摘 要

目前国际上阳离子反浮选工艺已十分先进，然而国内传统的阳离子捕收剂还存在很多弊端：捕收性能差，选择性不高，不耐低温，难溶于水，难以生物降解等。为解决以上难题，本论文开发出一种捕收性好，选择性强，耐低温的新型季铵盐阳离子捕收剂M-N。新型捕收剂M-N在季铵基疏水长链的基础上增加环烃和酯基结构，有效地增强了其选择性，耐低温性和生物降解性。

在n（氢化松香）:n（环氧氯丙烷）:n（十二叔胺）=1.0:1.0:1.0、反应温度100℃、反应时间2h的条件下，通过酯化反应和季铵化反应合成新型季铵盐捕收剂M-N。对合成产物的红外光谱分析证明其结构中含有长链烷基，酯基及环烃，是需要的含环烃的季铵盐阳离子捕收剂M-N。

对实际矿物的浮选试验中，通过M-N浮选正交试验以及验证实验确定最佳浮选工艺为：捕收剂(M-N)用量400g/t、抑制剂（淀粉）用量400g/t、pH=8、刮泡时间8min。

M-N与十二胺在各自最优浮选条件下的对比试验表明，M-N的各项浮选指标均优于十二胺。进行M-N与十二胺的浮选温度试验，结果表明，M-N受温度影响较小，在考察的温度范围内均表现出优良的捕收性和选择性。在5℃低温下，M-N得到的精矿品位与回收率均较高，精矿产率与十二胺相当，选矿效率比十二胺高近4个百分点，表明M-N具有良好的耐低温性。

关键词：反浮选；季铵盐捕收剂；氢化松香；环烃；酯基

Abstract

At present the cationic reverse flotation process is advanced in the world, but there are still many deficiencies in domestic traditional cationic collector, such as poor collecting performance, low selectivity, intolerance of low temperature, insoluble in water and poor biodegradability. To solve the above problems, this paper developed a new quaternary ammonium cations collector M-N with good collecting property,high selectivity and low temperature resistance .Cyclic hydrocarbons and ester group were added to the long carbon chain of the hyamine to make M-N ,which effectively enhanced the selectivity, low temperature resistance and biodegradability of the new collector.

Under the condition of n (hydrogenated rosin): n (ECH): n (dodecyl dimethyl tertiary amine) = 1.0: 1.0: 1.0, temperature 100 ℃and time 2h , the new collector M-N was synthesized by esterification and quaterisation reaction . IR spectrum analysis of the product showed the long.chain alkyl, cyclic hydrocarbons and an ester group in its structure, which means the product is the required collector M-N.

In the natural ore flotation tests, an orthogonal test and confirmatory experiment were carried out to determine the best flotation process as collector (M-N) dosage 400g / t, inhibitor (starch) dosage 400g / t, pH = 8, scraping bubble time 8min.

The comparison test of M-N and dodecylamine at their optimum flotation conditions showed that the flotation indicators of M-N were better than that of dodecylamine. The results of temperature test showed that M-N was less affected by the temperature. The new collector M-N performed excellent collecting property and selectivity in the investigated temperature range. At the low temperature of 5 ℃, M-N got higher concentrate grade, recovery and beneficiation efficiency , and a concentrate yeild similar to dodecylamine, indicating the low temperature resistance of M-N.

Keywords：reverse flotation；quaternary collector；hydrogenated rosin；cyclic hydrocarbon；ester group

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1中国铁矿石概况 1

1.2铁矿浮选工艺现状 2

1.2.1正浮选 2

1.2.2反浮选 2

1.2.3浮选柱 4

1.2.4生物浮选 5

1.2.5磁浮选 5

1.3季铵盐阳离子表面活性剂 5

1.3.1介绍 5

1.3.2国内外研究现状 6

1.3.3在矿物浮选中的应用 7

1.4本论文研究的目的、意义及主要内容 7

1.4.1研究的目的与意义 7

1.4.2研究内容 8

第2章 矿样、药剂、仪器和研究方法 9

2.1试验矿样 9

2.1.1石英纯矿物 9

2.1.2实际矿石矿样 9

2.2试验药剂与仪器设备 11

2.3研究方法 12

2.3.1药剂优化石英浮选试验 12

2.3.2实际矿物浮选试验 12

2.3.3选矿效率计算公式 13

2.3.4红外光谱测定 13

2.3.5激光粒度分布测试 13

第3章 新型阳离子捕收剂M-N的合成与优化 14

3.1药剂M-N的制备 14

3.1.1药剂M-N合成实验（以最优条件为例说明） 14

3.1.2药剂M-N的制备原理 14

3.2新型捕收剂M-N优化正交试验 15

3.3新型捕收剂M-N验证试验 16

3.4合成产物红外光谱分析 17

3.5本章小结 19

第4章 新型捕收剂M-N在实际矿物反浮选中的应用 20

4.1捕收剂M-N正交试验 20

4.1.1 M-N浮选正交试验 20

4.1.2 M-N浮选验证试验 23

4.2捕收剂M-N与十二胺的浮选对比试验 23

4.2.1 M-N与十二胺浮选指标对比 23

4.2.2 M-N浮选温度试验 24

4.3本章小结 26

第5章 结论 27

致谢 28

参考文献 29

第1章 绪论

1.1中国铁矿石概况

我国铁矿资源总量十分丰富，现已探明的资源储量位居世界前列，仅次于巴西、澳大利亚、乌克兰、俄罗斯等国家 ^[1]。铁矿矿床的类型十分繁多，主要类型有矽卡岩型、岩浆型、沉积变质型、风化淋滤型、沉积型和火山岩型^[2]等。我国铁矿石平均品位在32%~34%之间，据有效数据表明，铁矿总储量的97%为贫矿，富矿（品位＞50%）仅占2.7%，贫富矿含量对比悬殊^[3]。此外，中国不仅是世界铁矿石第一消费国，还是第一进口国^[4]。目前我国探明的铁矿石中多金属伴生矿、氧化矿、难选矿种类多，很大一部分铁矿石需经复杂磨选工艺处理，无法满足部分高端产品和新引进生产线的要求，导致了我国铁矿石进口量长期高居世界第一（图1.1）^[5]。

图1.1 国内铁矿石进口数量示意图

1.2铁矿浮选工艺现状

1.2.1正浮选

正浮选是从原矿中浮出目的矿物，一般使用阴离子捕收剂进行正浮选。在国内，正浮选除去铁精矿中硅酸盐杂质的研究较多。正浮选的主要优点有：应用药方简单，尾矿品位低，加工成本低，因此处理脉石简单的矿石很有优势。正浮选的主要缺点有：精矿品位低，药剂消耗量大，捕收剂选择性差，需要多次精选，且泡沫发黏，产品不易过滤。

由于铁矿本身性质及现有药剂选择性的局限，采用阴离子正浮选法得到的铁精矿品位很难突破65%^[6]，是以国内正浮选应用较少，反浮选应用较多。

1.2.2反浮选

研究表明反浮选比正浮选更加高效经济^[7]。与正浮选相反，铁矿石反浮选流程的捕收对象为铁矿石中的脉石矿物（主要为石英）。一般情况下脉石密度远小于铁矿石密度，因此密度小的脉石矿物比密度大的铁矿物更容易上浮，这就导致反浮选比正浮选拥有更高的选矿效率。另外，反浮选的药剂用量较正浮选少，例如，使用胺类捕收剂对含硅铁矿石进行反浮选，胺的覆盖率7%~8%即可实现浮选流程；利用羧酸（carboxylic acid）正浮选铁矿物时，羧酸（carboxylic acid）的最低覆盖率要求为15%才可实现铁矿物上浮^[8]。

反浮选有阴离子反浮选和阳离子反浮选两种^[9~10]，目前国外铁矿石浮选以阳离子反浮选工艺为主^[11~13]。