CN112657681B - 阳离子捕收剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阳离子捕收剂及其制备方法和应用。阳离子捕收剂，其结构通式为：

；其中，R₁和R₂各自独立的为烃基。阳离子捕收剂的制备方法，包括：将包括酯类化合物、有机胺类化合物、碱性化合物和溶剂在内的原料混合，反应得到所述阳离子捕收剂。阳离子捕收剂的应用，用于铁矿石脱硅、菱镁矿脱硅、磷矿脱硅、长石浮选、石英浮选或硅酸盐浮选。本申请提供的阳离子捕收剂，具有捕收能力强、选择性好的优点，在铁矿反浮选脱硅、磷矿反浮选脱硅、长石和石英的分离以及菱镁矿脱硅等浮选脱硅过程中可以有效替代十二胺等常规捕收剂，有助于提高浮选精矿品位，提升我国矿产资源综合利用率。该阳离子捕收剂原料易得，制备工艺简单，成本低廉。

Description

阳离子捕收剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及矿物浮选领域，尤其涉及一种阳离子捕收剂及其制备方法和应用。

背景技术

矿产资源是一种十分重要的非再生自然资源，是人类生存和社会发展不可或缺的物质基础，是经济发展的重要保证，随着经济的发展和社会的进步，矿产资源逐渐呈现出“贫、细、杂”的特征，脉石与有用矿物之间的分离难度逐渐加大，已经逐渐成为经济发展的瓶颈。

脉石矿物是矿石中不能利用的矿物集合体，石英和硅酸盐作为主要的脉石矿物，普遍存在于各种金属矿和非金属矿中，是选矿中非常常见的脉石矿物。浮选是分离脉石和有用矿物最常见的方法之一，其中浮选药剂是决定浮选效果的关键因素。

现有阳离子反浮选工艺发展相对缓慢，捕收剂种类偏少，而且现有捕收剂在浮选过程中存在药剂配置不便、泡沫黏性大、选择性差等缺点，严重阻碍了该工艺的推广和应用。因此，设计一种新型、高效的阳离子捕收剂，完善阳离子反浮选工艺，对合理利用有限的铁矿资源具有重要意义。

现有阳离子捕收剂主要是十二胺或其他长碳链脂肪胺为主，同时经过多年研究已经开发出了多元胺、多元醚胺、叔胺类、季铵盐、烷基胍等，极大的推动了阳离子捕收剂的发展。目前人们对于阳离子捕收剂的研究主要集中于醚胺和季铵盐的研究，这些方向仍具有合成困难、成本高等缺点。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子捕收剂及其制备方法和应用，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种阳离子捕收剂，其结构通式为：

；

其中，R₁和R₂各自独立的为烃基。

优选地，所述R₁和所述R₂各自独立的为C1-C8的直链烷基、环烷基或烯基。

优选地，所述R₁为正丁基或正戊基，所述R₂为乙基、正丙基或正丁基。

一种所述的阳离子捕收剂的制备方法，包括：

将包括酯类化合物、有机胺类化合物、碱性化合物和溶剂在内的原料混合，反应得到所述阳离子捕收剂。

优选地，所述反应的反应式为：

，

其中，R₃为C1-C8的直链烷基、环烷基、烯基或芳基。

优选地，所述碱性化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钠中的一种或多种。

优选地，所述溶剂包括水；

优选地，所述水的用量为15-60mL/0.1mol所述有机胺类化合物。

优选地，所述酯类化合物、所述有机胺类化合物和所述碱性化合物的摩尔比为1:（1.1-1.3）:（2.1-2.5）。

优选地，所述反应的温度为15-70℃，时间为10-300min。

一种所述的阳离子捕收剂的应用，用于铁矿石脱硅、菱镁矿脱硅、磷矿脱硅、长石浮选、石英浮选或硅酸盐浮选。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本申请提供的阳离子捕收剂，含有酰胺基团和胺基，使其具有良好的浮选选择性；

本申请提供的阳离子捕收剂的制备方法，通过酯类化合物和有机胺类化合物在碱性化合物存在情况下反应得到阳离子捕收剂，工艺简单、原料易得，成本低；

本申请提供的阳离子捕收剂，可以广泛应用于铁矿石脱硅、菱镁矿脱硅、磷矿脱硅、长石和石英等多种矿物的浮选分离过程中，用以提升精矿品位，提升矿产资源综合利用率。

具体实施方式

如本文所用之术语：

“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。

本申请提供一种阳离子捕收剂，其结构通式为：

；

其中，R₁和R₂各自独立的为烃基。

优选地，所述R₁和所述R₂各自独立的为C1-C8的直链烷基、环烷基或烯基。

优选地，所述R₁为正丁基或正戊基，所述R₂为乙基、正丙基或正丁基。

本申请还提供一种所述的阳离子捕收剂的制备方法，包括：

将包括酯类化合物、有机胺类化合物、碱性化合物和溶剂在内的原料混合，反应得到所述阳离子捕收剂。

优选地，所述反应的反应式为：

，

其中，R₃各自独立的为C1-C8的直链烷基、环烷基、烯基或芳基。

优选地，所述碱性化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钠中的一种或多种。

优选地，所述溶剂包括水；

优选地，所述水的用量为15-60mL/0.1mol所述有机胺类化合物。

可选地，所述水的用量可以为每0.1mol所述有机胺类化合物对应15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL、60mL以及15-60mL/0.1mol所述有机胺类化合物之间的任一值。

优选地，所述酯类化合物、所述有机胺类化合物和所述碱性化合物的摩尔比为1:（1.1-1.3）:（2.1-2.5）。

可选地，所述酯类化合物、所述有机胺类化合物和所述碱性化合物的摩尔比可以为1：1.1：2.1、1：1.1：2.2、1：1.1：2.5、1：1.2：2.2、1：1.2：2.3、1：1.2：2.5、1：1.3：2.1、1：1.3：2.2、1：1.3：2.4、1：1.3：2.5以及1:（1.1-1.3）:（2.1-2.5）之间的任一值。

优选地，所述反应的温度为15-70℃，时间为10-300min。

可选地，所述反应的温度可以为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃以及15-70℃之间的任一值，时间可以为10min、50min、100min、150min、200min、250min、300min以及10-300min之间的任一值。

一种所述的阳离子捕收剂的应用，用于铁矿石脱硅、菱镁矿脱硅、磷矿脱硅、长石浮选、石英浮选或硅酸盐浮选。

下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

首先，对本申请提供的阳离子捕收剂的反应式进行介绍，具体如下：

；

其中，R₁和R₂各自独立的为烃基。

实施例1

本实施例提供一种阳离子捕收剂，其制备方法如下：

向反应容器中加入40mL的水，在搅拌状态下加入0.22mol的氢氧化钠，之后加入0.12mol的丙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的戊酸甲酯，全部加入之后升温至45℃，搅拌50分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-01。

其结构式如下所示：

。

实施例2

本实施例提供一种阳离子捕收剂，其制备方法如下：

向反应容器中加入60mL的水，在搅拌状态下加入0.33mol的氢氧化钠，之后加入0.20mol的乙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的己酸甲酯，全部加入之后升温至55℃，搅拌100分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-02。

其结构式如下所示：

。

实施例3

本实施例提供一种阳离子捕收剂，其制备方法如下：

向反应容器中加入80mL的水，在搅拌状态下加入0.48mol的碳酸钠，之后加入0.24mol的乙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的戊酸乙酯，全部加入之后升温至45℃，搅拌120分钟，然后将溶液加热到100℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-03。

其结构式如下所示：

。

实施例4

向反应容器中加入50mL的水，在搅拌状态下加入0.32mol的氢氧化钾，之后加入0.16mol的丁二胺，待其充分溶解后，再加入0.12mol的己酸乙酯，全部加入之后升温至55℃，搅拌120分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-04。

其结构式如下所示：

。

实施例5

向反应容器中加入80mL的水，在搅拌状态下加入0.22mol的碳酸钾，之后加入0.12mol的丙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的庚酸甲酯，全部加入之后升温至75℃，搅拌150分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-05。

其结构式如下所示：

。

实施例6

向反应容器中加入80mL的水，在搅拌状态下加入0.22mol的碳酸钾，之后加入0.12mol的丙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的环己烷羧酸甲酯，全部加入之后升温至60℃，搅拌100分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-06。

其结构式如下所示：

。

实施例7

向反应容器中加入80mL的水，在搅拌状态下加入0.22mol的碳酸钾，之后加入0.12mol的丙二胺，待其充分溶解后，再加入0.10mol的油酸甲酯，全部加入之后升温至85℃，搅拌260分钟，然后将溶液加热到90℃进行蒸发，最终所得的固体即为产品XY-07。

其结构式如下所示：

。

对比例1

以十二胺作为捕收剂进行浮选对照试验。

采用本申请提供的新型阳离子捕收剂和对比例1使用的十二胺对我国西北某铁矿磁选铁精矿进行浮选脱硅处理，铁精矿中主要含铁55.45%，二氧化硅含量为12.47%。

在磨矿细度为-0.074mm占60%，矿浆质量浓度为40%的条件下，加入300g/t苛性淀粉作为抑制剂，分别加入新型阳离子捕收剂XY-01、XY-02、XY-03、XY-04、XY-05、XY-06、XY-07和十二胺300g/t进行浮选性能比较，得到的浮选结果如表1所示。

表1 浮选结果

由上表1的结果可看出，相较于使用传统十二胺作为捕收剂，使用本申请所制备的新型阳离子捕收剂对铁矿进行浮选可以明显减少铁精矿在泡沫中的损失，大大提升铁精矿的回收率，提升铁矿资源的综合利用率，本申请所制备的新型阳离子捕收剂是一种优良的阳离子捕收剂。

综上所述，本申请所制备的新型阳离子捕收剂具有捕收能力强、选择性好的优点，在铁矿反浮选脱硅、磷矿反浮选脱硅、长石和石英的分离以及菱镁矿脱硅等浮选脱硅过程中可以有效替代十二胺等常规捕收剂，有助于提高浮选精矿品位。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种阳离子捕收剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子捕收剂的结构通式为：

；

所述制备方法包括：将包括酯类化合物、有机胺类化合物、碱性化合物和溶剂在内的原料混合，反应得到所述阳离子捕收剂；所述酯类化合物、所述有机胺类化合物和所述碱性化合物的摩尔比为1:（1.1-1.3）:（2.1-2.5）；

所述反应的反应式为：

，

其中，所述R₁和所述R₂各自独立的为C1-C8的直链烷基、环烷基或烯基，R₃为C1-C8的直链烷基、环烷基、烯基或芳基。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述R₁为正丁基或正戊基，所述R₂为乙基、正丙基或正丁基。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾和碳酸氢钠中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水；

所述水的用量为15-60mL/0.1mol所述有机胺类化合物。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为15-70℃，时间为10-300min。