第30卷第1期2021年1月
中国矿业
CHINA MINING MAGAZINE
Vol.30,No.1
电弧发生器
土豆炮点火装置Jan.2021
汤家焰】，张静茹】，王志芳2，任建辉2
（1.内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头014010；
2.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院，内蒙古包头014010）
摘要：为了研究辛基酚聚氧乙烯U（OP）系列表面活性剂对油酸钠浮磷脱硅的增效作用，选用不同的环
氧乙烷加成数的OP表面活性剂来复配油酸钠，通过纯矿物浮选试验和实际矿物浮选试验，来选取最佳的
OP表面活性剂以及复配比例，通过泡沫性能测试、表面张力测定以及红外光谱，来探索OP表面活性剂的
增效机理。纯矿物浮选试验表明，OP系列表面活性剂对油酸钠有良好的增效作用，其中，OP-10、OP-12、
OP-15增效效果明显，最佳复配比例为14〜1：9；清平磷矿浮选试验表明OP-10、OP-12、OP-15与MX-135
复配比为1：9的复配药剂可以提高精矿产率10%左右，而无法提高精矿品位。泡沫性能测试和表面张力 测定试验结果表明，OP系列表面活性剂的增效作用与其起泡性相关性较小。红外光谱表明OP系列表面
活性剂的增效作用本质在于表面活性剂的增溶作用，可以有效促进油酸钠在磷灰石矿物表面的吸附。
关键词：辛基酚聚氧乙烯U%磷矿浮选；捕收剂；表面活性剂
中图分类号：TD97文献标识码：A文章编号：1004-4051（2021）01-0121-06
Synergistic effect of OP surfactants on phosphorus ore flotation desilication
TANG Jiayan1,ZHANG Jingru1,WANG Zhifang2,REN Jianhui2
(1.Institute of Mining Engineering,
Innrr Mongolia University of Science and Technology,Baotou014010,China；
2.School of Mining and Coal Engineering,
Innrr Mongolia University of Science and Technology,Baotou014010,China)
Abstract:In order to explore the synergistic effect of OP series surfactants on sodium oleate floating
phosphorus and desilication,sodium oleate is prepared by adding OP surfactant with different number of
ethylene oxide,which is used in pure mineral flotation test and practical mineral flotation test to select the
optimal distribution of OP surfactants and mix proportion.The synergistic mechanism of OP surfactan
t is
exploredthroughthefoam performancetest!determinationofsurfacetensionandinfraredspectrum.The
resultsofpuremineraltestshowthatOPseriessurfactantshadgoodsynergistice f ectonsodiumoleatethe
best synergistic agents are OP-10,OP-12,OP-15,and the best compound ratio is1：4-1：9.The preliminary
study of Qingping phosphate ore shows that the yield of fine mineral could be effectively increased by nearly
10%and the concentrate grade could not be e f ectively increased with the compound the ratio of OP-10!OP-
12!OP-15and MX-135is1：9.The results of foam performance test and surface tension test show that the
synergistic effect of OP series surfactants is mainly due to its solubilizing effect and had little correlation
with its foaming ability.Infrared spectrum show that the essence of OP series surfactant is its solubilization,
wh:ch can e f ect:vely promote the adsorpt:on of sod:um oleate on the surface of apat te.
Keywords:octyl phenol polyoxyethylene ether；phosphate flotation；collector；surfactant
收稿日期：2019-09-19责任编辑：赵奎涛
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目资助（编号:NJZY19131）；内蒙古自治区自然科学基金项目资助（编号：2019BS05019）
第一作者简介：汤家焰（1989-），男，博士，讲师，硕士生导师，主要从事矿物浮选方面的教学与研究工作&
引用格式：汤家焰，张静茹，王志芳，等.OP表面活性剂在磷矿浮选脱硅中的增效作用中国矿业，2021,30（1）:121126.doi:10.12075/j. issn.1004-4051.202101009
122
中国矿业
第30卷
磷矿资源是磷肥生产的重要原料来源，与国家
粮食安全紧密相关「门，因此磷矿石的高效开发利用 一直都是选矿工作者的研究重点。我国磷矿丰而不
富许多选厂都需要采用浮选法将中低品位磷矿 石进行富集得到磷精矿，然后才能满足后续磷化工 生产的需要&磷矿的浮选方法包括了正浮选、反浮 选、正一反浮选以及双反浮选不同的浮选方法
对应不同类型的磷矿石，比较常见的硅质磷矿石一 般会采用正浮选工艺回收磷矿物，脱除石英等硅质
脉石矿物囚&
目前，磷矿正浮选的研究热点主要集中在药剂 的改进上，包括磷矿物的高效浮选捕收剂以及硅质
脉石矿物的高效抑制剂，其中又以磷矿物捕收剂的
改进研究最为广泛&磷矿正浮选所用的捕收剂多以
脂肪类阴离子捕收剂为主，该药剂在实际生产实践 中展现出捕收能力强而选择性较差的缺点，且其捕
收能力受浮选矿浆温度以及水质硬度影响较大'勺& 为了改善这一药剂缺陷，多以脂肪酸分子结构上的
改性以及药剂的复配来增加脂肪酸类捕收剂的捕收 能力、水溶性以及抗硬水能力'切&脂肪酸分子结构 改性可以很好解决捕收剂水溶性以及选择性差的问
题，但其研发成本较高⑶。复配药剂是将两种或两 种以上的药剂组合使用，发挥药剂之间的协同作用， 以达到改善药剂性能的目的&
磷矿浮选过程中，通过表面活性剂来对脂肪酸
类捕收剂进行增效的研究较多，但大多数都是不同 类型表面活性剂之间的比较，且研究对象多以实际 矿物为主&表面活性剂辛基酚聚氧乙烯U(OP)的 药剂分子结构中含有聚氧乙烯基一(C 2H 4O )―，不
同兀值代表了聚氧乙烯链的长度不同，从而使得药 剂OP-2具有不同的表面活性。本文选取OP 为研
究对象，考察不同!值的OP 药剂对油酸钠在磷灰 石纯矿物浮选过程中的增效作用，并通过泡沫性能
测试和表面张力测定来探索其增效机理&
1试验1.1试验矿样
试验所用磷灰石和石英均采自湖北宜昌某典型
磷矿区，经手选后纯度分别达到95%和99%以上。 采用陶瓷球磨进行磨碎，并筛分出0. 038〜0. 074 mm
粒度产品，用去离子水反复搅拌冲洗，自然风干后作 为试验矿样备用。采用X 荧光光谱分析其主要化
学成分，结果见表1;X 射线衍射分析其晶体结构， 结果见图1&
试验所用的实际磷矿石来源于四川省清平地
区，经实验室破碎、对车昆、筛分至2 mm 以下，然后进 行缩分，每1_g 装袋备用。清平磷矿的化学组成见 表1&
表1
1 ， 所用磷 磷
， 磷 英的 度 高且
构 ，
合试验要求&
表1磷灰石、石英以及清平磷矿主要化学元素分析结果
Table 1 Analysis results of main chemical elements of apatite , quartz and Qingping phosphate ore
成分P 2O5MgO CaO SiO 2Fe 2 O3Al O3Na 2O K 2O F 磷灰石/%
37. 130. 54
50. 78
1 02
0. 760. 920. 150. 547. 49
石英/%-
--99. 490. 190. 11
-
-
-
清平磷矿/%
22. 063 61
38 0917. 14
2. 18
6. 100. 320. 14 1. 10
00o 00800600400
2
o
002(b)石英
图1 纯矿物XRD 图谱
Fig. 1 XRD patterns of pure
minerals
第1期汤家焰，等：OP表面活性剂在磷矿浮选脱硅中的增效作用123
1.2设备和药剂
程中所使用的主要设备见表2，试验过程中所使用的主要药剂见表3。
表2试验主要设备型号及生产厂家
Table2Main equipment models and manufactu0e0s of test 名称号家雷磁pH计PHS-3C上海精密仪器有限公司浮选机XFG(5-35)XFD(0.5)矿
磨矿机XMB-67型200X240矿
表面张力仪JZ-200承德市精密试验机有限公司泡沫2151广州仪器有限公司
表3试验主要药剂及使用方法
Table3Main agents and application methods o6test
名称使用方法
碳酸钠配成10%水溶液
水玻璃配成5%水溶液
捕收剂(MX-135)配成2%水溶液
酸配成10%水溶液
氢氧化钠
1%〜10%水
油酸钠配成0.1%水溶液OP系列表面活性剂
01%或2%水
1.3试验方法
纯矿物浮选试验：选用XFG型浮选机，取纯矿物2g，加入40mL浮选槽内，加入30mL去离子水；用盐酸或氢氧化钠pH值，搅拌3min；加入油酸钠或油酸钠与OP系列表面活性剂的混合物，搅拌3min；泡3min；将泡沫、称、化验％回收率&3均值&磷矿浮选：取1_g矿样，经过棒磨机磨至一0.074mm粒级质量分数占91.80%；用分样机分成6份样，每份样约166.7g；选用XFD-0.5型浮选机，将样品加入0.5L浮选槽，补加水至所需矿浆液面；加入碳酸钠水溶液作为pH值剂，搅拌2min；加入水作为抑制剂，搅拌2min；加入碘值135的棉油脂肪酸皂(MX-135)或MX-135与OP的混合物，搅拌2min；充气刮泡5min；将泡沫产品和槽内产品烘干、称重、化验P2O5(/?)；(力、回(£)。
表面张力：剂配制成0.1%的水溶液，借助JZ-200表面张力仪，采用吊环法测样品的表面张力，每组药剂3均值&泡沫高度：剂配制成0.1%的水溶液，扌温器，控制温度25°C，将药剂预热至25C，在刻度管中50mL剂，扌管注满200mL待测药剂，滴液管的出口安置在900mm 度线上&的活塞，使中溶液全部流下，读取刻度管中所形成的泡沫高度，每组剂3均值。
2结果与讨论
21矿物浮选
选用纯OP系列表面活性剂、纯油酸钠以及OP 与油酸钠比例为1：1、1：2、1：4、1：9的物作为捕剂，捕收剂用量30mg/L，浮选pH值 氧化钠为9，浮选机搅为1500r/min。考察OP系列表面活性剂对纯磷、纯石英在油酸钠体系下浮选的增效作用&23。
90
80
70
60
5吟
10-
1:21:4
OP与油酸钠用量比
1：9纯油酸钠
-"-OP—4
■OP-6
-^OP-8
-^-OP-10
-^OP-12
—<-OP-15
t—OP-20
°纯O P1:1
图2OP系列表面活性剂对磷灰石浮选的增效作用Fig.2Synergistic effect of OP series surfactants
on flotation of apatite
12
4
指纹门禁系统
8
°纯OP1:11:21:41:9 纯油酸钠
OP与油酸钠用量比
图3OP系列表面活性剂对石英浮选的增效作用
Fig.3Synergistic effect of OP series surfactants
on flotation of quartz
由图2可知，采用纯OP系列表面活性剂时，磷灰石的浮选回不超过20%，表OP系列表面活性剂对于磷能力，20%的回泡沫夹带所的。采用30mg/L 纯油酸钠浮选时，磷灰石的浮选回收率达到60%，复配OP表面活性剂以后，在药剂用！持30mg/L时，磷的浮选回了提高，表明OP系列表面活性剂对磷矿浮
选的
124中国矿业第30卷
增效作用。就复配比例而言，当OP表面活性剂与油酸钠复配比为1?4〜1?9时，磷灰石浮选回收率达到70%〜40%，比纯油酸钠时提高了10%〜20%&就OP系列不同聚合度比较可以发现，OP10、OP-12.OP-15的增效效果要优于其他OP系列表面活性剂。
由图3可知，采用纯OP系列表面活性剂、纯油酸钠以及两者的复配物作为捕收剂时，石英的浮选回收率都不会超过10%，表明在上述药剂作用下，石英不可浮。10%左右的回收率是由泡沫夹带所导致的&
在磷灰石和石英的浮选分离过程中，磷灰石溶解的钙离子在碱性条件下，具有活化石英的作用，为了验证OP系列表面活性剂在磷灰石与石英分选过程中的药剂选择性&以磷灰石和石英的纯矿物按质量比1?1进行混合，选用纯油酸钠，以及OP系列表面活性剂与油酸钠按1?9的复配药剂作为捕收剂，用量30mg/L进行试验。试验结果见图4。
纯油酸钠OP-4OP-6OP-8OP-10OP-12OP-15OP-20
捕收剂
图4OP系列表面活性剂对磷灰石与石英浮选分离
的增效作用
电磁阀总成
Fig.4Synergistic effect of OP series surfactants
on flotation separation of apatite and quartz
由图4可知，当磷灰石与石英混合浮选时，在药剂浓度30mg/L的条件下，石英的浮选回收率由10%以下(图3)提高到接近20%，表明磷灰石对石英具有活化作用&OP系列表面活性剂的加入并未影响到混合矿物中石英的浮选回收率，而对磷灰石的浮选回收率有较大的提高，且依旧是OP10、OP-12.OP-15的增效效果要优于其他OP系列表面活性剂。
2.2清平磷矿浮选试验
为了验证OP系列药剂在磷矿浮选过程中的实际效果，以清平磷矿为试验对象，磨矿细度一0.074mm 91.8%，碳酸钠用量6.0kg/t，水玻璃用量2.0kg/t，捕收剂MX-135，以及其与OP10、OP12、OP15的复配物作为捕收剂，用量1.2kg/t的条件下进行一次粗选试验，试验结果见表4。
由表4可知，OP10、OP12、OP15的添加都可以有效地增加浮选精矿产率和回收率，对精矿品位的影
响较小。精矿产率由69.7%增加到81.2%，回收率由79.3%提高到93.2%。进一步证实OP10、OP-12.OP-15对于MX-135脂肪酸阴离子型捕收剂具的增效作用。
2.3表面张力及泡沫稳定性试验
OP系列表面活性剂是一种非离子型表面活性剂，它可以有效改变矿浆溶液的表面张力和起泡性能，对此通过表面张力仪和罗氏泡沫仪对纯油酸钠溶液、纯OP系列表面活性剂、最优配比1?9的复配物进行测定，测定结果见表5。
表4OP系列表面活性剂对MX-135的浮选增效作用Table4Synergistic effect of OP series surfactants
on flotation e ficiency of MX-135
捕收剂种类精矿产率/%P2O5品位/%回收率/%
MX-13569.7025.03;9.30 MX-135：OP-10（9：1）77.8025.2589.30 MX-135：OP-12（9：1）81.2025.2593.20 MX-135：OP-15（9：1）;8.9025.1590.20
表5不同捕收剂的表面张力及泡沫稳定
Table5Surface tension and foam stability of
diferentcolector3
剂种表面张力/(mN/m)泡沫高度/mm
油酸钠36.367
OP-43;.4010
OP-629.2215剂
OP-829.5255
OP-1032.2680
OP-1233.95105
OP-1546.79110
OP-2047.48100
OP-434.030
OP-631.163
OP-8
32.3;2
1：9复配物OP-1030.958
OP-1230.298
OP-1533.4510
OP-2033.947由表5可知，OP系列表面活性剂的表面张力不同，这与其药剂分子结构有关。环氧乙烷的加成数不一样，其理化性质有所差别。OP4环氧乙烷的基数为4，其亲水基含量较少，导致其亲水性不够
，
第1期汤家焰，等：OP表面活性剂在磷矿浮选脱硅中的增效作用125
在水溶液中较难溶解，因此对于降低水溶液体系表
面张力的能力。其他OP系列的表面活性剂随
着环氧乙烷数的增加，亲水性增加，液体表面张力逐
渐增加。理论上表面张力的降该更有助于泡沫
的与稳定，但是，经泡沫仪所的泡沫
高度刚好与理论&这是因为泡沫的与稳定
除了与表面张力，还与矿浆黏度，黏度越大
所的泡沫稳定，以推断随着环氧乙烷基
的增加，OP系列表面活性剂的黏度增大&
合纯矿物浮选看，通过添加表面
活性剂来改变矿浆液体表面张力以及泡沫稳定性对
于磷英浮选的效很强的相关性&但
依旧可初步判别，表面张力越低，泡沫稳定性越高的
药剂体系，浮选效果越好&如OP-10.OP-12.OP-15
(1：9复配物)的表面张力，泡沫稳定性较好，所
对应的浮选效果则&
2.4红外光谱分析
进一步了解OP表面活性剂在复配药剂浮选磷
程中的作用，对油酸钠(+)、OP10([)、磷
灰石#)、磷灰石+油酸钠(d)、磷灰石+油酸钠和
OP10混合物分析，分5。
T卜
油酸钠(a)
Q______
OP-lO(b)
磷灰石(c)
磷灰石+油酸钠(d)£g.
--------
6OC
e e
磷灰石+油酸钠和OP-10混合物(e)
9 3
右旋氨基物
35003000
-//j____I—
糖炒栗子机150********波数/(cm」)
图5药剂作用的红外光谱图
Fig.5Infrared spectra of sodium oleate and apatite
由图5可知，油酸钠#)红外光谱中存在2920cnT1、2852cm51是一CH—和一CH3的特征吸收峰，1710cm51、1560cm51是一COOH的特征吸收峰「10(；OP-10([)红外光谱中存在1610cm51、1511cm51是苯环的特征吸收峰，1247cm51是C—O—C的特征吸收峰「11(；磷灰石(c)红外光谱中存在1456cm51、1427cm51是CO|5的特征吸收峰，1098cm51、1043cm51、962cm51、602cm51、570cm51都属于POt的特征吸收峰「12(；磷灰石+油酸钠(d)的中除了有磷中的特征峰，还包含了油酸中的2920cm51、2852cm5特征吸收峰，表明油酸钠与磷灰石发生了吸附，与前人研究「10(；磷灰石+油酸钠和OP10混合物(e)的红外光谱中，包含磷中的特征峰油酸钠
谱中的2920cm51、2852cm51特征吸收峰，却未发现OP10的特征吸收峰，表明OP10并未与磷灰石生吸附。就磷+油酸钠(d)和磷+油酸钠和OP-10混合物#)比较可以发现，在2920cm51、2852cm51处，磷
灰石+油酸钠和OP-10混合物(e)中出现的特征峰要强于磷+油酸钠(d)中所出现的，表明OP10有增进油酸钠在矿物表面吸的能力&
，除了表面张力以及泡沫的稳定性，OP系列表面活性剂对于油酸体系浮选磷的增效作用主要在于OP系列表面活性剂油酸钠在矿物表面的能力，其根本在于OP系列表面活性剂的增溶作用「13(&油酸钠依旧是磷浮选的根剂，也依旧是油酸根离子与磷表面的钙离子发生化学，从而使磷表面疏水被浮&油酸钠在常温体系下，溶解性较差，使得大部分油酸钠都不能在水中溶解电离，与磷灰石表面发生有效的&利用OP 系列表面活性剂临界胶束溶度(CMC)较/J、的特点，添加OP系列表面活性剂，在水中胶束，将难溶的油酸钠包含在胶束中间，从而增加油酸钠的溶解度，达到增效的目的&矿物浮选F 也很好地了这，OP系列表面活性剂的加以有效地增加MX-135在矿浆中的溶解度，从而使得更多的磷被药剂浮选，进而增加了精矿。由于OP系列表面活性剂从根本上改变剂与磷的，效地改变MX-135的选择性，进而对精矿品位的影响较小&
3结论
1)脂肪酸类药剂浮选磷灰石脱硅过程中，OP 系列表面活性剂可以有效提高能力但：提高选择性&OP系列表面活性剂增效作用的本质在对油酸钠的增溶作用，利用其临界胶束溶度(CMC)较小的特点，通过添加OP系列表面活性剂，在水溶液中的胶束，可以将油酸钠包含在胶束中间，在浮选搅程中，胶束被打破，被包裹的油酸钠与磷表面，从达高浮选
或降剂用量的目的&
