專利背景
鎢是一種寶貴的稀有金屬,是金屬元素中熔點最高、熱膨脹係數最低、蒸氣壓最低的元素,是密度最高的金屬元素之一,鎢具有優異的高溫力學性能、非常高的壓縮模量與彈性模量、優異的抗高溫蠕變性能、高的電導率與熱導率以及非常高的電子發射係數等一系列獨特性能,因而被廣泛套用於民用、工業、軍工等各個領域。長期以來,中國鎢業開發的礦產資源主要是黑鎢礦。據國土資源部2002年《中國礦產資源年報》公布的黑鎢儲量,截至2000年底保有儲量(WO
3)為144.05萬噸,占中國鎢礦產總保有儲量的27.4%,其中A+B+C級(工業)儲量53.6萬噸。而2015年前中國鎢的採選總回收率很低,資源浪費嚴重,2015年之前的黑鎢礦儲量已基本耗盡或所剩無幾。面對中國黑鎢資源優勢的消失,必須加大白鎢開發力度,提高白鎢選冶技術,提高白鎢資源回收利用率,以保證中國鎢業可持續發展。
白鎢礦礦石類型主要可以分為:白鎢-石英(或矽酸鹽礦物),白鎢-方解石、
螢石(重晶石)型。一般情況下,白鎢-石英型礦石比較易選;而白鎢-螢石、方解石(重晶石)型礦石難選,因為白鎢與含鈣脈石礦物的可浮性相近而難分離。白鎢浮選工藝一般分為粗選段和精選段兩個階段。粗選段主要以最大限度淘汰脈石礦物為目的,提高浮選富集比。粗選段一般採用常溫浮選,常用的pH調整劑有:氫氧化鈉、碳酸鈉、石灰+碳酸鈉;脈石抑制劑普遍使用水玻璃。白鎢粗精礦的精選是整個白鎢浮選的關鍵,白鎢浮選工藝分類一般按精選段是否加溫而分為加溫浮選和常溫浮選。即濃漿高溫法和常溫浮選法。濃漿高溫法即彼得羅夫法。2015年前,普遍套用於白鎢浮選生產實踐。該法是蘇聯專家比得羅夫於20世紀40年代末發明的。即將粗精礦濃縮至70%左右的濃度,加大量水玻璃,並加溫至90℃以上,強攪拌30~60分鐘,然後稀釋常溫浮選。該法對礦石適應性強,在各個白鎢選礦廠得到廣泛的套用。由於伴生的含鈣礦物(螢石、方解石等)和白鎢礦浮游性相近而同時進入泡沫產品,進一步分離相當困難。要到達白鎢和伴生含鈣礦物的分離,必須造成白鎢和伴生含鈣礦物浮游性的差別。採用彼得羅夫法能成功地從伴生含鈣礦物的白鎢粗精礦中優先浮選白鎢礦,是因為在彼得羅夫法條件下,水玻璃從白鎢和伴生含鈣礦物表面解吸捕收劑的能力不同而造成的。在彼得羅夫法條件下,白鎢礦仍然保持良好的可浮性,而螢石、方解石由於表面捕收劑的解吸而被抑制。從而實現了白鎢與這些含鈣脈石礦物的有效分離。彼得羅夫法需加溫浮選,能耗高,成本高,操作複雜,勞動條件差,所以,採用新工藝實現白鎢常溫浮選是時代發展的客觀需要和必然要求。
20世紀70年代初,731氧化石蠟皂白鎢常溫浮選法首先在中國贛南某鎢礦首創並獲得生產套用。該法與彼得羅夫法相比,更加重視粗選作業,強調碳酸與水玻璃的協同效應,使礦漿中的HSiO3保持在最佳抑制的濃度範圍。然後用選擇性較強的731氧化石蠟皂做捕收劑,提高粗選富集比。精選時在粗精礦中添加大量水玻璃進行長時間(30分鐘以上)強烈攪拌,再稀釋常規浮選,整個精選工藝在常溫條件下進行。此法操作簡單,成本低,但對礦石的適應性不及彼得羅夫法。731常溫法在以石英為主的矽卡岩型白鎢礦山得到較廣范套用,近年來在白鎢-螢石、方解石型白鎢礦石的實踐中也有套用。
白鎢礦與螢石、
方解石等含鈣礦物的浮選分離是世界選礦難題之一。而白鎢礦主要產於矽卡岩鎢礦床。用脂肪酸類捕收劑浮選這類白鎢礦時,由於含鈣礦物(螢石、方解石)的浮游性與白鎢礦相近同時進入泡沫產品。2015年前,白鎢精選一般採用彼得羅夫法。但是加溫法成本高,操作複雜,勞動條件差,傳統常溫精選工藝成本高、礦石適應性差,粗選作業與精選作業斷層,整體回收率低。
發明內容
專利目的
針對傳統脂肪酸選鎢工藝含鈣礦物分離困難、水玻璃用量大、粗選精選作業分離困難、回收率低等問題,《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》提供了一種對含鎢礦物、稀土及錫石等具有極強選擇性捕收能力的金屬離子配合物捕收劑。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的另一個目的是在於提供一種流程簡單、反應條件溫和、成本低的製備所述金屬離子配合物捕收劑的方法。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的第三個目的在於提供一種所述金屬離子配合物捕收劑的套用,將其用於含鎢礦物、
錫石、
稀土等與含鈣礦物的浮選分離,可以在無含鈣礦物抑制劑存在下實現含鎢礦物(白鎢礦、黑鎢礦、鎢華等)、稀土、錫石等的高效浮選富集,富集比高達50倍以上,回收率大於85%,從根本上解決了含鈣礦物分離困難的問題。
技術方案
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》提供了一種由配位體與金屬離子配位形成;
所述的金屬離子為Fe、Fe、Pb、Cu、Zn、Al、Mn、Ni或Ca;
所述的配位體具有式1結構:
其中,R為苯基、取代苯基或C6~C12的烷基。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的技術方案中的金屬離子配合物捕收劑是由羥肟酸類配位體與金屬離子配位形成,具有五元、六元、並聯的6-5或5-5螯合環的配位單體,進而形成單核、雙核或多核的金屬離子配合物。
優選的方案,金屬離子與配位體的配位摩爾比為1:2、1:4、1:8或1:16。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》還提供了所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,該製備方法是在含配位體的溶液中加入可溶性金屬鹽,於35~45℃溫度下反應,即得;所述的可溶性金屬鹽為含Fe、Fe、Pb、Cu、Zn、Al、Mn、Ni或Ca的可溶性金屬鹽。
優選的方案,配位體與可溶性金屬鹽反應的時間為1~2小時。
優選的方案,可溶性金屬鹽與配位體的摩爾比為1:2、1:4、1:8或1:16。
優選的方案,含配位體的溶液通過如下方法製備得到:於45~55℃溫度條件下,將羧酸酯滴加到游離鹽酸羥胺溶液中反應30~45分鐘,得到含配位體的溶液;
所述的羧酸酯具有式2結構:
其中,R為苯基、取代苯基或C6~C12的烷基;R1為甲基或乙基。
優選的方案,游離鹽酸羥胺溶液通過如下方法得到:向醇類溶劑中加入鹽酸羥胺,攪拌,再加入氫氧化鈉,攪拌反應1~2小時,過濾,即得。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的羧酸酯的製備過程為:將羧酸與無水醇混合,緩慢加入濃酸以及加入幾粒沸石,加熱到70~80℃回流1~2小時,以蒸餾裝置蒸餾出過量的醇,殘留液經3~5次洗滌後得相應的羧酸酯。採用的醇最好是甲醇,得到相應的羧酸甲酯。
該發明還提供了所述金屬離子配合物捕收劑的套用,將金屬離子配合物捕收劑作為含鎢礦物和/或錫石和/或稀土的捕收劑套用於含鎢礦物和/或錫石和/或稀土與含鈣礦物的浮選分離。
該發明的技術方案提供的金屬離子配合物捕收劑配合物對於含鎢礦物、稀土及錫石等具有極強的選擇性捕收能力,能夠在無抑制劑條件下實現含鎢礦物、錫石及稀土等與含鈣脈石礦物的選擇性分離,從根本上解決了含鈣礦物分離困難的問題。
優選的方案,捕收劑使用過程不添加含鈣礦物抑制劑。
優選的方案,捕收劑相對原礦的加入量為200~500克/噸。
優選的方案,捕收劑適用的浮選pH為3~12,浮選溫度為0~90℃。
該發明的金屬離子配合物捕收劑特別適應於鎢礦的浮選,鎢礦的WO3含量大於0.05%,含鎢礦物為白鎢礦、鎢鐵礦、鎢錳礦、鎢華中的至少一種,脈石礦物主要為石榴子石、方解石、螢石、重晶石、二氧化矽中的至少一種。
該發明的金屬離子配合物捕收劑的製備方法具體包括以下步驟:
第一步,羧酸的酯化
將羧酸與過量無水醇混合,緩慢加入濃酸,以及加入幾粒沸石,加熱到70~80℃回流1~2小時後,以蒸餾裝置蒸餾出過量的醇,殘留液經3~5次洗滌後得相應的羧酸酯;
第二步,鹽酸羥胺的游離化
將鹽酸羥胺加入單口燒瓶中,並加入無水乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉,在水浴中攪拌1~2小時,過濾去除不溶物,即得游離鹽酸羥胺溶液;
第三步,配位體的合成
向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離鹽酸羥胺溶液和甲醇溶劑,在45~55℃下,攪拌滴加第一步所得的羧酸酯,滴加完畢後反應30~45分鐘,即得配位體;
第四步,配合物的合成,
在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入可溶性金屬鹽,在35~45℃保溫反應1~2小時,即得金屬離子配合物捕收劑。
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的金屬離子配合物捕收劑對鎢礦、錫石及稀土與含鈣礦物的浮選富集(以鎢礦浮選為例):鎢礦礦經破碎、磨礦、磁選脫鐵、脫硫後,加入pH調整劑調節礦漿pH,然後加入金屬離子配合物捕收劑攪拌調漿,加入起泡劑進行充氣浮選,泡沫產品即為鎢粗精礦;捕收劑相對原礦的加入量為200~500克/噸;浮選pH為3~12,浮選溫度為0~90℃。
有益效果
1、《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》的技術方案通過簡單流程、溫和條件、成本低的方法製備出金屬離子配合物捕收劑。
2、該發明的金屬離子配合物對鎢礦、錫石及稀土具有極強的選擇性捕收能力,實現了在無含鈣抑制劑條件下鎢礦、錫石及稀土等於含鈣礦物的浮選分離;特別適用於含鎢礦物的高效富集,使含鎢礦物富集比高達50倍以上,回收率大於85%。為後續的常溫精選作業創造了有利條件,徹底取代加溫精選作業,實現了粗選作業與精選作業的高效銜接。
3、該發明的技術方案中金屬離子配合物作為捕收劑進行浮選的過程流程短、藥劑簡單、操作方便、勞動強度低、能耗低、環保高效,不僅極大地降低了成本而且顯著提高了鎢資源的利用率。
4、該發明技術方案中金屬離子配合物選擇性捕收效果好、性能穩定、用量小、成本低,可廣泛套用於鎢礦、錫石、稀土等浮選分離工藝中,有效提高精礦質量。
附圖說明
圖1為實施例1中製得的苯基肟酸/鉛金屬離子配合物捕收劑及含鎢礦物的紅外光譜圖:a為金屬離子配合物捕收劑,b為鎢礦,c為金屬離子與鎢礦作用後。
圖2為實施例2中製得的鄰羥基苯肟酸/鋁金屬離子配合物捕收劑及含鎢礦物的紅外光譜圖:a為金屬離子配合物捕收劑,b鎢礦,c金屬離子與鎢礦作用後。
圖3為實施例3中製得的環烷基肟酸/鎳金屬離子配合物捕收劑及含鎢礦物的紅外光譜圖:a金屬離子配合物捕收劑,b鎢礦,c金屬離子與鎢礦作用後。
技術領域
《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》涉及一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用,特別涉及一種含鎢礦物、稀土及錫礦等於含鈣脈石之間的分離技術,屬於鎢礦資源綜合利用領域。
權利要求
1.一種金屬離子配合物捕收劑,其特徵在於,由配位體與金屬離子配位形成;
所述的金屬離子為Fe、Fe、Pb、Cu、Zn、Al、Mn、Ni或Ca;
所述的配位體具有式1結構:
其中,R為苯基、取代苯基或C6~C12的烷基。
2.根據權利要求1所述的金屬離子配合物捕收劑,其特徵在於:所述的金屬離子與配位體的配位摩爾比為1:2、1:4、1:8或1:16。
3.權利要求1或2所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,其特徵在於:在含配位體的溶液中加入可溶性金屬鹽,於35~45℃溫度下反應,即得;所述的可溶性金屬鹽為含Fe、Fe、Pb、Cu、Zn、Al、Mn、Ni或Ca的可溶性金屬鹽。
4.根據權利要求3所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,其特徵在於:配位體與可溶性金屬鹽反應的時間為l~2小時。
5.根據權利要求3所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,其特徵在於:所述的可溶性金屬鹽與配位體的摩爾比為1:2、1:4、1:8或1:16。
6.根據權利要求3所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,其特徵在於:所述的含配位體的溶液通過如下方法製備得到:於45~55℃溫度條件下,將羧酸酯滴加到游離鹽酸羥胺溶液中反應30~45分鐘,得到含配位體的溶液;
所述的羧酸酯具有式2結構:
其中,R為苯基、取代苯基或C6~C12的烷基;R1為甲基或乙基。
7.根據權利要求6所述的金屬離子配合物捕收劑的製備方法,其特徵在於:所述的游離鹽酸羥胺溶液通過如下方法得到:向醇類溶劑中加入鹽酸羥胺,攪拌,再加入氫氧化鈉,攪拌反應1~2小時,過濾,即得。
8.權利要求1或2所述的金屬離子配合物捕收劑的套用,其特徵在於:作為含鎢礦物和/或錫石和/或稀土的捕收劑套用於含鎢礦物和/或錫石和/或稀土與含鈣礦物的浮選分離。
9.根據權利要求8所述的金屬離子配合物捕收劑的套用,其特徵在於:所述的捕收劑使用過程不添加含鈣礦物抑制劑;所述的捕收劑相對原礦的加入量為200~500克/噸。
10.根據權利要求8所述的金屬離子配合物捕收劑的套用,其特徵在於:所述的捕收劑適用的浮選pH為3~12,浮選溫度為0~90℃。
實施方式
實施例1
將1摩爾/升的苯甲酸與3摩爾/升的無水甲醇混合,緩慢加入30毫升濃酸,加入幾粒沸石,加熱到75℃回流2小時。以蒸餾裝置蒸餾出過量的甲醇,殘留液經3次洗滌後得相應的酯;將鹽酸羥胺2.2摩爾加入單口燒瓶中,並加入50毫升乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉88克,在水浴中攪拌2小時,過濾出去不容的游離的羥胺,即得游離鹽酸羥胺;向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離的鹽酸羥胺和25毫升甲醇,在48℃下,攪拌滴加所得的酯1.7摩爾,滴加完畢後反應45分鐘,在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入硝酸鉛0.5摩爾,40℃保溫反應1-2小時,即得所述金屬離子配合物捕收劑。圖1為金屬離子配合物捕收劑及其與含鎢礦物的紅外光譜分析(a金屬離子配合物捕收劑,b鎢礦,c金屬離子與鎢礦作用後紅外光譜分析)。
利用該工藝方法處理柿竹園鎢錫鉬鉍多金屬礦,脫硫尾礦通過碳酸鈉調整pH為9.0,加入製備的金屬離子配合物捕收劑400克/噸,充氣調漿攪拌5分鐘,粗精礦WO319.70%,經常溫精選作業後精礦WO371.39%,總體回收率88.84%。
實施例2
將1摩爾/升的水楊酸與3摩爾/升的無水甲醇混合,緩慢加入30毫升濃酸,加入幾粒沸石,加熱到70℃回流1小時。以蒸餾裝置蒸餾出過量的甲醇,殘留液經5次洗滌後得相應的酯;將鹽酸羥胺2.2摩爾加入單口燒瓶中,並加入50毫升乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉88克,在水浴中攪拌1.5小時,過濾出去不容的游離的羥胺,即得游離鹽酸羥胺;向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離的鹽酸羥胺和25毫升甲醇,在55℃下,攪拌滴加所得的酯1.7摩爾,滴加完畢後反應45分鐘,在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入硫酸鋁0.25摩爾,40℃保溫反應2小時,即得所述金屬離子配合物捕收劑。圖2為金屬離子配合物捕收劑及其與含鎢礦物的紅外光譜分析(a金屬離子配合物捕收劑,b鎢礦,c金屬離子與鎢礦作用後紅外光譜分析)。
利用該工藝方法處理瑤崗仙鎢錫鉬鉍多金屬礦,脫硫尾礦通過氫氧化鈉調整pH為9.3,加入製備的金屬離子配合物捕收劑450克/噸,充氣調漿攪拌5分鐘,粗精礦WO323.58%,經常溫精選作業後精礦WO369.21%,總體回收率86.09%。
實施例3
將1摩爾/升的環烷酸與3摩爾/升的無水甲醇混合,緩慢加入30毫升濃酸,加入幾粒沸石,加熱到76℃回流1.5小時。以蒸餾裝置蒸餾出過量的甲醇,殘留液經3次洗滌後得相應的酯;將鹽酸羥胺2.2摩爾加入單口燒瓶中,並加入50毫升乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉88克,在水浴中攪拌1.5小時,過濾出去不容的游離的羥胺,即得游離鹽酸羥胺;向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離的鹽酸羥胺和25毫升甲醇,在50℃下,攪拌滴加所得的酯1.7摩爾,滴加完畢後反應45分鐘,在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入硫酸鎳0.125摩爾,40℃保溫反應2小時,即得所述金屬離子配合物捕收劑。圖3為金屬離子配合物捕收劑及其與含鎢礦物的紅外光譜分析(a金屬離子配合物捕收劑,b鎢礦,c金屬離子與鎢礦作用後紅外光譜分析)。
利用該工藝方法處理柿竹園柴山高鈣多金屬礦,脫硫尾礦通過碳酸氫鈉調整pH為9.5,加入製備的金屬離子配合物捕收劑300克/噸,充氣調漿攪拌5分鐘,粗精礦WO317.28%,經常溫精選作業後精礦WO375.21%,總體回收率89.89%。
實施例4
將1摩爾/升的水楊酸與3摩爾/升的無水甲醇混合,緩慢加入30毫升濃酸,加入幾粒沸石,加熱到70-80℃回流1小時。以蒸餾裝置蒸餾出過量的甲醇,殘留液經5次洗滌後得相應的酯;將鹽酸羥胺2.2摩爾加入單口燒瓶中,並加入50毫升乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉88克,在水浴中攪拌1.5小時,過濾出去不容的游離的羥胺,即得游離鹽酸羥胺;向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離的鹽酸羥胺和25毫升甲醇,在45-55℃下,攪拌滴加所得的酯1.7摩爾,滴加完畢後反應45分鐘,在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入硫酸鋁0.25摩爾,40℃保溫反應2小時,即得所述金屬離子配合物捕收劑。
利用該工藝方法處理雲南文山細粒錫石,脫硫尾礦通過氫氧化鈉調整pH為7.1,加入製備的金屬離子配合物捕收劑400克/噸,充氣調漿攪拌5分鐘,然後進行浮選作業,錫粗精礦WO33.58%,回收率81.93%。
實施例5
將1摩爾/升的苯甲酸與3摩爾/升的無水甲醇混合,緩慢加入30毫升濃酸,加入幾粒沸石,加熱到70-80℃回流2小時。以蒸餾裝置蒸餾出過量的甲醇,殘留液經3-5次洗滌後得相應的酯;將鹽酸羥胺2.2摩爾加入單口燒瓶中,並加入50毫升乙醇,在水浴中攪拌冷卻,向其中加入氫氧化鈉88克,在水浴中攪拌2小時,過濾出去不容的游離的羥胺,即得游離鹽酸羥胺;向帶有電動攪拌器和滴液漏斗的三口燒瓶中加入游離的鹽酸羥胺和25毫升甲醇,在45-55℃下,攪拌滴加所得的酯1.7摩爾,滴加完畢後反應45分鐘,在攪拌條件下向第三步所得的溶液中加入硝酸鉛0.5摩爾,40℃保溫反應1-2小時,即得所述金屬離子配合物捕收劑。
利用該工藝方法處理包頭某重稀土礦,原礦通過碳酸鈉調整pH為8.0,加入製備的金屬離子配合物捕收劑300克/噸,充氣調漿攪拌5分鐘,然後進行浮選作業,粗精礦品位50.53%,回收率50.03%。
榮譽表彰
2020年7月14日,《一種金屬離子配合物捕收劑及其製備方法和套用》獲得
第二十一屆中國專利獎優秀獎。