什么是浮选药剂?在浮游选矿过程中,用来改变矿物表面物理化学性质或创造条件调节矿物可浮性的药剂,称浮选药剂。例如,某铅、锌、萤石矿选厂所处理的矿石中,含方铅矿、闪锌矿、萤石等有用矿物,脉石主要是石英。将矿石破碎并磨至有用矿物单体解离后,调成矿浆,采用优先浮铅抑锌的方法浮选,浮铅时先用碳酸钠调整矿浆pH值为7~7.5后,用硫酸锌和氰化物抑制闪锌矿,用黑药和黄药捕收方铅矿,加松醇油使鼓入空气时产生的气泡稳定, 首先将方铅矿浮出。浮方铅矿以后的尾矿,用碳酸钠将矿浆pH值调至8左右,加入硫酸铜活化闪锌矿,再加黄药并加松醇油浮选闪锌矿。浮闪锌矿后的尾矿,用碳酸钠调pH值为8~9, 加水玻璃抑制石英,用油酸捕收萤石,浮出萤石,脉石从尾矿排掉。在这个例子中要解决的问题是:有用矿物和脉石分离,有用矿物各个分离。解决的方法是优先浮选法。浮选过程中用到的黄药、黑药、油酸、松醇油、硫酸锌、氰化钠、水玻璃、碳酸钠、硫酸铜等化合物都是浮选药剂。

为什么这些药剂能将有用矿物与脉石及有用矿物之间彼此浮选分离呢?因为,这些药剂能改变矿物表面的物理化学性质,调节矿物的可浮性,创造条件使目的矿物易浮而另一些矿物不易浮,从而达到分选的目的。

矿物的可浮性决定于两个因素,一是内因,即决定于矿物的组成和结构,有些矿物由于本身的组成和结构的亲水性大,天然可浮性小,如石英、云母等;有些矿物亲水性小,天然可浮性大,如石墨、辉钼矿、自然硫等。仅利用矿物天然可浮性的差别是难于达到分选目的的。另一个因素是外因,是人为的创造条件,改变矿物表面的物理化学性质,调整其可浮性,从而达到分选的目的。使用浮选药剂的目的是改变矿物表面的物理化学性质,调节矿物的可浮性。浮选药剂对矿物分选起着重要的作用。

从上述实例看,没有黄药、黑药的捕收作用,方铅矿和闪锌矿就不能很好浮游;没有油酸的捕收作用,萤石也不能浮游;没有水玻璃对石英的抑制作用,被污染了的石英就会在油酸的捕收作用下与萤石一道浮游,达不到分选目的;没有硫酸铜对闪锌矿的活化作用,被硫酸锌和氰化钠抑制过的闪锌矿就不能浮出,而松醇油则是使矿浆产生较稳定的泡沫,这种泡沫能将浮游的矿物带出矿浆表面,使有用矿物与脉石分离。

浮选技术和浮选药剂的发展是互相联系的。20年代浮游选矿发展的初期,只有几种矿物油和焦油作浮选药剂使用,药剂简单,能分选的矿物种类也不多。待到黄药、黑药、氰化物等药剂发现和应用后,就使复杂的硫化矿分选发展起来,随着生产的需要,各种比较特效的药剂不断出现,浮选矿物的类型及分选效果也不断增加和改善。

要提高浮选指标,合成更有效的浮选药剂是途径之一。熟悉浮选药剂的来源、性能和作用机理,一方面可以更好地使用药剂,帮助掌握和调整浮选工艺,另一方面可以寻找或合成新的药剂,为选矿事业作出贡献。

在浮选工业中,曾经试验作为浮选药剂并有一定效果的物质有8000种以上,用得较多的约有 100多种,本书基本上包括了常用的浮选药剂。这些浮选药剂,在选矿过程中,按其作用划分,可分为如下几类:

捕收剂——在矿浆中能够吸附(物理吸附或化学吸附)在矿物表面,形成疏水薄膜,使矿物的疏水性增大,从而增加矿物的浮游性的药剂,称为捕收剂,如黄药、黑药、油酸等。

起泡剂——在矿浆中能使气泡稳定的药剂,如松醇油、酚、醇等。

pH值调整剂——调整矿浆pH值的药剂,如硫酸、石灰、碳酸钠、氢氧化钠等。

抑制剂——在矿浆中使矿物表面生成亲水薄膜而降低矿物的可浮性的药剂称为抑制剂,如硫酸锌、氰化钠、淀粉等。

活化剂——能改变矿物表面性质,促进矿物与捕收剂发生作用的药剂称活化剂,如硫酸铜是闪锌矿和黄铁矿的活化剂。

絮凝剂——使细粒矿物絮凝,以便于浮选或脱水的药剂称为絮凝剂。絮凝剂的功能在于降低或中和矿粒的表面电性,或起“桥链”作用使细粒絮凝。

同一种药剂在不同浮选条件下,往往有不同作用,例如水玻璃对矿泥有分散作用,对石英有抑制作用,也能调整矿浆的pH值。所以,药剂的分类有它的灵活性,水玻璃既可作抑制剂又可作为分散剂。

pH值调整剂、抑制剂、活化剂、絮凝剂、分散剂通称调整剂,总的来说,浮选药剂其作用可分为捕收剂、起泡剂、调整剂三大类,本书按这种分类法编写。

著者从1955年开始,从事浮选药剂研究,1956年在《有色金属》,№.11,53~57发表“加工蓖麻油作为起泡剂的研究”一文,利用蓖麻油裂解成仲辛醇的化学原理,研究起泡剂的合成及起泡性能;19 56~1957年研究大孤山铁矿新捕收剂时,发现松香钠皂用空气氧化后,能很好地捕收赤铁矿,即是说,利用共轭双键加氧的原理,研究将松酯酸合成氧化矿捕收剂并研究其捕收性能 ;1957年从矿物表面金属离子与药剂成键(化学吸附)及药剂与水分子形成氢键的观点,研究了单宁酸、没食子酸抑制方解石的作用机理;1962年研究了有机化合物分子结构与起泡剂性能的关系及N-苯甘氨酸、N-萘甘氨酸螯合捕收剂,提出氨基酸的碱性越强则生成的螯合物越稳定、捕收能力越强的论点。1964年总结自己的科研成果,写成《有机浮选药剂》一书,由中国工业出版社出版,书中论述了利用化学原理研究浮选药剂的合成和浮选性能,这是我国自己出版的第一本较完整的浮选药剂专著。

《湖南省志节》第十八卷科技志下册,第373页写道:“中南矿冶学院朱建光从20世纪70年代末,开始将有机化学原理用于浮选药剂”。此话有误,应改为20世纪50年代中期。并且研究工作不是朱建光一人所为,发表的专著及论文也不是朱建光一人的。

70年代末,著者从浮选药剂的同系列同分异构原理观点出发,与株洲选矿药剂厂部分同志在工业上成功地合成了甲苯胂酸的同分异构体——苄基胂酸,并在广西大厂长坡选厂、云锡新冠选厂、江西浒坑钨矿、铁山垅钨矿等选厂浮选锡石或黑钨矿,获得成功。从此,苄基胂酸在选矿工业上得到推广应用,直至今日,浮选锡石细泥、黑钨矿细泥、金红石细泥的选厂仍在使用该药剂作为捕收剂。1981年通过部级鉴定,1982年分别获湖南省、冶金部四等奖。19 83年,我们将研究锡石与黑钨浮选药剂的数据与文献资料汇总,写成《黑钨与锡石细泥浮选药剂》一书,由冶金工业出版社出版。

1987年,用《黑钨与锡石细泥浮选药剂》一书和《一种新的浮选黑钨与锡石细泥的捕收剂》等26篇论文,作为“浮选药剂结构理论及找药分子设计”项目的实践部分,与别人合作申请国家教委科技奖,获一等奖,申请国家自然科学奖,获三等奖。

在研究苄基胂酸的合成及选矿性能时,著者即在研究报告及当时使用的教材中表明用同分异构原理寻找新药剂的论点。接着在此论点指导下研究了浮锡灵、亚磷酸脂、两性捕收剂和苯甲氧肟酸等一系列氧化矿捕收剂,逐步充实浮选药剂的同分异构原理。此理论研究结果,于 1993年通过部级鉴定并获中国有色金属工业总公司1993年科技进步三等奖。1995年《矿冶工程》第15卷第2期发表代子林等的论文^[8],该文应用这一原理,在工业上合成了苯甲氧肟酸,用于柿竹园“八·五”攻关项目,浮选黑钨细泥工业试验获得成功。进一步证明浮选药剂的同分异构原理的正确。

混合用药是浮选药剂的研究方向之一,著者在浮选锡石细泥和黑钨细泥时,所用捕收剂药方均为混合药剂,共用过F₂₀₃-TBP、苄基胂酸-黄药等八组混合捕收剂,其中四组做了工业试验,效果均比单一用药佳,并对混合药剂的协同效应机理进行研究。

著者在起泡剂方面研究了加工蓖麻油、甘苄油、W-O₂、RB系列药剂等,均做了工业浮选试验,取得良好效果。加工蓖麻油(仲辛醇)在有色矿山选厂用得少,在选煤行业用得多。甘苄油和RB系列起泡剂通过部级鉴定,甘苄油在桃林铅锌矿选厂使用过多年。RB系列起泡剂现在桃林矿选厂、黄沙坪铅锌矿选厂、宝山矿选厂、水口山铅锌矿选厂使用,并获中国有色金属工业总公司1995年四等奖。

著者研究了FX-127和新FX-127两种选煤油,前者在云南田坝煤矿选煤工业试验成功,后者在邯郸选煤厂选煤工业试验成功,均在工业生产上应用。

著者在带研究生期间,均为研究生开设《选矿药剂》课程,使用的教材就是以《浮选药剂的化学原理》为主。这次中南工业大学出版社为该书出修订版,在1987年版的基础上,补充作者近几年的研究成果,比原书多了第6章两性捕收剂(一)、第7章两性捕收剂(二)、第8章混合用药、第12章浮选药剂的同分异构原理;其它章亦有修改。

著者水平有限,错漏之处请读者指正。

在写作本书过程中,朱一民在收集资料和资料整理归类方面做了许多工作,同时提了许多意见。在此予以说明。

著 者

1996年8月