N_N_二乙基_N_十六烷基胺的合成及其對(duì)鋁硅礦物浮選性能的影響

1、第39卷第4期 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) V ol.39N o.4 2010年7月 Jour nal of China U niversit y of M ining&T echnolog y Jul.2010 N,N 二乙基 N 十六烷基胺的合成及其對(duì)鋁硅礦物浮選性能的影響曹學(xué)鋒,楊耀輝,劉長(zhǎng)淼,孫 磊,高志勇(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410083摘要:以十六胺、甲酸和乙醛為原料,合成了陽離子捕收劑N,N 二乙基 N 十六烷基胺(DEN16,通過單礦物和人工混合礦浮選實(shí)驗(yàn)以及紅外光譜和Zeta電位測(cè)試,考察了其對(duì)一水硬鋁石、高嶺石和伊利石的浮選行為以及礦物與藥劑的作用機(jī)理.

2、浮選結(jié)果表明:在pH=55 5,DEN16用量為2 10-4mo l/L時(shí),高嶺石、伊利石的回收率均高于82%,而一水硬鋁石僅為60%;人工混合礦浮選精礦的鋁硅比均高于20,說明在pH<8時(shí),以DEN16為捕收劑可以實(shí)現(xiàn)鋁硅酸鹽與一水硬鋁石的分離.紅外光譜和Zeta電位研究結(jié)果表明,DEN16與3種礦物的作用皆為靜電吸附,且與高嶺石和伊利石的作用強(qiáng)于一水硬鋁石.關(guān)鍵詞:高嶺石;伊利石;一水硬鋁石;N,N 二甲基 N 十六烷基胺(DEN16;反浮選中圖分類號(hào):TD923文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000 1964(201004 0599 05 Synthesis of N,N Diethyl

3、 N H ex adecyl Amine and ItsEffect on Flotation Performance of Baux iteCAO Xue feng,YANG Yao hui,LIU Chang m iao,SUN Lei,GA O Zhi yo ng (Schoo l o f M inerals Pro cessing and Bio eng ineering,Cent ral So ut h U niv ersity,Chang sha,H unan410083,ChinaAbstract:T he N,N diethy l N hex adecyl amine(DEN1

4、6w as sy nthesized w ith hex adecy l a m ine,for mic acid and ethy lal as raw mater ials.U sing DEN16as a cationic co llector,the flo ta tion behavior s of diaspore,kaolinite and illite w er e investigated by single mineral flotatio n tests and separatio n tests of artificial mix ed minerals o f dia

5、spor e kao linite and diaspore illite.T he in teraction mechanisms betw een DEN16and thr ee miner als w er e also studied by infrared spectrum and Zeta potential,respectively.T he r esults show that in the presence of2 10-4mol/L DEN16and pH of5-5 5,the reco ver ies of kaolinite and illite w ere both

6、 higher than82%w hile that of diaspore just about60%.T he co ncentrate alumina silica ratio of the separation tests o f ar tificial m ix ed minerals w ere bo th hig her than20,w hich show that the separation o f the alu m inosilicates from diaspo re can be achieved w ith DEN16as a collector under pH

7、<8.T he results of the infrared spectrum and Zeta po tential indicate that the adsorptio n of DEN16o n the three minerals w as reg arded as electro static adsorptio n and the adso rption o f DEN16to kaolinite and illite w as stro ng er than to diaspore.Key words:kaolinite;illite;diaspo re;N,N die

8、thy l N hex adecyl amine(DEN16;rev erse flo tation收稿日期:2009 10 08基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973項(xiàng)目(2005CB623701作者簡(jiǎn)介:曹學(xué)鋒(1966 ,男,湖南省常德市人,副教授,碩士生導(dǎo)師,工學(xué)博士,從事浮選藥劑方面的研究.通訊作者:楊耀輝E mail:yan gyaohuiyy h Tel:0731 *中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第39卷我國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量豐富,但以高鋁、高硅的、鋁硅比低的一水硬鋁石型鋁土礦為主1 2,80%以上的鋁土礦鋁硅比(A/S在46之間,一水硬鋁石型鋁土礦的主要脈石礦物為高嶺石、葉臘石、伊利石等鋁

9、硅酸鹽礦物3.目前我國(guó)廣泛采用的燒結(jié)法與聯(lián)合法的成本高、能耗高,產(chǎn)品質(zhì)量差,拜爾法只占10%4.因此,預(yù)降低我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)成本提高我國(guó)氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量,必須對(duì)我國(guó)的鋁土礦進(jìn)行預(yù)脫硅.浮選法是一種經(jīng)濟(jì)有效的分離方法,并且被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中.鋁土礦的一個(gè)顯著特點(diǎn)是有用礦物一水硬鋁石含量高,而高嶺石等鋁硅酸鹽礦物的含量低5,如采用正浮選常規(guī)流程,約有80%的原礦上浮,存在用藥量高的缺點(diǎn),進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加6.鋁土礦反浮選脫硅工藝中,次要的鋁硅酸鹽被浮出,而主要的一水硬鋁石則被抑制7.鋁土礦反浮選作為一種替代工藝在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上都是有益的.鋁土礦反浮選中,鋁硅酸鹽強(qiáng)化捕收和一水硬鋁石選擇性抑制是兩

10、個(gè)技術(shù)關(guān)鍵8 9.十二胺是反浮選工藝常用的捕收劑,但其對(duì)鋁硅鹽類礦物捕收能力不強(qiáng),并不適宜用于鋁土礦反浮選10 12.本文研究了新型藥劑DEN16的合成及其對(duì)一水硬鋁石、高嶺石、伊利石浮選行為,并討論了DEN16與一水硬鋁石,高嶺石、伊利石的作用機(jī)理.結(jié)果表明DEN16用作鋁土礦反浮選的捕收劑是可行的.1N,N 二乙基 N 十六烷基胺的合成C16H33NH2+2CH3CH OH COOH,9095!CC16H32N(C2H52.取合成的產(chǎn)品,注入濃鹽酸酸化至呈剛果紅顏色,然后將其固定于旋轉(zhuǎn)真空蒸發(fā)器上減壓蒸發(fā),溫度由室溫緩慢提升至100,保持至不再有蒸汽蒸出.將殘余物溶于少量冷水中,加入35%

11、苛性鈉溶液使胺游離出來,再用乙醚提取3次,提取液用苛性鈉干燥,蒸去大部分乙醚即為所需產(chǎn)品,在室溫下呈現(xiàn)紅褐色,半固體狀,產(chǎn)品分析結(jié)果見表1.表1 合成產(chǎn)品分析結(jié)果Table1Yield and state of synthesized products 產(chǎn)品化學(xué)式狀態(tài)顏色純度/% DEN16C16H32N(C2H52半固體狀紅褐色85 2 合成產(chǎn)品的紅外光譜分析見圖1,由圖1可知:2921cm-1與2852cm-1處的特征峰為CH2伸縮震動(dòng)峰.1466cm-1左右的振動(dòng)峰可能是由于CH2彎曲震動(dòng)引起的.CN伸縮震動(dòng)位于10001300cm-1處,說明合成產(chǎn)品是DEN16. 15501650cm

12、-1附近的特征峰是由于N H2與N +H3的彎曲震動(dòng)引起的,表明合成產(chǎn)品中仍有少量未反應(yīng)的十六胺.圖1DEN16的紅外光譜分析Fig.1F T IR spectr a of DEN162試驗(yàn)一水硬鋁石、高嶺石、伊利石純礦物礦樣取自中國(guó)的不同礦山.樣品經(jīng)錘碎、手選,瓷球磨磨碎,篩分,制成純礦物礦樣,粒度<0 074m m.4種礦物的化學(xué)全元素分析見表2.表2 純礦物的化學(xué)全元素分析Table2Chemical analyses of pure mineral samples樣品名稱礦樣各化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Al2O3SiO2Fe2O3TiO2CaO M gO K2O Na2O H2O+損

13、失高嶺石山西孝義礦39 2043 670 321 980 010 0680 0940 02813 6513 98一水硬鋁石山西孝義礦80 980 780 292 840 010 0460 0070 02514 0614 50伊利石浙江溫州礦37 7145 970 140 210 010 06810 2000 2204 514 85DEN16在使用時(shí)用鹽酸配成1#1原液備用.礦漿pH調(diào)整劑為0 1mo l/L的H Cl和NaOH,調(diào)漿均用一次蒸餾水.在SFG型掛槽式實(shí)驗(yàn)室浮選機(jī)上進(jìn)行單礦物600第4期 曹學(xué)鋒等:N ,N 二乙基 N 十六烷基胺的合成及其對(duì)鋁硅礦物浮選性能的影響試驗(yàn),主軸轉(zhuǎn)速為1

14、260r/min.每次稱取3 00g 礦物放入40mL 浮選槽中,加入33mL 一次蒸餾水,調(diào)漿1min 后,用H Cl 或NaOH 調(diào)節(jié)pH 值1min,加入捕收劑,攪拌3min,加入起泡劑,攪拌1min,掃選4m in.泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別過濾、烘干、稱重并計(jì)算回收率. 人工混合礦試驗(yàn)中,人工混合礦的配比為:一水硬鋁石/高嶺石=2/1,一水硬鋁石/伊利石=2/1.浮選試驗(yàn)流程參照單礦物試驗(yàn)流程.單礦物的動(dòng)電位測(cè)試:用藥匙取20m g 樣品放入100m L 燒杯里,加入蒸餾水,磁力攪拌器攪拌5min,用H Cl 或NaOH 調(diào)pH 值,保證懸浮液體積為50m L;用玻璃棒攪拌2min,測(cè)試

15、懸浮液pH 值,1min 內(nèi)注入樣品池,用Zetaplus Zeta 分析儀進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)樣品循環(huán)測(cè)量3次,取平均值.紅外光譜測(cè)試:將單礦物樣用瑪瑙研缽研磨至<0 005mm.紅外光譜分析時(shí),將<0 005mm 的單礦物樣用DEN 16溶液浸泡2h,過濾,自然風(fēng)干得藥劑與礦物作用后的礦樣,再與<0 005mm 的單礦物樣和DEN 16液體樣一起使用漫反射法測(cè)得DEN 16與3種礦物作用前后的紅外光譜.3結(jié)果與討論3 1單礦物浮選實(shí)驗(yàn)圖2為DEN 16做捕收劑,一水硬鋁石、高嶺石、伊利石浮選回收率與pH 值的關(guān)系曲線.可見,在pH <8時(shí),DEN 16對(duì)鋁硅酸鹽有較好的捕

16、收能力,但在堿性條件下,一水硬鋁石的可浮性好.pH =6時(shí),高嶺石與伊利石的回收率分別為90%與82%,而一水硬鋁石的浮選回收率為僅有60%.DEN 16對(duì)鋁硅酸鹽的捕收能力更強(qiáng).可見pH <8時(shí),DEN 16做捕收劑可以實(shí)現(xiàn)鋁土礦中高嶺石、伊利石與一水硬鋁石的反浮選分離.圖2 在DEN 16用量為2 10-4mol/L 時(shí),一水硬鋁石、高嶺石、伊利石浮選回收率與pH 值的關(guān)系Fig.2F lo tatio n r eco ver y of diaspor e,kaolinite and illitate w ith DEN 16at 2 10-4mol/L as a function

17、of pH3 2人工混合礦浮選分離試驗(yàn)DEN 16為捕收劑的人工混合礦試驗(yàn)結(jié)果見表3.結(jié)果表明:在DEN 16用量為2 10-4mo l/L,2#油濃度為25m g/L,pH =55 5,不配合其它藥劑使用時(shí),DEN 16能有效的將人工混合礦中的鋁硅酸鹽與一水硬鋁石分離.質(zhì)量比為2#1的一水硬鋁石與高嶺石的人工混合礦,原礦鋁硅比(A/S為4 48,精礦鋁硅比(A/S 為25 51,精礦Al 2O 3回收率為72 24%;質(zhì)量比為2#1的一水硬鋁石與伊利石的人工混合礦,原礦鋁硅比(A/S 為4 202,精礦鋁硅比(A/S為21 35,精礦A l 2O 3回收率為70 31%.說明合成的DEN 1

18、6可用作一水硬鋁石型鋁土礦反浮選的捕收劑.表3 DEN 16為捕收劑的人工混合礦試驗(yàn)結(jié)果Table 3Results of reverse f lotation of artificial mixture mineral with DEN 16混合礦(質(zhì)量比產(chǎn)品產(chǎn)率/%品位/%Al 2O 3S iO 2回收率/%Al 2O 3SiO 2A/S 原礦100 0067 0515 07100 00100 004 48一水硬鋁石+高嶺石(2#1精礦60 8679 593 1272 2412 6025 51尾礦39 1458 4427 2234 1170 702 14原礦100 0066 5615 84

19、100 00100 004 20一水硬鋁石+伊利石(2#1精礦59 8378 793 6970 3113 9421 35尾礦40 1749 4932 7429 8783 031 513 3動(dòng)電位測(cè)定結(jié)果在與浮選實(shí)驗(yàn)條件一致情況下,測(cè)得DEN 16與一水硬鋁石、高嶺石、伊利石等3種礦物作用前后的動(dòng)電位如圖3a3c 所示. (a一水硬石(b高嶺石(c伊利石圖3DEN 16對(duì)一水硬鋁石、高嶺石、伊利石作用前后的動(dòng)電位F ig.3Zeta potential of diaspo re,kao linite,illitate as function of pH value601中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第39卷

20、從圖3a3c 可看出,一水硬鋁石、高嶺石、伊利石的等電點(diǎn)分別為5 4,3 7,3 4,與DEN 16作用后變?yōu)? 54,9 99,7 8.這表明DEN 16對(duì)一水硬鋁石、高嶺石、伊利石的表面電性都有一定的影響,但DEN 16對(duì)一水硬鋁石表面電位的影響較少,而對(duì)高嶺石、伊利石的表面電位的影響較大.3 4DEN 16作用機(jī)理的IR 分析圖4a,4b 分別為一水硬鋁石、高嶺石、伊利石與DEN 16作用前后的紅外光譜圖,根據(jù)文獻(xiàn)17,一水硬鋁石的OH 伸縮振動(dòng)于3007與2921cm -1,OH 面外擺動(dòng)吸收峰位于2119和1985cm -1,973和1082cm -1分別為OH 面內(nèi)彎曲振動(dòng)和面外彎

21、曲振動(dòng)吸收峰.A l-O 的伸縮振動(dòng)峰為745cm -1.鋁硅酸鹽在1030cm -1附近的振動(dòng)峰為Si-O 鍵的伸縮振動(dòng)峰,500cm -1附近為Si O Si 或者Al O Si.鍵的伸縮振動(dòng),3650cm -1附近為O -H 鍵的伸縮振動(dòng)振動(dòng)峰.鋁硅酸鹽與DEN 16作用之后的紅外光譜圖在2921與2852cm -1附近為-CH 2伸縮振動(dòng)峰,1466cm -1附近為CH 3彎曲振動(dòng)峰,C-N 伸縮振動(dòng)在10001300cm -1處,而其自身的振動(dòng)峰并沒有發(fā)生明顯的遷移.體現(xiàn)了藥劑DEN 16與鋁硅酸鹽發(fā)生了物理吸附作用.由于在很寬的pH 范圍內(nèi),鋁硅酸鹽礦物表面電性均為負(fù)值,陽離子捕收

22、劑DEN 16在鋁硅酸鹽礦物表面的吸附可能是由于靜電作用引起的.在2921與2852cm -1附近,高嶺石的吸收峰強(qiáng)度比伊利石的吸收峰強(qiáng),說明DEN 16在高嶺石表面的吸附與作用力比在伊利石表面要強(qiáng).一水硬鋁石與藥劑DEN 16作用后各個(gè)特征吸收峰基本不發(fā)生變化,只在13001600cm -1之間有微弱的藥劑峰出現(xiàn),可見,一水硬鋁石與DEN 16發(fā)生的很弱的物理吸附. 圖4 一水硬鋁石、高嶺石、伊利石與D EN 16作用前后的紅外光譜F ig.4FT IR spectra o f diaspo re,kaolinite and illite tr eated befor e and after

23、 actio n by D EN 164結(jié)論1以十六胺、甲酸和乙醛為原料合成了N,N 二乙基 N 十六烷胺(DEN 16,并通過紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè).2單浮選和人工混合礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:DEN 16可以在pH <8時(shí)實(shí)現(xiàn)鋁硅酸鹽礦物與一水硬鋁石的反浮選分離.DEN 16作捕收劑,所有混合礦精礦的鋁硅比均高于20,表明DEN 16可成為一種有效的鋁土礦反浮選捕收劑.3在不同pH 情況下,DEN 16的加入對(duì)一水硬鋁石表面電位的影響較少,而對(duì)高嶺石、伊利石的表面電位產(chǎn)生較大的影響.DEN 16與高嶺石、伊利石通過靜電吸附結(jié)合,與一水硬鋁石作用較弱.參考文獻(xiàn):1張曉萍,胡岳華,黃紅軍,等.

24、微細(xì)粒高嶺石在水介質(zhì)中的聚團(tuán)行為J.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,36(4:514 517.ZH A N G Xiao ping ,H U Y ue hua,H U A NG H ong jun,et al.A gg reg atio n behav ior of ultr afine kaolinite in w ater J.Journal of China U niversity o f M ining &T echno log y,2007,36(4:514 517.2顧幗華,鄒毅仁,胡岳華,等.陰離子淀粉對(duì)一水硬鋁石和伊利石浮選行為的影響J.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,37(6

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