磷灰石常温浮选捕收剂DCH-1的性能及其作用机理

2024年4月16日发(作者：)

磷灰石常温浮选捕收剂DCH-1的性能及其作用机理

朱一民;张婧;陈金鑫;张淑敏;李艳军

【摘 要】针对现阶段磷灰石浮选采用的脂肪酸类阴离子捕收剂需在较高矿浆温度

下使用,造成生产能耗和成本上升的问题,东北大学研制了一种磷灰石新型、高效、

常温捕收剂DCH-1.试验研究了该捕收剂浮选磷灰石纯矿物的工艺技术条件,并对

DCH-1在磷灰石表面作用的机理进行了研究.结果表明:①DCH-1捕收磷灰石的最

适宜矿浆pH=7.50,最佳用量为200 mg/L,最佳温度范围为16~30℃.②DCH-1用

量从50 mg/L增至200 mg/L,磷灰石表面接触角逐渐增大,磷灰石回收率上升,这

是由于磷灰石表面与DCH-1的极性基相互作用,而DCH-1的非极性基暴露在外,使

磷灰石表面的亲水性降低,亲气性增强所致;DCH-1用量从200 mg/L增至250

mg/L,磷灰石表面接触角降至100.5°,DCH-1在磷灰石表面形成了多层吸附,从而使

磷灰石的回收率降低.③在弱酸性至碱性条件下,DCH-1与磷灰石间没有发生静电吸

附,而是键合吸附和氢键作用.%At present,the use of fatty acid anion collector

for apatite flotation at this stage is required to be used at higher slurry

temperature,resulting in the problem of energy consumption and costs

raising. Northeastern University has developed a new type of high

performance collector DCH-1 for apatite at room temperature. The

flotation process conditions of apatite pure minerals were studied. The

action mechanism of DCH-1 on the surface of apatite was studied. The

results showed that:( 1 ) The optimum pH value,dosage and temperature

of DCH-1 for collecting apatite is 7. 50,200 mg/L,and 16 ~ 30 ℃ respec-

tively.② When the amount of DCH-1 is increased from 50 mg/L to 200

mg/L,the contact angle of apatite gradually increa-ses,and the recovery

rate of apatite increases. The reason is that, with the interaction of apatite

surface with DCH-1 polar group,the exposure of non-polar group of DCH-

1 decreases the hydrophilicity of apatite surface and enhances the

aerophily of apatite. While,the dosage of DCH-1 is increased from 200

mg/L to 250 mg/L,the surface contact angle is decreased to 100. 5 ° ,a

multi-layer adsorption of DCH-1 in the apatite surface is formed,so that

the recovery of apatite is reduced.③In the con-ditions from weak acid to

alkaline,DCH-1 does not occur the electrostatic adsorption,but the

bonding adsorption and hydrogen bonding action with apatite.

【期刊名称】《金属矿山》

【年(卷),期】2017(000)008

【总页数】4页(P109-112)

【关键词】磷灰石;常温捕收剂DCH-1;机理研究

【作 者】朱一民;张婧;陈金鑫;张淑敏;李艳军

【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳110819;东北大学2011钢

铁共性技术协同创新中心,辽宁 沈阳110819;辽宁省难采选铁矿石高效开发利用技

术工程实验室,辽宁 沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳110819;

东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽

宁 沈阳110819;东北大学2011钢铁共性技术协同创新中心,辽宁 沈阳110819;辽

宁省难采选铁矿石高效开发利用技术工程实验室,辽宁 沈阳110819;东北大学资源

与土木工程学院,辽宁 沈阳110819;东北大学2011钢铁共性技术协同创新中心,辽

宁 沈阳110819;辽宁省难采选铁矿石高效开发利用技术工程实验室,辽宁 沈阳

110819

【正文语种】中 文

【中图分类】TD923+.13

磷矿广泛用于化工、冶金以及尖端技术产业中，生产出的产品满足了人们生产、生

活的需求。在化工产业中，磷矿主要用于制取纯磷及其化工原料，磷酸锆、磷酸钛、

磷酸硅等可用于颜料、吸附剂的合成，磷的衍生物在医学方面也有诸多应用；在冶

金产业中，磷矿用于炼制磷青铜、含磷生铁、铸铁等；在尖端技术产业中，磷矿可

生产出具有耐火度高、耐冲击性好、耐腐蚀性强、电性能优越等优点的材料，磷酸

二氢铝胶材料就是典型的代表[1]。

浮选磷矿时，在常用捕收剂塔尔油、蒸馏塔尔油皂或脂肪酸中添加部分石油发酵脂

肪酸，能明显提高磷的回收率[2]。实践证明，几种捕收剂混合使用有助于提高浮

选效果。氨基羧酸、氨基磺酸是在磷矿浮选中应用较多的两性捕收剂。黄齐茂等人

设计研发的α-氨基脂肪酸捕收剂低温浮选性能良好，生产价格便宜、来源广泛，

大大降低了磷矿选矿成本[3]。水玻璃与其他调整剂组合使用可以提高浮选分离的

选择性。以羟肟酸做捕收剂，水玻璃配合CMC或者柠檬酸作为抑制剂对红柱石进

行浮选研究时，可消除金属离子对石英的活化作用，而红柱石基本不受影响[4]。

谢恒星等的研究表明，磷矿石最有效的常温浮选方法是，在捕收剂中加入少量2

种或2种以上的表面活性剂，以提高捕收剂的捕收性能[5-6]。在研究碳酸钠和氢

氧化钠对磷矿浮选的影响试验中，通过对比发现，使用碳酸钠调浆，在相同刮泡时

间内，可以提高精矿累积产率、回收率[7]。张泽强通过研究发现，酸性水玻璃作

硅酸盐抑制剂时，其效果好于单独使用水玻璃做抑制剂，同时也能消除 Ca2+、

Mg2+等金属离子对硅酸盐的活化作用，还具有极强的消泡作用，增强泡沫层的二

次富集作用，从而提高浮选的选择性[8]。

磷矿石选矿的最有效方法是浮选，浮选捕收剂的选择又最为重要，这一方面决定着

选别的最终指标，还决定着浮选温度和其他药剂用量等诸多因素。现阶段，磷矿石

的浮选温度大都在30 ℃以上，浮选过程中对矿浆加热不仅增加选矿成本，而且不

符合节能减排理念。为此，东北大学研制了一种新型、高效、常温改性阴离子型捕

收剂DCH-1。试验以DCH-1为捕收剂，进行了磷灰石单矿物浮选试验，并通过

接触角测量、动电位检测和红外光谱分析，研究了DCH-1与单矿物表面间的作用

机理。

磷灰石纯矿物的制备。将取自河北钢铁集团柏泉铁矿的高纯块状磷灰石矿破碎至-

2 mm，用陶瓷球磨机湿磨一定时间后取出，筛取0.074～0.038 mm粒级，在浓

盐酸中浸泡48 h后用去离子水清洗2～3次，烘干后置于磨口瓶中保存、备用。

捕收剂DCH-1为东北大学浮选药剂实验室合成的一种改性阴离子型捕收剂，工业

纯，配成浓度为1%水溶液待用。

2.1 浮选试验

2.1.1 矿浆pH值试验

矿浆pH值试验的浮选温度为16 ℃，DCH-1用量为200 mg/L，试验结果见图1。

由图1可知，矿浆pH从5提高至7.5(自然pH)，磷灰石的回收率显著升高；矿

浆pH从7.5提高至10，磷灰石的回收率小幅上升；继续提高矿浆pH值，磷灰

石回收率微幅下降。因此，适宜的矿浆pH=7.5。

2.1.2 DCH-1用量试验

DCH-1用量试验的pH=7.5，浮选温度为16 ℃，试验结果见图2。

由图2可知，DCH-1用量从50 mg/L提高至200 mg/L，磷灰石的回收率上升；

继续提高DCH-1用量，磷灰石的回收率下降。因此，DCH-1适宜的用量为200

mg/L。

2.1.3 矿浆温度试验

矿浆温度试验的pH=7.5，DCH-1用量为200 mg/L，试验结果见图3。

由图3可知，矿浆温度为15 ℃时，磷灰石的回收率为85%；矿浆温度从16 ℃提

高至25 ℃，磷灰石的回收率从92.00%提高至93.58%；继续提高矿浆温度，磷

灰石的回收率几乎不再上升。因此，磷灰石浮选的最佳温度为25 ℃。

2.2 DCH-1与磷灰石单矿物的作用机理研究

2.2.1 磷灰石表面接触角与可浮性的关系

磷灰石表面接触角与可浮性关系试验的浮选温度为25 ℃，矿浆pH=7.5，试验结

果见图4。

由图4及图2可知，在没有捕收剂DCH-1的情况下，磷灰石表面的接触角为

37.50°，磷灰石不可浮；DCH-1用量从50 mg/L提高至200 mg/L，磷灰石表面

的接触角从87.10°增至103.00°，磷灰石的回收率从0提高至93.58%。这是由于

磷灰石与DCH-1接触后，其表面与DCH-1的极性基相互作用，而DCH-1的非

极性基暴露在外，使磷灰石表面的亲水性降低，亲气性增强，从而使磷灰石表面的

接触角增大。DCH-1用量从200 mg/L增至250 mg/L，磷灰石表面接触角降至

100.5°，DCH-1在磷灰石表面形成了多层吸附，从而使磷灰石的回收率降低。

2.2.2 DCH-1对磷灰石表面动电位的影响

DCH-1对磷灰石表面动电位影响试验的矿浆温度为25 ℃，磷灰石在蒸馏水中和

在200 mg/L的DCH-1溶液中的表面Zeta电位与矿浆pH的关系见图5。

由图5可知，磷灰石在蒸馏水中的零电点在pH=3.00，当pH值小于3.00时，磷

灰石表面荷正电；当pH值大于3.00时，磷灰石表面荷负电。磷灰石在200

mg/L的DCH-1溶液中的Zeta电位明显下降，说明DCH-1在磷灰石表面发生了

吸附。在弱酸性至碱性条件下，磷灰石表面带负电，DCH-1为阴离子捕收剂，二

者所带电荷相同，因此，它们之间发生的不可能是静电吸附，二者间的吸附为键合

吸附和氢键作用。

2.2.3 DCH-1对磷灰石表面红外光谱的影响

DCH-1对磷灰石表面红外光谱影响试验的矿浆温度为25 ℃，磷灰石与200

mg/L的DCH-1溶液作用前后的红外光谱见图6。

图6中，DCH-1红外光谱的2 925.76 cm-1处是—CH3的不对称伸缩振动吸收

峰，2 854.56 cm-1处是—CH2—的不对称伸缩振动吸收峰；1 714.17 cm-1处

对应—CO基团的伸缩振动吸收峰；545.79 cm-1处是C—Br的伸缩振动吸收峰；

472.05 cm-1处出现的峰说明C—CO的存在；1 431.37 cm-1处的中等强度峰是

—OH的面内弯曲变形振动峰。磷灰石红外光谱的1 044.53 cm-1处是P—O—P

的非对称伸缩振动吸收峰，吸收带宽而强；1 096.20 cm-1处是较弱的非对称伸

缩振动吸收峰，吸收带宽而强；603.64 cm-1和570.15 cm-1处是P—O—P的

弯曲振动吸收峰。磷灰石与DCH-1作用后的红外光谱与磷灰石的红外光谱比较，

磷灰石与DCH-1作用后，2 921.07 cm-1和2 852.03 cm-1处出现了—CH3和

—CH2—的不对称伸缩振动吸收峰，说明磷灰石与DCH-1表面发生了吸附；1

716.41 cm-1处出现了Ca—O的伸缩振动峰，3 452.66 cm-1处的羟基伸缩振动

吸收峰漂移至3 441.44 cm-1处。综上所述，DCH-1与磷灰石发生了键合吸附，

同时存在氢键作用。

(1)捕收剂DCH-1捕收磷灰石的最适宜矿浆pH=7.5，DCH-1的最佳用量为200

mg/L，DCH-1在16～30 ℃范围内都可以很好地捕收磷灰石，即DCH-1可作为

磷灰石常温浮选的捕收剂。

(2)DCH-1用量从50 mg/L增至200 mg/L，磷灰石表面接触角逐渐增大，磷灰

石回收率上升，这是由于，磷灰石与DCH-1接触后，其表面与DCH-1的极性基

相互作用，而DCH-1的非极性基暴露在外，使磷灰石表面的亲水性降低，亲气性

增强，从而使磷灰石表面的接触角增大；DCH-1用量从200 mg/L增至250

mg/L，磷灰石表面接触角降至100.5°，DCH-1在磷灰石表面形成了多层吸附，

从而使磷灰石的回收率降低。

(3)在弱酸性至碱性条件下，磷灰石表面荷负电，DCH-1表面也荷负电，因此

DCH-1与磷灰石间的吸附不可能是静电吸附，红外光谱分析表明，磷灰石与

DCH-1间的吸附为键合吸附和氢键作用。

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