文章编号：1004-0609(2010)11-2228-05
Tween80在一水硬铝石浮选中的作用
冯其明，张 晶，卢毅屏，欧乐明，张国范
(中南大学 资源加工与生物工程学院，长沙 410083)
摘 要：采用浮选试验、红外光谱和粒度分析研究Tween80对油酸钠浮选一水硬铝石的影响。结果表明：当Tween80与油酸钠以适宜的比例(质量比为1?9)混合时，有利于一水硬铝石的浮选；随着Tween80的增多，混合表面活性剂不利于一水硬铝石的浮选。加入Tween80强化了细粒级一水硬铝石的捕收，但没有明显改善油酸钠在低温下的捕收能力；油酸钠主要以阴离子形式吸附于一水硬铝石表面，且加入Tween80可能与油酸钠在一水硬铝石表面产生共吸附。
关键词：油酸钠；Tween80；一水硬铝石；浮选；混合表面活性剂
中图分类号：TD91 文献标志码：A
Effect of Tween80 on flotation of diaspore
FENG Qi-ming, ZHANG Jing, LU Yi-ping , OU Le-ming, ZHANG Guo-fan
(School of Minerasl Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)
Abstract：The effect of Tween80 on flotation of diaspore with sodium oleate was investigated by flotation test, IR spectroscopy and particle size analysis. The results indicate that the mixed surfactant of Tween80 and sodium oleate with mass ratio of 1?9 is helpful for the flotation of diaspore, but further increasing Tween80 is not benefit for the flotation by mixed surfactant. The addition of Tween80 promotes the collection of fine particles. The collecting capacity of sodium oleate with Tween80 is not improved obviously at low temperature. The adsorption of sodium oleate on diaspore is mainly in the form of anions, and the co-adsorption between sodium oleate and Tween80 will take place on the surface of diaspore.
Key words: sodium oleate; Tween80; diaspore; flotation; mixed surfactant
自2003年中国铝业中州分公司建成投产了铝土矿选矿脱硅——拜耳法生产氧化铝新工艺以来，选冶联合可以经济地利用占我国铝土矿资源80%以上的 中低品位矿石[1]。因此，铝土矿选矿脱硅也得到了 越来越多的重视和应用，同时也需要进一步认识和 优化。
目前，在工业应用的铝土矿选矿脱硅技术是正浮选脱硅。铝土矿正浮选脱硅[2]过程的实质是利用阴离子型捕收剂浮选一水硬铝石，实现铝硅分离。对于正浮选有效的铝矿物捕收剂主要是以油酸钠为代表的脂肪酸及其皂类。尽管铝土矿选矿脱硅获得了良好的浮选效果[3]，但是粗粒级和微细粒级一水硬铝石的浮选回收仍不尽人意。脂肪酸类捕收剂不耐低温、不耐硬水和选择性差等不同在铝土矿正浮选脱硅中也反映明显。
为了克服脂肪酸类捕收剂的上述不足，长期以来，人们主要进行了两个方面的研究：药剂改性和组合用药。组合用药是针对矿物表面非均匀性的，将2种或几种药剂合理组合，发挥协同效应，利于选矿指标的改善、节约浮选药剂、提高药剂的适应性。陈道远[4]指出磺酸盐类、聚氧乙烯醚类、非离子型类等可以作为羧酸类捕收剂的增效剂，其中阴离子-非离子混合表面活性剂表现出比脂肪酸盐表面活性剂更大的优 势[5-6]，加入的非离子表面活性剂，耐温、耐盐，更利于浮选[7]。
Tween80是聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，属于非离子表面活性剂，具有高表面活性，其水溶液的表面张力低，临界胶束浓度低，增溶作用强，具有良好的乳化和分散等作用，但是一般在固体表面上不易发生强烈吸附[8]。关于磷灰石矿物的浮选，李冬莲[9]和谢恒星等[10]认为Tween80能提高脂肪酸(皂) 类捕收剂的分散性和水溶性，促进捕收剂在磷灰石表面的化学吸附，从而在提高磷灰石浮选回收率的同时降低脂肪酸用量，但是他们没有对Tween80作用下不同粒级磷灰石浮选的变化进行研究。
为此，本文作者通过研究Tween80对油酸钠浮选一水硬铝石的影响，特别是不同粒级一水硬铝石浮选的影响，揭示混合表面活性剂体系的复配规律与作用，为改善脂肪酸类捕收剂在铝土矿浮选脱硅中的捕收性能提供依据。
1 实验
试验所用的单矿物样一水硬铝石，取自河南小关，经化学分析其中Al2O3为76.06%(质量分数)，SiO2为1.54%。块矿经手碎、手选、瓷球磨磨细后，筛分得到粒径小于0.038 mm的粒子，作为浮选的矿样。
试验选用的NaOH 和Tween80是分析纯，油酸钠(NaOL)是化学纯。
浮选试验采用40 mL挂槽浮选机，每次取2 g试样，加pH调整剂后搅拌3 min，加捕收剂后搅拌3 min，浮选5 min。
药剂及其与矿物作用前、后的红外光谱在美国Nicolet 公司740FT-IR 红外光谱仪用漫反射法测 定[11]。药剂与矿物作用的样品制备过程：将原矿样用玛瑙研钵磨至红外检测所需粒度，按比例加入蒸馏水和合适浓度的药剂溶液，充分搅拌后，采用离心机离心，倒出上层清液，再加入一定的蒸馏水溶液洗涤矿物2次，固液分离后自然晾干，送红外检测。
采用Mastersizer 2000激光粒度仪对试验单矿物矿样和入选矿样(经浮选泡沫产物与槽内产物合成的矿样)分别进行粒度检测。
2 结果与讨论
2.1 Tween80对油酸钠捕收能力的影响
图1所示为一水硬铝石回收率与pH值的关系。油酸钠作为捕收剂，在用量为0.2 mmol/L(或60.9 mg/L)时，一水硬铝石在弱碱性范围内适宜浮选。当用Tween80作为捕收剂时，一水硬铝石在整个pH区间基本不浮，表明单独使用非离子表面活性剂Tween80对一水硬铝石无捕收作用。当油酸钠与Tween80以质量比1:1混合使用，总用量与上述用量相同时，一水硬铝石可浮pH范围略向酸性偏移。值得指出的是，在pH≥11时，混合捕收剂对一水硬铝石完全无捕收作用，这可能是加入的Tween80加强了药剂之间的缔合作用，导致一水硬铝石回收率迅速降低。
图2所示为一水硬铝石的回收率与药剂配比的关系。随着Tween80的增多，一水硬铝石的回收率不断降低。油酸钠与Tween80的质量比以9:1为宜。
图1 不同表面活性剂作用下一水硬铝石浮选回收率与pH值的关系
Fig.1 Relationship between flotation recovery of diaspore and pH with different surfactants
图2 一水硬铝石的回收率与混合表面活性剂配比的关系
Fig.2 Relationship between flotation recovery of diaspore and proportion of mixed surfactants
将油酸钠与Tween80以质量比为9:1的比例混合作为捕收剂时，一水硬铝石的回收率与捕收剂用量的关系如图3所示。不同温度下一水硬铝石的回收率与表面活性剂的关系如图4所示。浮选结果表明： 加入Tween80使“临界抑制浓度(CDC)”降低[12]；当温度为25 ℃时，加入Tween80对一水硬铝石的捕收有利；而当温度为10 ℃时，加入Tween80没有影响油酸钠对一水硬铝石的捕收。
图3 一水硬铝石的回收率与捕收剂浓度的关系(Ph=9.0, 25 ℃)
Fig.3 Relationship between flotation recovery of diaspore and collector concentration (pH=9.0, 25 ℃)
图4 不同温度下油酸钠与Tween80混用对一水硬铝石回收率的影响(捕收剂质量浓度90.4 mg/L)
Fig.4 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on flotation recovery of diaspore at different temperatures
2.2 Tween80对细粒一水硬铝石浮选的影响
表1和表2所列为不同温度下浮选产物的粒度分析结果。由表1可看出在常温(25 ℃)和低温(10 ℃)下，油酸钠或油酸钠与Tween80以质量比为9:1的混合物作为捕收剂浮选时，都表现出与一水硬铝石原矿样几乎相同的粒径分布率，加入Tween80后没有明显的聚团出现。
表1 不同温度下油酸钠+Tween80作捕收剂时对表观粒经分布的影响(pH=9.0, 捕收剂质量浓度为0.904 mg/L)
Table 1 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on particle size distribution at different temperatures(pH=9.0, collector concentration 90.4 mg/L)
表2 不同温度下油酸钠+Tween80作捕收剂时对回收率的影响(pH=9.0, 捕收剂的质量浓度为90.4 mg /L)
Table 2 Effect of sodium oleate mixed with Tween80 on recovery at different temperatures(pH=9.0, collector concentration 90.4 mg/L )
由表2可见，低温下一水硬铝石的各粒级浮选回收率均比常温时低，温度对捕收剂的作用影响显著； 粒径为5~45 μm的一水硬铝石易浮；加入Tween80强化了粒径＜5μm的一水硬铝石的捕收。
2.3 Tween80与油酸钠在一水硬铝石表面的吸附
图5(a)所示为油酸钠与一水硬铝石作用前、后的红外光谱。从一水硬铝石与油酸钠作用后的红外光谱可以看出，在1 586.9、1 468.5、1 349.5 cm-1出现了—COO—特征吸收峰[13-14]，且有较大偏移，但是羧基的C=O的吸收峰(1710±10)cm-1)没有出现，说明捕收剂主要是以阴离子形式吸附于矿物表面，且可能存在化学吸附。
图5(b)所示为Tween80与一水硬铝石作用前、后的红外光谱。从一水硬铝石与Tween80作用后的红外光谱可以看出，仅在1 647.9 cm-1新出现一个很弱的C=C吸收峰，Tween80的C—O—C以及C=O的吸收峰[15]都没有出现，表明Tween80在一水硬铝石表面基本不吸附。LFI等[16]报道，聚氧乙烯型非离子表面活性剂中的聚氧乙烯基不吸附于氧化铝或是氧化铁
图5 药剂与一水硬铝石作用前、后的红外光谱
Fig.5 IR spectra of diaspore before and after absorbing reagents
表面，为了吸附于氧化物表面，聚氧乙烯基需替换掉固体界面上足够的水分子键并伴随熵效应的增强。而聚氧乙烯基在强烈水化后的铝表面不能取代足够的水分子键，因此，就不易在一水硬铝石表面吸附。
图6所示为在油酸钠浮选体系中添加Tween80后与一水硬铝石作用前、后的红外光谱。由图6可以看出，在1 798.5、1 268.4 cm-1处出现了新的吸收峰，分别是不饱和酯类的C=O伸缩吸收峰和C—O—C不对称伸缩吸收峰。
图6 混合药剂与一水硬铝石作用前、后的红外光谱图
Fig.6 IR spectra of diaspore before and after absorbing mixed reagents
红外光谱分析说明，新吸收峰的出现可能是由于油酸钠的羧基与Tween80中的羟基的缔合作用，Tween80和油酸钠在一水硬铝石表面产生了共吸附。这种共吸附有利于混合药剂在一水硬铝石表面的作用。费利波夫[17]在用离子型和非离子型浮选药剂混合物提高浮选回收率和选择性时，提出了以下几种机理：1)非离子型药剂在不能吸附的矿物表面上发生共吸附；2) 由于疏水链之间的相互作用非离子型表面活性剂使离子型表面活性剂的吸附增强；3) 由于非离子型表面活性剂分子的屏蔽作用，离子型表面活性剂的离子基团之间的静电斥力降低。离子型捕收剂和非离子型表面活性剂(中性分子)混用时在矿物表面上形成穿插型共吸附。油酸钠与Tween80共同作用的过程[18-19]，即油酸钠吸附在一水硬铝石表面后，Tween80以分子形式穿插其间，以适当的密度与矿物表面相互垂直排列。Tween80与油酸钠有较好的协同效应，在液/气、液/固界面上的共吸附产生缔合作用，形成新的“复合分子”。共吸附的发生降低了离子型捕收剂极性端的斥力和形成半胶束的浓度，从而使吸附量增加，疏水性增强，一般还伴有表面张力降低的现象[20]。因此，按适宜比例加入Tween80可提高一水硬铝石的回收率。
3 结论
1) Tween80与油酸钠的质量比为9:1的混合，有利于一水硬铝石的浮选；Tween80比例的增大对浮选不利。
2) 加入Tween80强化了细粒级一水硬铝石的捕收。
3) 加入Tween80没有明显改善油酸钠在低温下的捕收能力。
4) 红外光谱测试表明，油酸钠主要以阴离子形式吸附于一水硬铝石表面，加入的Tween80可能使其与油酸钠在一水硬铝石表面产生了共吸附。
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(编辑 杨 华)
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB613602)
收稿日期：2010-01-06；修订日期：2010-06-02
通信作者：冯其明，教授，博士；电话：0731-88836817；E-mail：qmfeng@mail.csu.edu.cn
