相比，使用双子星座表面活性剂二溴化-双[3-(N,N-二甲基十八烷基铵)丙烷]-丙二酰胺时，氯化钾精矿中KCl的回收率提高了6.89个百分点，KCl的品位提高了2.53个百分点，NaCl的品位降低了0.86个百分点。
表2捕收剂浮选钾盐矿对比试验结果
实施例3：二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在锂云母矿石浮选中的应用
某钽铌矿钽铌的重选尾矿主要有用矿物是锂云母，含Li2O 0.86％，粒度为-0.074mm占30％，加水调浆至30％的质量浓度，加入1800g/t硫酸，180g/t二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺，进行锂云母矿粗选浮选，扫选加入60g/t二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺，采用一次粗选、一次扫选、两次精选的浮选工艺流程，浮选工艺流程图见图3。本发明中的双子星座表面活性剂二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺与常用的捕收剂十二胺的浮选对比试验结果见表3。由表3可知，与常用捕收剂十二胺相比，采用双子星座表面活性剂二氯化-双[3-(N,N-二甲基十二烷基铵)丙烷]-丙二酰胺，锂云母精矿中Li2O的回收率提高了7.3个百分点，Li2O的品位提高了0.18个百分点。
表3捕收剂浮选锂云母矿对比试验结果
实施例4：二溴化-双[3-(N,N-二甲基十四烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在铁矿石反浮选脱硅除杂中的应用
某铁矿石磁选精矿含Fe 63.57％、SiO2 9.75％，将矿石磨矿至-0.037mm占80％，浮选矿浆浓度30％，加入淀粉1200g/t，捕收剂用量200g/t，进行粗选浮选，扫选加入60g/t捕收剂，一次精选加入淀粉600g/t，二次精选加入淀粉400g/t，三次精选加入淀粉300g/t，浮选工艺流程图见附图4。本发明中的双子星座表面活性剂二溴化-双[3-(N,N-二甲基十四烷基铵)丙烷]-丙二酰胺与常用的捕收剂十四胺的浮选对比试验结果见表4。由表4可知，与常用捕收剂十四胺相比，采用双子星座表面活性剂二溴化-双[3-(N,N-二甲基十四烷基铵)丙烷]-丙二酰胺，铁精矿中Fe的回收率提高了3.77个百分点，Fe的品位提高了1.05个百分点，SiO2的品位降低了0.83个百分点。
表4捕收剂浮选铁矿对比试验结果
实施例5：二氯化-双[3-(N,N-二甲基十六烷基铵)丙烷]-丙二酰胺在铝土矿反浮选脱硅除杂中的应用
某铝土矿矿样，原矿含Al2O3 58.89％，SiO2 11.56％，铝硅比A/S 5.09，将矿石磨矿至-0.074mm占80％，浮选矿浆浓度35％，在淀粉用量2800g/t，捕收剂用量210g/t条件下，进行铝土矿粗选浮选，一次扫选加入淀粉2000g/t，捕收剂160g/t，二次扫选加入淀粉1800g/t，捕收剂120g/t，浮选工艺流程图见图5。本发明中的双子星座表面活性剂二氯化-双[3-(N,N-二甲基十六烷基铵)丙烷]-丙二酰胺与常用的捕收剂十二烷基三甲基氯化铵的浮选对比试验结果见表5。由表5可知，与常用的捕收剂十二烷基三甲基氯化铵相比，使用双子星座表面活性剂二氯化-双[3-(N,N-二甲基十六烷基铵)丙烷]-丙二酰胺时，铝土矿精矿中Al2O3的回收率提高了6.28个百分点，铝硅比A/S提高了0.29。
表5捕收剂浮选铝土矿对比试验结果
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于矿物浮选的双子星座表面活性剂，其特征在于：该双子星座表面活性剂结构如式I所示：
式Ⅰ中：R1和R2为具有8～20个碳的烃基；X为Cl、Br或I。
2.根据权利要求1所述的用于矿物浮选的双子星座表面活性剂，其特征在于：所述双子星座表面活性剂作为捕收剂在钾盐矿、锂云母矿石浮选或铁矿石、铝土矿反浮选脱硅除杂中使用。
3.根据权利要求1所述的用于矿物浮选的双子星座表面活性剂，其特征在于：所述双子星座表面活性剂作为捕收剂时，浮选矿浆pH值为2～12；双子星座表面活性剂的用量范围为30～700g/t。
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