CN1170636A - 用于矿石浮选的羧酸与有机胺的混合物 - Google Patents

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Abstract

用C3—24羧酸中和的烷基胺、烷基二胺、烷基多胺、醚胺和醚多胺,具有改进的流动性,并在一些情况下在水中形成稳定的分散体,对于从矿石中泡沫浮选杂质是有效的。具体地讲,在高pH值下从铁矿石中除去含硅杂质有了显著的改进。

Description

用于矿石浮选的羧酸与有机胺的混合物
本发明涉及物质的组合物，该物质组合物是胺、尤其是烷基胺、烷基二胺、烷基多胺、醚胺和醚多胺与选自明确限定的一类中链线型或支化羧酸的酸的混合物，包括可能存在的任何这种胺与这种酸的反应产物。
本发明还涉及含有可作为表面活性剂的上述酸与胺混合物的物质组合物。本发明进一步涉及将这些新的物质组合物用在利用其在水中的优秀表面活性性能的应用中的方法，尤其是将其用在矿石浮选如铁矿石选矿中的方法。本发明还涉及这些新组合物的改进的物理加工性能，特别是与具有短链羧酸、尤其是乙酸的相应混合物相比。
胺化合物如烷基胺、烷基二胺、醚胺、醚二胺、和多胺尤其在含水介质中表现出表面活性性能，这点使这些化合物可用在许多应用中。
一种这类应用是通过泡沫浮选进行的矿石选矿，尤其是从铁矿石或磷酸盐矿石中除去二氧化硅、从钾盐中回收钾碱、和方解石的纯化。
在从例如铁矿石中泡沫浮选二氧化硅的过程中，将疏水胺化合物加到研成细粉的矿石浆中，通过二氧化硅颗粒上的选择性吸收而使之成为疏水的。然后这些疏水二氧化硅颗粒通过附着在穿过浆升起的气泡上而被从浆中除去。相比之下更亲水的铁矿石颗粒不受气泡的影响并留在浆中。
胺的疏水性对泡沫浮选法来说是关键性的，但由于胺在水中的不溶混性，导致在获得胺在矿石浆中的均匀混合物方面出现问题。为了获得最佳的二氧化硅颗粒覆盖范围，所用的少量胺(每吨需处理的矿石使用0.02-2磅胺)需要胺在浆中均匀稀释地分散。通常采用两种方法将胺有效地输送到二氧化硅表面。
所用的一种方法是将胺分散在水中然后将此分散体计量加入泡沫浮选浆中。稀释胺分散体的使用改进了胺的消耗并减轻了伴随少的胺用量而产生的计量问题。在将该分散体计量加入浮选池的同时，分散体适宜于储存8-12小时。储存稳定的分散体是在不搅拌的情况下保持分散12小时的分散体。除非使用分散剂，否则用于二氧化硅浮选的疏水胺产品不会在水中形成储存稳定的分散体。分散助剂的选择是受限制的，这是因为胺的分散不允许形成乳液或妨碍胺附着到二氧化硅表面上。迄今为止常用的分散助剂是乙酸，可以直接用于分散体水中，或者作为胺产品，尤其是用乙酸中和的或与乙酸混合的胺产品。在浮选设备中需使用腐蚀性酸是这种方法的缺点。从生产的角度看，将这种酸直接加入胺中以形成作为分散助剂的胺盐解决了酸的使用问题。然而对于低分子量胺如C8-C10醚伯胺来说，胺与乙酸反应的副产物可能是非常有气味的并使人厌于在这种气味中工作。
同样，如果混进了空气(即使由于疏忽)，如在包装、运输和/或卸货过程中可能发生的进气，乙酸中和醚伯胺会形成非常稳定的泡沫。此外，乙酸中和的胺和二胺具有使加工更加困难的较高熔点和较大粘度，某些情况下，导致在保持液性所需的温度下形成酰胺。在某些情况下，在24-48小时内，甚至在8小时之短的时间内，胺-乙酸盐分散体顶部出现油层或乳油层而变得不均匀，这样就不能认为是长期稳定的。
第二种方法是直接将胺计量加入浮选浆中，依靠搅拌浆时产生的剪切力使胺分散。尽管这种方法解决潜在的气味问题，但需要精确计量泵来输送适量的胺并依靠浮选池中良好的混合才能获得令人满意的胺用量和胺选择性。
在pH高于约10.5时胺失去其表面活性剂性能和其作为浮选剂的效用，并且起油的作用。在这种高pH范围下从铁矿石中浮选含硅材料，由于体系中缺少表面活性胺，导致较高的消耗和较低的产率。通常在pH为10.5-11时进行研细的赤铁矿矿石的浮选，并且得益于具有更多的胺表面活性剂。
因此，仍存在对物质的组合物，尤其是对含有上述类型胺的含水体系的需求，所述胺的效力(如可能受其分散性的影响)通过适当的酸性剂提高而不产生不希望的气味或副产物，并且不使需要的胺成分性能受到损失。同样，还需要一种在pH为10或10以上使用时不损失效用的基于胺的浮选剂。
本发明满足了这些目的并避免了已有方法的缺点，而且还提供了本文列举的附带优点。
本发明涉及物质的组合物，该物质组合物包含(a)和(b)的混合物，(a)是胺，选自烷基胺、烷基二胺、烷基多胺、醚胺、醚多胺及其混合物的一种或多种化合物；(b)是酸成分，选自线型、支化及环状的含有3-24个碳原子、优选含有6-13个碳原子的链烯羧酸、链烷羧酸和芳族羧酸；其中酸成分的量相当于胺成分氮原子数的约1-100mol％，优选约3-70mol％。
除了以上记载的混合物以外，本发明还指任何这种混合物在水中的分散体产物。尤其当酸成分含有线型酸时容易形成这种分散体并保持稳定，而且显示出本文所述的其它优点。
因此，本发明还涉及形成一种或多种以上定义的(a)的储存稳定的均匀水分散体的方法，该方法包括将所述的一种或多种胺与以上定义的一种或多种酸(b)一起分散，并在温和搅拌混合的同时将所得的分散混合物加入水中。
更进一步说来，本发明涉及从矿石如铁矿石、钾碱矿石、磷酸盐矿石或方解石中除去杂质的方法，包括使所述矿石在水中形成的浆经过泡沫浮选，其中的水含有分散在其中的本文规定的物质组合物，所述浆中该组合物的量能有效促进所述杂质的浮选。
可用于本发明的胺包括烷基胺、烷基二胺、烷基多胺、醚胺、和醚多胺。所述胺可以是伯胺、仲胺或叔胺。
可用于本发明的烷基胺包括具有通式RnNH3-n的那些，其中R是具有4-24个碳原子的线型或支化的烷基或链烯基(即含有碳-碳双键)，n是1、2或3。
可用于本发明的醚胺包括具有通式R1-O-R2NH2的那些，其中R1是含有4-36个碳原子的支化或线型的烷基或链烯基，R2是含有2-5个碳原子的烷基。优选地，R1是含有6-15个碳原子的烷基，更优选为含有8-13个碳原子的烷基，最优选为含有8-10个碳原子的烷基。R2优选为含有3个碳原子的烷基，例如用丙烯腈进行迈克尔加成反应得到的。
可用于本发明的醚二胺或醚多胺包括具有通式R3-O-(R4NH)1-6-R5NH2的那些，其中R3是含有4-36个碳原子的线型或支化的烷基或链烯基，每个R4独立地为含有2-5个碳原子的烷基，每个R5是含有2-5个碳原子的烷基。优选地，R3是含有6-15个碳原子的烷基，更优选为含有8-12个碳原子的烷基。R4优选为含有2-3个碳原子的烷基，R5优选为含有2-3个碳原子的烷基。
可用于本发明的烷基多胺包括具有通式X-(AlK-N(R10))p-Y的那些，其中X是-NH2或-H，p是2-10，每个Alk基独立地为含有1-6个碳原子的亚烷基，每个R10独立地为-H或含有1-22个碳原子的烷基，Y是-H、含有1-22个碳原子的烷基、或含有2-22个碳原子的链烯基。这一通式的优选多胺中，p是3-5，每个Alk是亚乙基或1-或2-丙基，每个R10是-H、甲基或乙基，Y是-H或含有1-6个碳原子的烷基。
可用于本发明的优选烷基二胺包括具有通式(R6)(R7)N(CH2)2-3N(R8)(R9)的那些，其中R6、R7、R8和R9各自为含有1-30个碳原子的烷基，优选为含有4-20个碳原子的烷基。同样，R6-9基可以是线型的、支化的、环状的或芳族的(尤其是苯基)。此外，任何R7、R8和/或R9可以是氢。
任何以上通式的胺、二胺、和多胺都可以按照己知的合成工艺容易地形成。实际上，许多以上通式的胺可以从市场上买到。
在以上的所有通式中，任何或全部的烷基可以是线型或支化的，饱和或不饱和的。
可用于本发明的酸包括含有3-24个碳原子、优选6-13个碳原子的线型、支化及环状的链烷羧酸和链烯羧酸。可用的酸还包括含有7-12个碳原子的芳族羧酸，如苯甲酸。这种酸成分可以包含一种酸，但优选包含两种或多种这类酸的混合物。这种酸及其混合物是容易合成的，而且有许多也可从市场上买到。优选的例子包括由Exxon公司以商品名“NEO 908”和“NEO 913”销售的支链羧酸混合物，或是由Witco公司以名称“Industrene 365”销售的直链羧酸混合物。
胺成分与酸成分的相对含量范围可以很宽，因此能够满足所得物质组合物特殊性能的最佳化以及其预计应用的需要。一般说来，酸的量至少相当于胺成分中存在的氮原子总数的约2％。更优选地，酸的量可以相当于上述氮原子总数的至少约10％、至多约50％或者更高，例如高达80％-100％。因此，可以理解本文所用的术语“中和”不限定在所有的胺位置都被酸完全中和的情况，而是还包括酸含量仅仅足以部分中和胺的混合物。正是部分中和提供了本文所述的改进性能。
当为了改进胺在水中的分散性而进行中和时，所需的中和程度强烈取决于胺的分子量。短链胺需要非常少的中和程度以获得合适的分散体，而长链胺需要较高的中和程度以随意地分散在冷水中。在一些情况下，用中链长的酸进行中和不产生稳定的分散体，但尽管如此，却出乎意料地改进了矿物浮选。
可用于本发明的产品被称为“混合物”，可以通过将一种或多种酸与一种或多种胺以指出的量、以任何能形成均匀混合物的适当方法简单混合而形成。本文所用的术语“混合物”是指所得的混合物，不仅包括全部由独立的酸和胺构成的组合物，而且包括含有一种或多种酸与胺的反应产物、尤其是酸盐的组合物。
物质组合物优选以100％的活性提供，但可以溶于、分散于或乳化于合适的有机溶剂、水或水溶液中。
经测定，按照本发明制备的组合物在选择的应用中表现出提高的表面活性性能，并且由于是纯净液体及无副产物而易于使用。特别的优点是这些组合物没有任何产生不愉快气味的副产物。加热胺与短链羧酸的混合物会导致具有非常不令人愉快的气味的副产物的形成。副产物的形成降低了胺和酸在混合物中的活性，并因此导致储存期缩短。
同样，与需要加热来保持液态的已有产品相比，本发明组合物在较低的温度下保持所希望的液性。
本发明在以下实施例中说明。
实施例1
用三种酸(乙酸、C8-C10线型羧酸和支化的C9-C13羧酸)100％地中和三种胺：椰子脂肪伯胺(可从市场上买到的Adogen  160D，Witco化学公司)、正十二烷基醚伯胺、和异十二烷基醚胺。将样品在80℃烘箱中放两周。在烘箱储存之前或烘箱储存期间记录每个样品的总胺值(或TAV—样品中活性胺的测量值)以测定稳定性。
结果列在表1中。这些结果表明，本发明甚至在超过规定时间的期间仍表现出显著降低的用于副产物的胺损失，这意味着本发明可使较高比例的胺发挥其所需的作用。
                表1
在80℃下储存的胺、酸混合物的TAV值
    胺/酸     开始     1天     7天     14天   ％下降
  椰子脂肪伯胺/乙酸     218     205     138     102     53
异十二烷基醚胺/乙酸     171     162     103      65     62
正十二烷基醚伯胺/乙酸     181     163      99      67     63
椰子脂肪伯胺/C8-C10线型羧酸     159     148     111      80     50
异十二烷基醚胺/C8-C10线型羧酸     135     123      84      54     60
正十二烷基醚伯胺/C8-C10线型羧酸     138     130      79      54     61
椰子脂肪伯胺/支化的C9-13羧酸     158     162     161     154      3
异十二烷基醚胺/支化的C9-13羧酸     138     140     142     133      4
正十二烷基醚伯胺/支化的C9-13羧酸     143     142     143     140      2
                      实施例2
测定实施例1中测试样品的粘度，温度关系性能。在布洛克菲尔德粘度计小样品室中测量每个样品的粘度，该样品室的温度被程序可控的热浴所控制。将温度升高至45℃并缓慢降低到10℃。以2分钟的时间间隔测量粘度。用准确凝固点(人为地设为200，000厘泊)表示线型胺和盐，而支化的胺和盐通常保持低于流动点(人为地设为10，000厘泊)。以下概括了粘度数据：
    胺和盐     凝固点     流动点
    椰子脂肪伯胺(“Adogen 160”)     10℃     15℃
    乙酸盐     30     45
    支化的C9-13羧酸盐    ＜10     25
    C8-10线型羧酸盐     20     25
    异十二烷基醚胺    ＜10    ＜10
    乙酸盐    ＜10    ＜10
    支化的C9-13羧酸盐    ＜10     20
    C8-10线型羧酸盐    ＜10    ＜10
    正十二烷基醚胺    ＜10    ＜10
    乙酸盐     45     55
    支化的C9-13羧酸盐    ＜10     15
    C8-10线型羧酸盐     10     15
乙酸典型地被用作胺在水分散体中的分散剂。许多长链羧酸也可作为胺在水体系中的分散剂。本发明的这一方面在以下实施例中说明。实施例3
用各种链长的羧酸50％地中和相应于通式(C8-C10烷基)-O-CH2-CH2-CH2-NH2的醚胺(可从市场上以“Arpsurf MG 98”从Witco公司购得)。用中和的MG 98制成6％胺在室温自来水中的分散体。将此分散体静置以测定该形成的分散体的稳定性。如果2小时内没有分离迹象则认为分散体是稳定的。结果表示为稳定或不稳定分散体：
    酸     分散体
    乙酸     稳定
    丙酸     稳定
    丁酸     不稳定
    己酸     稳定
    2-乙基己酸     不稳定
    2-甲基戊酸     稳定
    C8-C10酸     稳定
    浮油     不稳定
    Neo 913     不稳定
特别地，己经发现在从矿石如铁矿石、钾碱矿石、磷酸盐矿石、和方解石中泡沫浮选杂质、尤其是含硅杂质的过程中，本发明的组合物出乎意料的特别有益。这些杂质通常包括二氧化硅、无机硅酸盐、和混合的硅酸盐如铝硅酸盐。现在进一步详述这些优越的应用。
大多数泡沫浮选项目都按照该领域普通技术人员所熟悉的常规的公知设备和条件进行。细的矿石在浮选池的水中被调成浆(固体含量约为25-50wt％)，该浮选地装备得能使空气(或气体)以足以在浮选池顶部形成气泡泡沫的速度进入浆中。用撇沫器、浆叶或其它常规工艺除去泡沫。可以加入添加剂，并且经常将其加入浆中以改进由浮选池造成的分离。这类添加剂可以包括促进泡沫形成的起沫剂，通过提高浮选材料对泡沫的亲合力来改进分离现象的活动剂、促进剂和浮选促集剂，或是可加可不加的用于降低希望留在浮选池中而不被浮选的材料对泡沫的亲合力的抑制剂，以及将矿石浆的pH值调节到希望的水平从而从上述添加剂获得最佳效用的pH调节剂。在铁矿石处理中，由于所包含的相对重量并由于表面化学性的原因，希望浮选泡沫中的杂质，而将如此选得的矿泥中的矿石留在浆中。
当将本文所述的含有胺成分和酸成分的物质组合物加入含硅杂质的pH值为10.5的赤铁矿矿石浆中时，有效地促进了从该铁矿石中浮选含硅杂质。这种促进剂的典型加入量范围占矿石的约0.001-0.06wt％，优选占矿石的约0.0025-0.025wt％。以下具体实施例中进一步阐述了这种有益的结果。
                     实施例4
用一种可从市场上买到的羧酸产品40％地中和一种相当于通式(C8-C10烷基)-O-CH2CH2CH2NH2的醚胺(可从Witco公司以“Arosurf MG 98”购得)，所述羧酸产品主要由具有9-13个碳原子的支化羧酸组成，可从Exxon公司以“NEO913”购得。比较这种胺-酸混合物与未中和的“Arosurf MG-98”在从磁铁矿矿石浓缩物中除去含硅杂质方面的有效性。一组实验在铁矿石浆的pH值为8.5的条件下进行，另一组在该浆的pH值为11.0的条件下进行。两种情况中都使用35wt％的铁矿石和等量的胺样品。
对于用未中和的“Arosufr MG-98”和用“NEO 913”40％地混合的“Arosurf MG-98”进行的浮选操作，下表列出了泡沫浮选步骤中铁的回收率与制成的磁铁矿浓缩物中铁品级的关系。pH为8.5和pH为11.0时的结果列于表2中。
                             表2用AROSURF MF-98和用NEO 913 40％地中和的AROSURF MG-98浮选磁铁矿矿石的对比
                   pH＝8.5
                   用MG-98
铁品级(％)                       铁回收率(％)
68.5                                 59.8
68.4                                 68.9
68.1                                 79.3
67.6                                 86.0
            用MG-98/40％中和的
铁品级(％)                       铁回收率(％)
68.3                                 71.2
68.2                                 75.1
68.0                                 82.7
67.5                                 90.0
                    pH＝11.0
                    用MG-98
铁品级.(％)                         铁回收率(％)
67.7                                    80.5
67.67                                   82.0
67.43                                   86.5
67.01                                   91.0
                 用MG-98/40％中和的
铁品级(％)                          铁回收率(％)
67.7                                    81.0
67.52                                   84.8
672                                     88.7
66.74                                   92.9
pH值为8.5时的浮选结果是预期结果，因为40％中和的材料仅有77％(重量)的胺，其作用应低于100％活性的胺。特别出乎意料的是在pH值为11.0的条件下进行浮选的中和剂的性质。在该pH值下，为了获得相同的所述结果，在中和产品中的胺比在未中和的胺能更有效地使用。
                           实施例5
比较“Arosurf MG-98”和用线型C8-C10羧酸混合物30％地中和的“ArosurfMG-98”对非磁性矿石的浮选效果。试验浆含有约35wt％的赤铁矿矿石，pH值为10.5。将醚胺与等量的用所述羧酸混合物中和的醚胺的作用进行对比。胺的用量约占浆中铁矿石量的0.02wt％。对于用未中和的醚胺和用所述羧酸混合物中和的醚胺进行的浮选操作，下表3列出了泡沫浮选步骤中铁的回收率与留在浮选槽中的赤铁矿材料中铁品级的关系。
                         表3
            Tilden，Michigan的赤铁矿矿石
                   未中和的MG-98醚胺
铁品级(％)                          铁回收率(％)
61.3                                    53.3
61.2                                    64.8
60.9                                    69.2
59.3                                    75.5
        用C8-C10酸30％中和的MG-98
铁品级.(％)                         铁回收率(％)
61.5                                    58.8
61.4                                    69.2
61.1                                    73.3
60.0                                    77.7
这些结果表明，在本申请中当用上述的部分中和的醚胺进行泡沫浮选时，对于任何给定的铁矿石品级，铁矿石的回收率都是优异的。

Claims (7)

1、一种从含有杂质的矿石中分离杂质的方法，包括形成一种含有所述矿石、水、可有可无的泡沫浮选添加剂、和物质组合物的浆，所述物质组合物由(a)和(b)混合而成：
(a)一种胺成分，含有选自烷基胺、烷基二胺、烷基多胺、醚胺、醚多胺及其混合物的一种或多种化合物；
(b)一种酸成分，选自线型、支化及环状的含有3-24个碳原子的链烯羧酸和链烷羧酸以及含有7-12个碳原子的芳族羧酸和它们的混合物；其中酸成分的量相当于所述胺成分中氮原子的约1-约100mol％；并且
使所述浆经过泡沫浮选，其中，所述浆中所述组合物的量能促进从所述矿石中浮选所述杂质。
2、权利要求1的方法，其中所述的胺成分含有选自以下物质的一种或多种化合物：
具有通式RnNH3-n的烷基胺，其中n是1、2或3，每个R独立地为含有4-24个碳原子的线型或支化的烷基或链烯基；
具有通式R1-O-R2NH2的醚胺，其中R1是含有4-36个碳原子的烷基，R2是含有2-5个碳原子的烷基；
具有通式R3-O-(R4NH)1-6-R5NH2的醚多胺，其中R3是含有4-36个碳原子的线型或支化的烷基，R4是含有2-5个碳原子的烷基，R5是含有2-5个碳原子的烷基；
具有通式X-(AlK-N(R10))p-Y的烷基多胺，其中X是-NH2或H，p是2-10，每个AlK独立地为含有1-6个碳原子的烷基，每个R10独立地为-H、含有1-22个碳原子的烷基或含有2-22个碳原子的链烯基，Y是-H、含有1-22个碳原子的烷基或含有2-22个碳原子的链烯基；以及
具有通式(R6)(R7)N(CH2)2-3N(R8)(R9)的烷基二胺，其中R6、R7、R8和R9各自独立地分为含有1-30个碳原子的烷基，而且每个R7、R8和R9可以独立地为氢。
3、权利要求1的方法，其中所述的酸成分含有一种或多种含6-15个碳原子的酸。
4、权利要求2的方法，其中所述的酸成分含有一种或多种6-15个碳原子的酸。
5、权利要求2或4的方法，其中R1是含有6-16个碳原子的烷基；R3是含有6-16个碳原子的烷基。
6、权利要求1-5中任一项的方法，其中所述的矿石选自铁矿石、钾碱矿石、磷酸盐矿石和方解石。
7、权利要求6的方法，其中所述的矿石是铁矿石。
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