《武汉工程大学学报》 2009年12期
48-50
出版日期：2009-12-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
MES的合成及其磷矿浮选性能评价
0引言中国的磷矿资源80%以上都属中低品位磷矿，通常要用选矿来富集磷酸盐矿物才能达到制取高效磷肥的原料标准.浮选是磷矿选矿最为重要的方法，全球有一半以上的磷精矿都是采用浮选法获得［1］.迄今为止，磷矿浮选主要仍用脂肪酸类捕收剂.由于磷矿中磷酸盐矿物与碳酸盐和硅酸盐等杂质矿物具有性质相同或相似的阳离子如Ca2＋和Mg2＋，以及大小相近的阴离子如(PO4)3－和(CO3)2－等，它们的物理化学性质十分接近，因而用脂肪酸类捕收剂浮选的性能也相近［2］.特别是当磷酸盐矿物的磷酸根(PO4)3－ 被碳酸根(CO3)2－类质同象替代变为碳磷灰石后，磷矿物与其它杂质矿物的浮选分离更为困难［3］.除此之外，用脂肪酸类捕收剂还存在一些其它的弊端：如矿浆中溶解的Ca2＋和Mg2＋易与捕收剂生成难溶于水的皂盐，降低其浮选活性；高级脂肪酸尤其是饱和脂肪酸凝固点较高，在矿浆中的溶解和分散性能不好等［4，5］.因此，长期以来国内外研究者一直都在致力于研制新的高效磷矿捕收剂.脂肪酸甲酯磺酸盐（简称MES）是近几年来研制开发的一种新型阴离子表面活性剂，据文献报道［6］它具有优良的抗硬水性、乳化性、增溶性、低毒性和生物降解性，可广泛应用于印染剂、皮革脱脂剂、润湿剂、分散剂和日化品的生产，也可用作赤铁矿、白钨矿和磷矿浮选的捕收剂等.为评价这种新型表面活性剂浮选磷矿的性能，本文以油酸为原料，经酯化和磺化处理，再用氢氧化钠中和，制得了脂肪酸甲酯磺酸钠.通过将其用作捕收剂进行宜昌胶磷矿浮选试验，并与油酸钠捕收剂进行比较，考查了MES浮选磷矿的性能.
1脂肪酸甲酯磺酸钠的合成a. 酯化反应：称取24.55 g油酸、20 mL甲醇置于250 mL四口烧瓶，加入1 mL浓硫酸，搅拌开始反应，保持反应体系在80℃左右回流20 h，停止反应，用热水洗涤数次，用Na2CO3调节pH值至7~8，冷却得产物A.b. 磺化反应：将产物A、12 mL氯仿和2 g Na2SO4置于四口烧瓶中，加热至35~40℃，使A溶解，搅拌并缓慢滴加氯磺酸，滴加温度不超过50℃，滴加完毕后，缓慢升温至70℃，搅拌反应1 h，然后停止反应，继续加入6 mL甲酯进行二次酯化，直至基本无气体生成，冷却得到磺化产物.c. 中和反应：控制温度为40℃～50℃，用质量分数为20%的NaOH溶液中和磺化产物，使其pH值控制在8～9，之后加入磺化物质量分数为20 %的次氯酸钠，加热水搅拌进行漂白，然后出锅，最后得到淡黄色膏状产品.合成过程的主要化学反应为：CRCH2OOH+CH3OHCRCH2OOCH3+H2OCRCH2OOCH3+ClSO3HCHRSO3HCOOCH3+HClCHRSO3HCOOCH3+NaOHCHRSO3NaCOOCH3+H2O合成产物的红外谱图见图1，由红外图谱可以看出，2 916 cm-1为—CH2—对称伸缩振动，1 704 cm-1为C=O伸缩振动，1 173 cm-1为磺酸钠伸缩振动，说明所得产物主要是MES.
图1脂肪酸甲酯磺酸钠红外谱图
Fig.1FITR of MES2磷矿浮选试验
2.1试验原矿样品试验原矿样品取自湖北省宜昌磷矿丁家河矿区，属硅钙（镁）质胶磷矿，矿石中含磷矿物主要为胶磷矿，脉石矿物主要有石英、白云石、斜长石、岩屑、粘土以及少量碳酸岩和褐铁矿等.原矿多元素化学分析结果见表1.
表1原矿化学多元素分析结果
Table 1Main composition of ore
组分P2O5SiO2CaOMgOCO2Fe2O3Al2O3F酸不溶物灼失量w/%19.2216.6532.923.1211.091.360.311.7531.448.71第12期周贤，等：MES的合成及其磷矿浮选性能评价
武汉工程大学学报第31卷
2.2试验设备和药剂试验所用的主要设备有：XMB67型 200×240棒磨机，RK/FD0.5型单槽浮选机，XSHF23湿式分样机和RK/ZLΦ260/Φ200多用水环式真空过滤机等.试验所用浮选剂如下.a. 捕收剂：包括合成的MES和用于试验对比的分析纯油酸钠，使用时均配制成质量分数为2%的水溶液.b. 抑制剂：模数为2.5的工业水玻璃，使用时配制成质量分数为5%的水溶液.c. 调整剂：分析纯碳酸钠，使用时配制成质量分数为10%的水溶液.
2.3试验方法浮选评价试验采用正浮选一次粗选开路流程，在其它浮选条件一定时，通过比较不同捕收剂在不同用量条件下的浮选效果，来评价捕收剂的磷矿浮选性能.采用一次粗选开路流程，是为了最大限度地消除操作因素对浮选效果的影响.浮选效果用浮选效率E来表征，浮选效率E按道格拉斯公式计算.
E=（ε-γ）（100-γ）（β-α）（βm-β）100（%）（1）式（1）中：γ—磷精矿的产率，α—原矿P2O5品位，ε—精矿P2O5回收率，β—实际精矿P2O5品位，βm—理论精矿P2O5最高品位.
3试验结果及分析
3.1捕收剂用量对MES浮选性能的影响捕收剂用量对MES浮选性能影响的试验结果见图2.可见，MES浮选宜昌胶磷矿的性能总体上与油酸钠相当，都是在一定捕收剂用量范围内，随着捕收剂用量增大，浮选的分选效率提高.然而，就捕收能力而言，MES相对较弱，表现在用量低时分选效率较油酸钠低.随着用量增大，虽然用MES的分选效率与用油酸钠相当，但试验过程发现MES用量大，其起泡能力强，泡沫量较大，对浮选不利.
3.2抑制剂用量对MES浮选性能的影响抑制剂用量对MES浮选性能影响的试验结果见图3.可见，与油酸钠相比，MES浮选的选择性更好，所需加入的抑制剂用量较小.但由于MES的捕收能力较弱，增大水玻璃用量，磷酸盐矿物更容易被抑制，因此随着水玻璃用量增大，其分选效率降低更迅速.
图2捕收剂量对浮选效率的影响
Fig.2Effect of collector on flotation efficiency图3抑制剂量对浮选效率的影响
Fig.3Effect of depressing agent on flotation efficiency3.3调整剂用量对MES浮选性能的影响调整剂用量对MES浮选性能影响的试验结果见图4.可见，与油酸钠相比，MES抗硬水性能较好，浮选时受矿浆中溶解的Ca2＋和Mg2＋离子影响较小，不需用大量碳酸钠来沉淀Ca2＋和Mg2＋离子.试验发现，用MES浮选，其分选效率主要取决
图4调整剂用量对浮选效率的影响
Fig.4Effect of conditioning agent on flotaition efficiency于矿浆的pH值，最佳pH值在9左右.加入更多的碳酸钠，矿浆pH值提高，其分选效率反而降低.
4结语a. 以油酸为原料，经酯化、磺化及中和处理得到的MES，其磷矿浮选性能总体上与油酸钠相当.b. 相比之下MES的选择性更好，抗硬水能力更强，浮选时受矿浆中溶解的Ca2＋和Mg2＋离子影响较小，因此可以降低抑制剂水玻璃和调整剂碳酸钠的用量.c. 试验表明，用MES浮选宜昌胶磷矿，其适宜的pH值在9左右.d. 由于MES的捕收能力相对较弱，因此要获得与油酸钠相同的分选效果，其用量相对要大一些，但用量大其起泡能力强，泡沫量较大，对浮选不利.