《武汉工程大学学报》 2013年01期
17-20
出版日期：2013-01-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
胶磷矿选矿中不同植物脂肪酸的常温浮选性能
0引言目前磷矿的浮选多采用脂肪酸类阴离子型捕收剂\[1\], 而这类药剂在20～25 ℃常温下溶解度较小，分散性差，在正浮选过程中需要加温矿浆，从而增加了能耗，提高了选矿成本.近年来，采用表面活性剂作为脂肪酸及其皂类捕收剂的增效剂作了许多研究\[2～4\]，或者对脂肪酸及其皂类捕收剂进行结构修饰改性\[5\]，目的在于提高此类捕收剂低温下的分散性和水溶性,改善其捕收性能.不论是添加表面活性增效脂肪酸捕收剂，还是对脂肪酸捕收剂进行结构修饰改性、改型，关键是在于选取适宜的脂肪酸原料.由于脂肪酸捕收剂的来源各不相同，以及它们在碳链长度，以及双键、叁键数目也各不相同，因此用于磷矿浮选的选矿效果也就不同\[6\]，如果了解脂肪酸的组成，也就对它们的浮选效果可以作出合理的评价和解释，同时为进一步增效、改性脂肪酸捕收剂提供了依据.本文研究了棉油、豆油、米糠油等脂肪酸组成以及20 ℃常温下它们对胶磷矿浮选产生的影响，为以后胶磷矿浮选筛选合适的脂肪酸捕收剂原料提供技术支撑.1试验的工业脂肪酸与矿样1.1试验脂肪酸试验所采用的棉油脂肪酸碘值分别为135和120分别简称为碘值135棉油脂肪酸和碘值120棉油脂肪酸，豆油脂肪酸的碘值为110也称作碘值110豆油脂肪酸、米糠油脂肪酸的碘值为95将其称作碘值95米糠油脂肪酸、分析纯油酸其碘值为95、棕榈酸、硬脂肪酸.1.2试验的矿样试验的矿样来自贵州瓮福磷矿，主要矿物为碳磷灰石、白云石、石英（玉髓）、水云母、少量硫化物，方解石、褐铁矿、炭质等碎屑矿物.矿物化学组成见表1.表1矿物主要化学成份分析Table 1The principal component analysis of the mineral成分P2O5FNa2OMgOAl2O3SiO2CO2w/%22.701.680.1885.4145.3516.543.952试验结果与分析2.1不同脂肪酸组成分析对上述的几种植物酸化油采用GC102AF气相色谱仪进行分析，分析方法为归一法，分析结果见表2.从表2分析结果可以看出，亚油酸在碘值135棉油中含量最高，其次为碘值110豆油，碘值120棉油，最低的是米糠油脂肪酸.碘值120棉油中的油酸含量较分析纯油酸低，其次是米糠油，再次为碘值135棉油，最低的是碘值110豆油.在米糠油脂肪酸和碘值110豆油脂肪酸含有较高的软脂酸.棕榈油含有大量的软脂酸，其他的脂肪酸含量少，植物硬脂酸含有硬脂酸最高.表2不同脂肪酸的含碳链组成气相色谱分析结果Table 2The fat component analysis of plant fatty acid%脂肪酸名称C6-14C16C18∶0C18∶1C18∶2C18∶3C20碘值110豆油脂肪酸0.2717.682.4824.8849.035.050.61碘值120棉油脂肪酸0.107.671.3649.2735.885.470.24碘值135棉油脂肪酸0.158.453.5527.9257.322.61/米糠油脂肪酸0.9223.161.9339.8730.690.862.57棕榈酸脂肪酸〖3〗≥95植物硬脂酸〖3〗≥90分析纯油酸〖4〗≥90分别称取100 g的上述脂肪酸并加热至70～80 ℃，另称取20 g的氢氧化钠加入80 mL的水加热溶解，趁热将氢氧化钠水溶液倒入70～80 ℃脂肪酸中，加热搅拌，充分皂化.冷却后，称取20 g的皂化后的样品，配制成2%的水溶液作为捕收剂利用.2.2不同脂肪酸浮选性能研究取矿石1 kg磨至一定的细度(-0.074 mm 79.83%)，分成每份约167 g供浮选用，采用XFD3-63型0.5L单槽浮选机进行试验.浮选温度(20±1)℃，采用如图1所示的流程进行浮选，通过一次一因素试验法确定了碳酸钠、水玻璃药剂用量分别为5.0 kg/t,2.0 kg/t.图1不同药剂浮选原则工艺流程图Fig.1The flow chart of flotation processing第1期罗惠华，等：胶磷矿选矿中不同植物脂肪酸的常温浮选性能武汉工程大学学报第35卷在上述条件下，采用正浮选一次粗选（如图1），进行碘值110豆油脂肪酸、棕榈油脂肪酸、碘值120棉油脂肪酸、碘值135棉油脂肪酸、碘值95米糠油脂肪酸、硬脂肪酸等几种植物脂肪酸不同用量浮选试验研究，为了对比，同时也进行了分析纯油酸的对比浮选试验，试验结果见表3.表3不同植物脂肪酸浮选对比试验结果Table 3The flotation results of plant fatty acid药剂名称药剂用量kg/t产率γ/%精矿品β/%回收率ε/%选矿效率E/%分析纯油酸1.876.4924.4279.112.622.077.6924.4680.492.802.278.0524.5681.193.142.483.0824.6786.813.73碘值135棉油脂肪酸1.880.5623.881.871.312.082.1424.0184.522.382.284.4524.2987.593.142.487.0024.1889.822.82碘值110豆油脂肪酸1.856.1822.9455.48-0.702.060.122.7258.78-1.322.264.5123.3264.760.252.474.2424.0276.762.52碘值95米糠油脂肪酸1.837.0219.5831.08-5.942.057.9723.0057.17-0.802.258.5323.1758.15-0.382.473.1723.9175.021.85碘值120棉油脂肪酸1.849.0721.2544.47-4.462.051.2720.9945.89-5.382.257.5122.5955.39-2.122.459.4223.158.53-0.89从表3的试验结果来看，随着脂肪酸捕收剂用量从1.8 kg/t增加到2.4 kg/t时，不同植物脂肪酸浮选胶磷矿的精矿品位、回收率以及选矿效率都呈增加的趋势.只有碘值135棉油脂肪酸的回收率在相同用量时高于分析油酸，但是选矿效率却比油酸低；说明碘值135棉油脂肪酸的捕收能力优于分析油酸，选择性低于油酸；其他的植物油脂肪酸的回收率都较低，只有碘值110豆油脂肪酸的用量达到2.2 kg/t以上时，回收率才达到64%以上，选矿效率为正值，碘值95米糠油脂肪酸的用量较大达到2.4 kg/t时，回收率仅为75.02%，选矿效率也只有1.85%，其他的选矿效率为负值，说明精矿的品位低于原矿的品位，也就是捕收剂的选择性较差.利用棕榈油脂肪酸与硬脂酸作为捕收剂时进行浮选，没有泡沫产生，因此用作磷矿常温浮选的脂肪酸捕收剂对碳链有一定的要求，脂肪酸的碳链数低于16和碳链数高于18的饱和脂肪酸不能用于磷矿常温浮选.图2表明了不同植物脂肪酸捕收剂的不同用量与回收率的关系，碘值135棉油的回收率>分析油酸>碘值110豆油>碘值95米糠油>碘值120棉油脂肪酸.因此碘值135棉油脂肪酸在此类捕收剂中有较好的浮选性能.图2不同植物脂肪酸捕收剂的不同用量与回收率的关系Fig.2The compare of flotation results of plant fatty acid2.3不同脂肪酸浮选效果分析为了进一步说明上述植物脂肪酸的组成对浮选结果的影响，对不同植物脂肪酸浮选效果进行了分析如表4，表4中列出了捕收剂平均用量为2.10 kg/t试验数据的平均结果；将脂肪酸浮选所得的回收率与分析纯油酸的回收率的比值称为相对回收率，与各种脂肪酸中亚油酸与脂肪酸中油酸的比值称为相对含量也列入表4不同植物脂肪酸浮选效果分析.从表4可以看出，亚油酸/油酸比值（相对含量）较高时，相对回收率也较高，此研究结果与文献\[6\]研究的结论一致.将表2、表3以及表4的数据对照分析，可以知道，在碘值135棉油脂肪酸中，亚油酸的含量达到57%以上，不饱和脂肪酸油酸、亚油酸以及亚麻酸的总含量为87.85%，且亚油酸与油酸的比值高达2.05，胶磷矿常温浮选时回收率最高，甚至比分析纯油酸高4.05%.因此，在胶磷矿浮选中，采用直链脂肪酸作为捕收剂时，不饱和18碳链的脂肪酸含量多且脂肪酸中亚油酸/油酸比值也要高，同时也应含有适量的其他碳链脂肪酸，但是碳链低于16以及高于18以上饱和脂肪酸的量不宜过多，否则，在磷矿低温浮选，会导致浮选效果差.表4不同植物脂肪酸浮选效果分析Table 4The flotation results of plant fatty acid药剂名称相对含量精矿品位β/%回收率ε/%相对回收率选矿效率E/%碘值135棉油脂肪酸2.0524.0785.951.052.41碘值110豆油脂肪酸1.9723.2563.950.780.19碘值95米糠油脂肪酸0.7722.4255.360.68-1.32碘值120棉油脂肪酸0.7321.9851.070.62-3.21分析纯油酸油酸24.5381.901.003.073结语a.各种油脂肪酸由于来源不同，使得碳链长度的分布、双键、叁键的数量也各不相同.气相色谱分析结果表明：亚油酸在碘值135棉油含量最高，其次为碘值110豆油，碘值120棉油，最低的是碘值95米糠油脂肪酸.碘值120棉油中的油酸含量较分析纯油酸低，其次是碘值95米糠油，再次为碘值135棉油，最低的是碘值110豆油.在碘值95米糠油脂肪酸和碘值110豆油脂肪酸含有较高的软脂酸.以18碳直链脂肪酸为主的阴离子型捕收剂低温浮选性能可以用亚油酸/油酸含量之比来判断和预测，该值越大，选矿性能越好.b.作为磷矿浮选的捕收剂原料时，碳链长度和双键、叁键的多少对浮选效果有较大影响，碳链低于16或高于18的饱和脂肪酸含量越多、双键的相对含量越少，浮选性能越差.因此选择脂肪酸类捕收剂时，应选用不饱和脂肪酸含量高并且含有适量的其他碳链脂肪酸的混合脂肪酸.c.常温下，浮选性能依次为：碘值135棉油脂肪酸＞碘值110豆油脂肪酸＞碘值95米糠油脂肪酸＞碘值120棉油脂肪酸.浮选时，棕榈油脂肪酸与硬脂酸完全没有泡沫.碘值135的棉油脂肪酸在此类捕收剂中有较好的浮选性能，可以作为原料进一步研制出新型高效的低温浮选捕收剂.致谢本论文的研究工作获得了中国地质调查局的资助，在本课题组成员的共同协作下完成的.衷心感谢武汉工程大学和中国地质科学院矿产综合利用研究所的该项目组全体成员，感谢中国地质调查局的大力资助以及武汉工程大学环境与城市建学院的支持.