一种铁精矿固液分离用助滤剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及矿物加工，具体涉及一种铁精矿固液分离用助滤剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、铁精矿是钢铁工业的重要原料，在选矿厂经磨矿、磁选或浮选等工艺富集后，需要经过固液分离工序将铁精矿矿浆中的水分脱除，以满足后续烧结、球团等造块工艺对水分的要求。选矿流程中铁精矿矿浆的浓度较低、含水率较高，固液分离任务繁重。

2、目前，铁精矿固液分离普遍采用真空过滤机（圆筒过滤机、陶瓷过滤机）或加压过滤机进行脱水。然而，现代选矿工艺为提高铁回收率，铁精矿的磨矿细度不断提高，微细粒级占比较高，这给过滤作业带来了以下主要问题：

3、其一，过滤速率低：细颗粒铁精矿比表面积大，易堵塞滤布或陶瓷过滤介质的微孔通道，导致过滤速率显著下降，设备处理能力受限，生产成本升高；其二，滤饼水分高：细颗粒铁精矿颗粒间毛细管半径小、毛细管压力大，加之铁精矿表面对水具有较好的亲水性，水分难以在常规真空度或过滤压力条件下被有效脱除，导致滤饼水分偏高，难以满足球团生产对原料水分的工艺要求；其三，环境问题：为降低水分，部分企业长期使用石灰、明矾等无机电解质类助滤剂，虽然对降低水分有一定效果，但其用量较大，且对铁精矿可能引入有害元素，同时废水处理负担较重。

4、针对上述问题，选矿行业已开始广泛研究和应用助滤剂技术。助滤剂通过吸附于铁精矿颗粒表面，改变颗粒表面的润湿性和电荷性质，影响矿浆流变性及滤饼的孔隙结构，进而达到提高过滤速率、降低滤饼水分的目的。

5、现有技术中，铁精矿助滤剂主要包括以下几类：无机盐类助滤剂、高分子絮凝剂类助滤剂以及表面活性剂类助滤剂。然而，单一组分的助滤剂往往存在助滤效果不佳、对不同矿石适应性差、部分组分生物降解性差等问题。因此，开发高效、绿色、适应性强的复合型铁精矿助滤剂，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种铁精矿固液分离用助滤剂及其制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种铁精矿固液分离用助滤剂，包括以下重量组分：10-40重量份的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、10-50重量份的聚乙二醇、10-40重量份的氯化铵、3-15重量份的疏水改性纳米纤维素，900-1000重量份的去离子水。

3、优选的，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯（tween-80）、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯（tween-20）、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯（tween-40）中的至少一种。

4、优选的，所述聚乙二醇的分子量为300-500。

5、优选的，所述疏水改性纳米纤维素通过以下步骤制备：向1250-1750ml的去离子水中加入10-25g的纳米纤维素，超声分散30-40min，得到纳米纤维素悬浮液，向125-175ml的无水乙醇与去离子水的混合溶液中加入5-12.5g的十六烷基三甲氧基硅烷，用乙酸调节ph值为4.5-5.5，在20-28℃下搅拌20-30min，得到硅烷溶液，将纳米纤维素悬浮液加热至60-70℃，向其中滴加硅烷溶液，滴加时间为20-40min，滴加完毕后，继续反应3-4h，反应结束后，离心去除上清液，洗涤并冷冻干燥，得到疏水改性纳米纤维素。

6、优选的，所述无水乙醇与去离子水的混合溶液中，无水乙醇与去离子水的体积比为95:5。

7、优选的，所述铁精矿固液分离用助滤剂的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇加入40-90℃的去离子水中，搅拌溶解，得到聚乙二醇溶液，向其中加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、氯化铵、疏水改性纳米纤维素，在24-30℃下超声分散15-25min，得到铁精矿固液分离用助滤剂。

8、本发明还提供上述铁精矿固液分离用助滤剂的应用，应用方法为：将铁精矿固液分离用助滤剂以100-600g/t铁精矿干矿量的比例加入铁精矿矿浆中，搅拌混匀后进行过滤作业，用于铁精矿固液分离脱水工艺。

9、优选的，所述过滤作业为真空过滤、加压过滤或陶瓷过滤机过滤中的至少一种。

10、优选的，所述铁精矿为磁铁矿精矿、赤铁矿精矿、磁赤混合铁精矿中的至少一种，铁精矿中-0.074mm粒级占比≥70%。

11、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

12、协同增效，助滤效果显著：本发明助滤剂中，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯作为非离子型表面活性剂，能有效吸附于铁精矿颗粒表面，将铁矿石表面的润湿接触角从亲水型调整至疏水型，显著降低滤饼中毛细管水的毛细管压力；聚乙二醇通过其分子链的桥联吸附作用，在颗粒间形成均匀的骨架网络结构，有效改善滤饼孔隙分布；氯化铵作为电解质组分，通过压缩矿物颗粒表面扩散层，促进颗粒适度聚团，进一步改善滤饼渗透性；疏水改性纳米纤维素作为纳米级刚性骨架组分，在颗粒间隙中形成三维纳米纤维网络，与聚乙二醇的分子级桥联网络形成"分子-纳米"双尺度孔隙结构，有效防止滤饼在过滤压力下过度压缩，同时其表面接枝的疏水烷基链进一步增强颗粒表面的疏水性。四种组分协同形成"接触角调控—孔隙结构优化—电解质促聚团—纳米骨架增强"的助滤机制。

13、绿色环保：聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯来源于天然脂肪酸，生物降解性良好，无毒无害；聚乙二醇生物相容性优异，是公认的安全级高分子材料；氯化铵为常见铵盐，选矿废水经常规处理后达标排放，对环境影响小。疏水改性纳米纤维素以天然纤维素为原料，本身为可再生生物质材料，经硅烷改性后仍保持良好的生物降解性，对环境友好。

14、适应性广：本发明助滤剂对磁铁矿精矿、赤铁矿精矿、磁赤混合铁精矿均有良好的助滤效果，可广泛应用于真空过滤机、陶瓷过滤机和压滤机等不同设备的过滤工艺。

1.一种铁精矿固液分离用助滤剂，其特征在于，包括以下重量组分：10-40重量份的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、10-50重量份的聚乙二醇、10-40重量份的氯化铵、3-15重量份的疏水改性纳米纤维素，900-1000重量份的去离子水。

2.根据权利要求1所述的铁精矿固液分离用助滤剂，其特征在于，所述聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯为聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯（tween-80）、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯（tween-20）、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯（tween-40）中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的铁精矿固液分离用助滤剂，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为300-500。

4.根据权利要求1所述的铁精矿固液分离用助滤剂，其特征在于，所述疏水改性纳米纤维素通过以下步骤制备：向1250-1750ml的去离子水中加入10-25g的纳米纤维素，超声分散30-40min，得到纳米纤维素悬浮液，向125-175ml的无水乙醇与去离子水的混合溶液中加入5-12.5g的十六烷基三甲氧基硅烷，用乙酸调节ph值为4.5-5.5，在20-28℃下搅拌20-30min，得到硅烷溶液，将纳米纤维素悬浮液加热至60-70℃，向其中滴加硅烷溶液，滴加时间为20-40min，滴加完毕后，继续反应3-4h，反应结束后，离心去除上清液，洗涤并冷冻干燥，得到疏水改性纳米纤维素。

5.根据权利要求4所述的铁精矿固液分离用助滤剂，其特征在于，所述无水乙醇与去离子水的混合溶液中，无水乙醇与去离子水的体积比为95:5。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的铁精矿固液分离用助滤剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乙二醇加入40-90℃的去离子水中，搅拌溶解，得到聚乙二醇溶液，向其中加入聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、氯化铵、疏水改性纳米纤维素，在24-30℃下超声分散15-25min，得到铁精矿固液分离用助滤剂。

7.一种如权利要求1-5任一项所述的铁精矿固液分离用助滤剂的应用，其特征在于，应用方法为：将铁精矿固液分离用助滤剂以100-600g/t铁精矿干矿量的比例加入铁精矿矿浆中，搅拌混匀后进行过滤作业，用于铁精矿固液分离脱水工艺。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述过滤作业为真空过滤、加压过滤或陶瓷过滤机过滤中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述铁精矿为磁铁矿精矿、赤铁矿精矿、磁赤混合铁精矿中的至少一种，铁精矿中-0.074mm粒级占比≥70%。