红铁矿浮选.docx
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红铁矿浮选
红铁矿浮选
一、浮选概述
浮选是指用药济处理过的矿粒，在空气和水的界面上选择性的附着到气泡上的一种选矿方法。
它是根据矿物表面润湿性的不同进行分选矿物的一种方法。
浮选前先将矿石磨至有用的矿物与脉石矿物基本单体解离。
在磨矿或磨后加水调成矿浆，同进添加必要的药剂，往矿浆中导入空气，以便形成大量的气泡。
一些不易被水润湿即疏水性矿物粒子便附着于气泡上，并同气泡一起浮到矿浆表面形成泡沫层。
另一些容易被水润湿的即亲水性的矿物粒子不附着于气泡，留在矿浆中，将含有特定矿物的矿化泡沫排出，即达到分选的目的。
1、浮选中的几个概念
（1）正浮选：
一般浮选是将有用矿物浮入泡沫产物中，而将脉石留在矿浆中，这样的浮选为正浮选。
（2）反浮选：
在浮选过程中，有时也将脉石矿物浮入泡沫产物中，而将有用矿物留在矿浆中，这样的浮选称为反浮选。
（3）优选浮选：
如矿石中含有两种或两种以上的有用矿物，将有用矿物依次地一个一个的选出为单一精矿的方法。
（4）混合浮选：
如果把有用矿物共同浮出为混合精矿，然后再把混合精矿中的有用矿物一个一个地分开，称为混合浮选。
2、矿物表面的润湿性
（1）润湿现象
固体颗粒表面的润湿性是指固体表面与水相互作用这一界面现象的强弱程度。
被水润湿的程度是固体物料可浮性好坏的最直观标志。
例如，往干净的玻璃板上滴一滴水，这滴水会很快沿玻璃板表面展开，成为平面凸镜的形状。
若往石腊上滴1滴水，这滴水则力图保持球形。
因重力作用使水滴在石腊表面形成一椭圆形水珠，而不展开。
上述现象表明，玻璃易被水润湿，是亲水物质，而石腊则不能被不润湿，是疏水物质。
浮选过程是靠分散在矿浆中的矿粒选择性的附着于气泡上，主要取决于矿物表面是疏水性还是亲水性。
如果矿物表面是亲水的，它与水分子间亲合力很强，则水分子在矿物表面上固着就很牢固，形成稳定的水膜，因而难以附着于气泡上，这种矿物是不能或很难浮的。
相反，疏水性矿物，当矿物颗粒与气泡矿撞接触后，很容易排开水分子发生附着，这种矿物是可浮或易浮的。
（2）润湿接触角
在浮选时，矿物被水润湿是沿着矿物，水和空气三个相触的周边，在润湿周边上任何一点处液气界面的切线与固液界面的切线之间的夹角叫“平衡接触角”。
简称为接触角，用
表示。
见图，
是液气和液固界面夹角。
常见矿物的自然润湿接触角
矿物名称
接触角（度）
菱形硫
78
石墨
60
辉钼矿
60
方解石
20
石英
0～4
云母
0
愈大，疏水性愈强，矿物愈易浮。
矿物表面的润湿性可通过添加药剂加以改变。
因为自然界中只有少数矿物比如硫、石墨、辉钼矿等少数矿物
角大，可浮性好。
二、浮选药剂
浮选药剂是浮选过程中的关键因素，它可以调节矿物表面性质，提高矿物的可浮性和选择性。
根据用途不同浮选药剂基本上分三类：
捕收剂、起泡剂、调整剂。
1、捕收剂：
捕收剂是一种能与矿物表面发生作用的有机药剂。
它附着于矿物的表面上，能增强矿物表面的疏水性，有利于矿物附着到气泡上。
作为捕收剂使用的一般都是异极性的有机化合物，分子的结构中包括两个基—极性基和非极性基。
当药剂与矿物表面作用时，极性基吸附到矿物表面上，非极性基指向水，从而减弱了水分子对矿物表面的作用，使矿物表面的疏水性大大增加，为矿物被扑集于气泡上创造了条件。
根据药剂与矿物表面作用的极性基不同，将捕收剂又分为硫代化合物类捕收剂，烃基酸类捕收剂，胺类捕收剂和油类捕收剂。
硫代化合物类捕收剂主要用来浮选硫化矿物（如方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿等），油类捕收剂主要用于选分天然疏水性很强的矿物如石墨、辉钼矿、煤炭自然硫、滑石等。
下面主要介绍与铁矿浮选有关的捕收剂
（1）有机酸类捕收剂：
目前铁矿浮选实践中常用的为羧酸（脂肪酸）类捕收剂，表达式为RCOOH（Na,K），其次为磺酸类，表达式为RSO3H（Na,K）。
及硫酸类，结构式为ROSO3H（Na,K）。
a）脂肪酸及其皂类：
脂肪酸是红铁矿浮选常用的捕收剂，其典型代表为油酸，分子式为C17H33COOH。
学名是十八碳烯酸。
当油酸中羧基——COOH中的H+被Na+或K+取代时，则称为皂（钠皂或钾皂），通常使用的是钠皂。
其通式为R-COONa（k），结构式为R-C-O-Na+（K+）。
COO-基是脂肪酸类捕收剂的亲因基。
b）氧化石腊皂：
氧化石腊皂是用石油炼制过程中的副产品（含15-40个碳原子的饱和烃类混合物）做原料在150-170°C的温度下，以空气为氧化剂，高锰酸钾为催化剂进行氧化加工及皂化而制得的。
氧化石腊皂的组成可分为脂肪酸，未被氧化的烷烃或煤油和不皂化物等3部分。
其中的脂肪酸是起扑收作用的主要成分，碳链长度随原料和氧化深度而定（一般以C10—C20为宜）。
其中饱和酸占80%，羟基酸占5——10%；未被氧化的高级烷烃或煤油对脂肪酸起稀释作用，使其在浆体中易于分散，同时起辅助捕收作用；不皂化物主要是一些极性物质，如醇、酮和醛等，有起泡作用。
氧化石腊皂中的羟基酸主要是
一羟基酸，也有
一羟基酸。
其结构式为：
R—CH—COOHR—CH—CH2—COOH
OH（
型）OH（
型）
氧化石腊由于主要是饱和酸，且低分子量酸占一定比例，因而扑收性能较低，起泡性能也较差，不宜单独使用。
我国红铁矿浮选的成功经验表明，氧化石腊皂和租塔尔油混合使用（混合比例一般为3：
1），可以取长补短，改善浮选效果。
塔尔油是脂肪酸和树脂酸的混合物，还有一定数量的非酸类的中性物。
c）烃基磺酸（盐）类
结构式R—SO3Na，其中的R为烃基，烷基或环烷基，这类捕收剂是烃类油经浓硫酸作用所得的产品。
例如煤油经过磺化得到了烃基磺酸盐，称为磺化煤油。
以石油副产品为原料经磺化，皂化所得的产品称为石油磺酸盐。
烃链中碳原子数目大于18的烷基磺酸盐才能用作氧化矿物和含氧盐矿物的捕收剂。
磺酸盐与脂肪酸相比，水溶性好，耐低温性能好，抗硬水能力及起泡能力强。
扑收能力和相同碳原子数目的脂肪酸相比稍低，但有较好的选择性。
常用于浮选弱磁性铁矿物、萤石、磷灰石等。
（2）胺类捕收剂
这类捕收剂属阳离子捕收剂，其分子在水中解离后的阳离子与矿物表面的阳离子相互作用，使矿物表面具有疏水性。
胺类捕收剂除具有捕收能力外，尚具有一定的起泡能力。
主要用于浮选石英，铝硅酸盐（绿柱石，锂辉石、长石、云母等）碳酸盐（菱锌矿）及可溶性盐（钾盐等）。
胺类捕收剂是氨的衍生物，按照氨中氢原子被烃基取代数目不同分为第一胺（伯胺），第二胺（仲胺），第三胺（叔胺）、第四胺盐（季胺盐）其结构式为：
其活性基因分别为：
、
、（NH+）
在这四类胺捕收剂分子中，R是脂肪族烷基或芳香族烷基，R的碳原子数在C8—C22之间，R'代表短链烃基（多为甲基-CH3），X代表卤素或其他酸根。
实践证明，胺类捕收剂中以第一胺（伯胺）的捕收效果最好，在红铁矿的硅石反浮选中得到了广泛应用。
胺在水中不易溶解，用胺作捕收剂时，先用盐酸溶解再配成水深液。
胺盐在水中溶解后电离为胺离子和氯离子，而胺离子又水解生成胺分子和H+。
以上表明，水溶液中RNH3+和RNH2的浓度，除与胺盐的浓度有关外，还与溶液的PH值有关。
研究表明，当PH=10.6时，溶液各胺分子与胺离子浓度相等；当PH＜10.6时，则主要以胺离子形态存在；当DH＞10.6时，主要以胺分子形态存在。
十二胺浮选石英时，PH=10.5左右时，浮选效果最好。
混合胺在常温下为淡黄色蜡状，有刺激气味，不溶于水，溶于酸或有机溶剂。
配制时胺与盐酸的摩尔比1：
1或1：
1.5，配料加热水溶化后，再用水稀释成1%—0.1%的溶液。
2、起泡剂
起泡剂的作用在于使矿浆中产生浮选所必须的大量而稳定的气泡。
常用的起泡剂是异极性的表面活性有机物质。
起泡剂在矿浆中以一定的位向吸附在空气与水的界面上，它们极性基指向水，非极性基指向气泡内部。
由于气泡表面吸附有起泡剂分子，所以当气泡互相接触时就不易兼并。
另一方面，由于起泡剂分子的定向吸附作用，使气液界面上的表面张力降低，气泡变得较坚韧和稳定，增强泡沫层的稳定性。
常用的起泡剂是二号油，樟脑油，醇醛等。
铁矿浮选所加捕收剂中具有起泡性能，一般不另加起泡剂。
3、PH调整剂
介质调整剂的作用主要是用来调整矿浆的PH值。
在浮选中为提高矿浆碱度，经常使用石灰或碳酸钠，有时也用苛性钠或硫化钠。
调整矿浆的酸度常用H2SO4，一般配成10%—20%的水溶液使用。
4、抑制剂：
在铁矿（红铁矿）的反浮选中主要是抑制铁矿物浮选石英。
淀粉在红铁矿反浮选过程中，无论是用氯化钙活化石英的脂肪酸反浮选，或是石英的胺反浮选，都是铁矿物的典型抑制剂。
淀粉是高分子醣类化合物，分子式为（C6H10O5）n。
淀粉为白色粉末，不溶于水，一般制成可溶性淀粉（淀粉与苛性钠之比为4：
1，以20倍的水溶解，加热到55°C~90°C，冷却后使用）。
三、铁矿石浮选实例
（一）东鞍山铁矿石
东鞍山铁矿石床随着埋藏深度的不同，矿石大致可分为三种类型：
赤铁石英岩、赤铁石磁铁石英岩和磁铁石英岩。
矿床上部矿石主要为赤铁石英岩，矿石主要成分为假象赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿及石英等。
最先开采的为矿床上部矿石。
选矿方法为浮选。
矿石磨到要求粒度，加苏打为调整剂，在弱碱性介质中使用氧化石腊皂和塔尔油为捕收剂。
苏打用量约1.5-2.0kg/吨，PH=9。
捕收剂用量约700克/吨，氧化石腊皂与塔尔油混合使用，氧化石腊皂与塔尔油比值为3比1。
浮选浓度30~35%，矿浆温度30~32°C，
磨矿细度-200目佔80~85%，选分指标为原矿铁品位32%，精矿铁品位60%，铁回收率75%。
（二）齐大山铁矿石
矿石中主要矿物有假象赤铁矿，半假象赤铁矿、磁铁矿和石英，其次为镜铁矿、黄铁矿、透闪石，普通角闪石、黑云母，还有少量的阳起石，绿泥石、黄铜矿、碳酸盐矿物及褐铁矿。
铁矿物的浸染粒度比较细，其中磁铁矿最细假象赤铁矿居中，半假象赤铁矿较粗。
石英的浸染粒度比铁矿物要粗得多。
试验表明，要达到矿物单体解离，其磨矿细度-200目佔80-90%。
齐大山铁矿产出的矿石、经破碎后-75+25mm粒级用还原焙烧法，将弱磁性铁矿石改变成强磁性铁矿石，-25~0mm粒级用磁选浮选工艺处理。
该粒级矿石铁品位26.66%，FeO含量3.44%，经过两段磨矿，-200目佔85%~88%，量经过一段脱水槽，两段弱磁机产出最终精矿，磁选尾矿进强磁场磁选机，强磁精矿经浓缩脱水后在弱酸性介质中加入石油磺酸盐进行正浮选。
浮选流程包括一次粗选三次精选，得到精矿和尾矿。
弱磁精矿和浮选精矿合并作为最终精矿产出，强磁尾矿和浮选尾矿合并作为最终尾矿。
药剂用量：
石油磺酸钠800克/吨，硫酸用量粗选200克/吨。
一次精选100克/吨，二精选12克/吨，精选作业PH值保持在6.0~6.5。
浮选浓度28-33%，矿浆温度20~-30°C。
捕收剂加入后搅拌时间6′，硫酸加入后搅拌时间只需1′，也可以直接加入到浮选机给矿进浆槽。
浮选时间：
粗选25′，每次精选时间16~30′。
石油磺酸钠易溶于热水，在冷水中溶解很慢，配制时先将药加热到80~90°C使之熔化，配药槽内温度保持在70~80°C，搅拌均匀后给入矿浆。
工业试验指标：
原矿铁品位26.66%，FeO3.44%，精矿铁品位65.04%，铁回收率78.36%，尾矿铁品位8.5%。
（三）胺类捕收剂的反浮选工艺
胺类捕收剂的反浮选工艺目前广泛用于三种情况：
1、磁选精矿的反浮选以得到品位在65%人上的高品位精矿；2、生产超级精矿（即含铁67~68%以上，SiO2＜2%的铁精矿）；3、处理较商品位的原矿。
对于微细浸染的低品位的氧化铁矿石可采用絮凝——脱泥——反浮选工艺。
（1）美国恩派尔选矿厂
矿石中的铁矿物以磁铁矿为主，并含有少量的氧化铁矿物，原矿含铁34%，含磁性铁28-29%。
原矿磨到-0.025mm（500目）佔92~93%后经脱泥磁选，得到含铁63%。
SiO2含量8%的磁选精矿。
为了进一步降低二氧化硅含量，将磁选精矿进行反浮选，反浮选使用两种药剂；胺盐（ADM，MG-62）作捕收剂，用量4.6~23克/吨，用甲基异丁基甲醇作起泡剂，用量为23克/吨。
反浮选仅一次粗选，粗选泡沫作为尾矿抛弃，含铁23%，粗选槽内产品作为精矿，含铁为66.1%，反浮选作业回收率98%。
（2）胺（十二胺）作捕收剂提高磁选精矿品位。
原鞍钢烧结总厂磁选铁精矿品位一般只能达到62~63%，为了提高磁选精矿品位，该厂以合成十二脂肪胺为捕收剂，在中性介质中进行反浮选。
浮选给矿粒度为-200目含量88-92%。
并配合弱磁选机和中磁选机作扫选，使铁精矿品位提高到67——68%，作业回收率达到97~98%左右。
十二胺用量约80~100克/吨，矿浆为中性，不加调整剂，在常温下（20~25°C）下浮选。
处理的对象是磁选精矿，由于磁铁矿与石英的可浮性差异比较大，且磁铁矿中泥含量很少，故不经脱泥，也不用淀粉，碱可以少加或不加，工业试验流程见图
（3）原矿品位较高的红铁矿的脱泥反浮选
巴西萨马尔科选矿厂。
处理矿石原矿含铁53~60%，含二氧化硅10~20%，主要含铁矿物是赤铁矿。
选厂采用的工艺流程见图2。
分选指标：
铁精矿品位67%，STo2＜2%，精矿产率70~80%，铁回收率90%（对原矿）。
浮选作业回收率95%，浮选尾矿品位10~20%。
胺阳离子反浮选工艺制度的要点可以归纳如下：
1）矿石磨到要求粒度后，先经脱泥。
阳离子反浮选对矿泥比较敏感，所以脱泥是一个关键作业，浮选前脱泥经常是必要的；
2）用苛性钠作为调整剂，矿浆PH值调到10.5或更高；
3）以淀粉为抑制剂，抑制铁矿物的浮选并作为它的絮凝剂；
4）胺作为脉石矿物的捕收剂，一般只有几十克；
5）矿浆温度在20~25°C左右，即在常温下浮选。
（四）絮凝—脱泥—反浮选工艺
处理低品位的红铁矿，由于赤铁矿的浸染粒度很细，石英的浸染粒度略粗于赤铁矿，但也有部分石英很细的浸染于赤铁矿中，故需要很细的磨矿细度才能实现赤铁矿与石英的解离。
例如蒂尔登选厂（美国）要求矿石磨到-25um占80%才能实现单体解离。
对于这样细的物科进行脱泥，铁在泥中的损失将是很大的。
原矿品位低又加上磨的细，泥产率就高，泥的品位降不下来，往往使后面的阳离子反浮选作业得不到满意的技术指标。
所以对低品位红铁矿浮选，在选别前脱泥的好坏成为阳离子反浮选的一个关键。
絮凝—脱泥—反浮选工艺突出之点就在于有效地解决了浮选前的脱泥。
这一工艺的要点如下：
先经细磨矿，磨到-25微米占80%，使赤铁矿实现充分解离。
在磨矿中加入苛性钠，使矿浆PH值达到10.5~11左右，并同时加入水玻璃，在苛性钠和水玻璃的共同作用下矿泥得到充分分散。
然后加入赤铁矿的絮凝剂—淀粉，使赤铁矿絮凝成絮团，而脉石矿物仍处于高度分散状态，之后进入浓密机脱泥，脱出泥的产率可高达25~30%，而泥的铁品位仅仅在12~14%左右。
浮选原矿入选铁品位35%，脱泥后铁品位44%。
为以后的阳离子反浮选创造了良好条件蒂尔登选厂的原则工艺流程见图3，分选技术指标见下表。
蒂尔登选厂分选技术指标
产品
产率%
品位%
铁回收率%
脱泥浓密机溢流
20.0
12.5
7.0
浮选尾矿
41.6
19.7
22.8
浮选精矿
38.4
65.6
72.2
原矿
100.00
35.9
100.00
图3蒂尔登选厂絮凝—脱泥—反浮选流程
（五）鞍钢弓长岭铁矿
矿石性质：
弓长岭铁矿矿石属于高硅低硫磷盆赤铁石英岩。
矿石中主要金属矿物为赤铁矿、磁铁矿，假象赤铁矿，次为褐铁矿，镜铁矿等，脉石矿物主要为石英其次为绿泥石，方解石和角内石。
矿石中铁矿物结晶粒度在0.125~0.037mm之间，平均粒度在0.065mm左右。
石英的结晶粒度粗于铁矿物，一般在0.25~0.062mm之间，平均粒度在0.118mm左右。
选矿采用的工艺流程为重选—磁选——阴离子反浮选工艺流程。
原则流程见图4。
浮选药剂制度：
Na0H135-150g/t，浓度20%；淀粉166—185g/t，浓度3%，Cao154~192g/t，浓度205%；油酸308~431g/t，浓度10%。
弱磁精，强磁精合并进浓缩机，浓缩底流经泵送给矿箱，进入搅拌桶时，先加入浓度为20%的Na0H，3%的玉米淀粉，2.5%的Cao和10%的油酸。
混合入选矿浆的PH值为11%左右，充分搅拌后给入粗浮选机。
现场指标：
原矿铁品位26.18%；重选精矿品位68.94%，产率20.91%，回收率55.06；浮选精矿品位65.2%，产率为4.48%，回收率11.16；综合指标为铁精矿品位68.28%，产率25.39%，回收率66.22%。
尾矿
图4弓长岭铁矿石磁选——重选——反浮选流程
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