铁矿石低温螯合型捕收剂分子结构设计及捕收机理研究

Based on organic structural chemistry theories and the principles of molecule structural design of flotation collectors, by means of inducing a branched chain with imino group and a hydrophilic oxygen atom into theα position of aliphatic acid, new series of chelate collectors（α-ether amino aliphatic acids）are prepared, which are supposed to have better solubility, better dispersion, smaller foam viscosity, and lower floating temperature than amine and aliphatic acid or oleinic acid. The aim of the work is to decrease the floating temperature to 15-25℃, in order to solve the high energy consumption problems in the iron ore flotation industry. With the help of XRD, FTIR, XPS, AFM, Zeta potential measurement and MS software, physicochemical interaction mechanisms of flotation process are lucubrated, and adsorption models between flotation reagents and minerals are built. The results will lay foundation for developing floating collectors used in lower temperature in iron ore flotation, which would not only enrich the flotation reagent theory, but also solve the high energy consumption problems in iron ore flotation.

基于有机结构化学基本理论及浮选捕收剂构效原理，本研究将在脂肪酸的α位引入醚胺基，不仅增加捕收剂分子中捕收基团的键合原子数目，而且还在非极性基中引入含有亲水性氧原子的醚胺支链。本研究目的是增加捕收能力同时又降低使用温度，从而合成出溶解性好、分散性好、泡沫粘度小、浮选效率高以及使用温度低的新型螯合类捕收剂α-醚胺基脂肪酸，以便研制出针对细粒易泥化铁矿石捕收性能强的高效捕收剂，并将铁矿浮选温度降低至15-25℃，从而解决铁矿石浮选中矿浆需要加热的问题。借助于XRD、FTIR、XPS、AFM、Zeta电位检测及MS软件模拟技术等手段，深入研究浮选捕收剂与矿物表面作用的物理化学机理，构建捕收剂与矿物表面的吸附作用模型。本研究成果将为开发具有自主知识产权的铁矿石新型低温浮选药剂奠定科学基础。通过本项目的实施，不仅能丰富和发展浮选捕收剂的构效原理，而且还能解决鞍山式难选铁矿石浮选过程中的高能耗问题。

本研究最主要内容就是研发一种新型捕收剂，即在脂肪酸的α位引入了醚胺基，不仅增加捕收剂分子中捕收基团的键合原子数目，而且还在非极性基中引入含有亲水性氧原子的醚胺支链；研究的目的是增加捕收能力同时又降低使用温度，从而合成出溶解性好、分散性好、泡沫粘度小、浮选效率高以及使用温度低的新型螯合类捕收剂α-醚胺基脂肪酸，以便研制出高效捕收剂，并将铁矿浮选温度降低至常温25℃，从而解决铁矿石浮选中矿浆需要加热的问题。 本研究以3-烷氧基-正丙胺（3-己烷基-正丙胺、3-辛烷基-正丙胺、3-癸烷基-正丙胺、3-十二烷基-正丙胺）和α-溴代脂肪酸为原料，通过α-胺基化反应分别合成了8种不同醚胺基/羧基碳链长度的α-醚胺基脂肪酸捕收剂。 针对合成的以上新型捕收剂进行了纯矿物浮选验证试验。在矿浆温度为15.0 ℃下，首先从矿浆pH值、捕收剂用量两个影响因素，分别考察了不同醚胺基/羧基碳链长度α-醚胺基脂肪酸药剂体系下石英、赤铁矿及磁铁矿单矿物的浮选行为。其次针对石英-赤铁矿-磁铁矿人工混合矿进行了反浮选试验，取得了浮选精矿铁品位65.51%、铁回收率91.09%的指标，说明该新型低温反浮选捕收剂LDEA对人工混合矿具有很好的捕收及分选性能。. 通过对α-醚胺基脂肪酸捕收剂分子基团电负性、极性基大小、浮选捕收剂特性指数、亲水-疏水平衡值以及分配系数的计算，探讨了该新型捕收剂分子结构与其浮选性能之间的关系。在药剂非极性基设计亲水性醚氧基（-O-）的引入，低温条件下增强了药剂在水中的溶解及分散性能。. 本文最后采用α-癸烷醚胺基-十二酸为主要原料复配研制了新型捕收剂DLT对鞍千铁矿混合磁选精矿进行了浮选试验研究，取得了较好的试验结果，浮选闭路试验获得了精矿铁品位为68.08%、铁回收率为88.20%的浮选指标，说明该捕收剂对鞍千铁矿混合磁选精矿分选结果良好。通过本项目的实施，不仅丰富和发展了低温浮选捕收剂的构效原理，而且还解决了铁矿石阴离子反浮选浮选过程中的高能耗问题。