于 伟，赵锡荣

(1.西安科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710054；2.中国石油化工润滑油分公司，山东 济南 250101)

十二碳酰胺的合成及其浮选性能研究

于 伟1，赵锡荣2

(1.西安科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710054；2.中国石油化工润滑油分公司，山东 济南 250101)

本文研究以十二碳酸和尿素为原料，通过一系列反应最终合成得到十二碳酰胺。首先通过单因素试验考察温度、时间和物料比对反应转化率的影响，然后利用正交试验对反应条件进行优化。得到十二碳酰胺的最佳合成条件：物料比1∶1、温度170℃、时间4h，最高转化率88.52%。利用合成的产物作捕收剂对铝土矿试样进行分选，在不加抑制剂和分散剂的情况下，得出十二碳酰胺的适宜pH值为5，最佳用量为160g/t，氧化铝回收率可达到80.85%，具有良好的浮选性能。

十二碳酰胺；铝土矿；浮选

我国铝土矿资源丰富，但绝大部分属于低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿，不宜直接采用拜耳法生产氧化铝，必须通过选矿方法预先脱硅，才能为拜耳法提供合格的高铝硅比精矿[1]。化学选矿、生物选矿和物理选矿是提高铝土矿铝硅比的三种主要方法，其中物理选矿中应用最广泛、研究最多的是浮选法，它主要包括正浮选和反浮选两种方法[2]。与正浮选相比，铝土矿反浮选脱硅是浮少抑多，浮出的是铝硅酸盐矿物，留在母液当中的是水铝石，上浮产品产率较小，药剂用量较少，且浮选精矿有利于过滤脱水，具有广阔的发展前途。

目前胺类阳离子捕收剂是铝土矿反浮选脱硅的主要捕收剂[3]，Ishchenko等用十二胺作捕收剂，对铝硅比为2.7的三水铝石进行反浮选试验，获得了铝硅比大于7的精矿[4]。Anishchenko等用氯化月桂胺作捕收剂，通过反浮选实现了三水铝石与绿泥石的分离[5]。酰胺基胺类捕收剂是胺类阳离子捕收剂的一种，占有比较重要的地位，酰胺基胺类化合物捕收矿石的能力比较强，同时合成酰胺基胺类化合物的条件比较温和，操作简便。赵世民等人研究了N-(3-氨丙基)-月桂酰胺和N-(2-氨乙基)-月桂酰胺对叶蜡石、伊利石和高岭石等铝硅酸盐矿物的浮选试验，结果表明这两种捕收剂均可对叶蜡石、伊利石和高岭石具有较高的浮选回收率，且受矿浆pH值的影响较小[6,7]。本论文研究主要以十二碳酸和尿素为原料，进行铝土矿浮选捕收剂十二碳酰胺的合成，并将其应用于铝土矿的浮选实践，考察其实际捕收性能。

1 合成步骤及矿样性质分析

1.1 十二碳酰胺的合成步骤

称量适量的十二碳酸与尿素，并将其混合后置于反应器中，加热待混合物熔化后，启动电动搅拌装置，升温至150～160℃，加热两小时，撤去空气冷凝管和吸收装置，继续搅拌升温至180℃持续反应，结束后，趁热转移物料，冷却，称重。取少量产品，用氢氧化钾标准溶液进行滴定，计算酸值，从而计算得到转化率。进行单因素试验以及正交试验，记录试验数据，实验过程中要控制好温度，掌握好油浴的安全性。为了防止多余的氨气污染环境，装置中需要增加酸吸收装置，本试验用30%的盐酸作为酸吸收装置。十二碳酰胺的合成以及可能发生副反应的方程式见式(1)、式(2)和式(3)。

CH3(CH2)10COOH+NH2CONH2→

CH2(CH2)10CONH2+NH3↑+CO2↑

(1)

CH3(CH2)10COOH+NH3→

CH3(CH2)10CONH2+NH2CONH2→

CH3(CH2)10CONH2+CO2↑+H2O↑

(2)

2NH2CONH2→NH2CONHCONH2+NH3↑

(3)

1.2 矿样性质分析

矿样来源：河南氧化铝厂，将取得的矿样进行制样后，用X-荧光进行元素定量分析，结果见表1。

从表1可以看出：该矿样的主要组成元素为铝、硅、铁、钛、钙、镁、钾、硫等，矿样中的铝元素含量最高，其次便是硅元素，矿样铝硅比为4.45。

采用X射线衍射仪对矿样进行矿物组成分析，如图1所示。

图1 铝土矿的X-射线衍射分析图谱

由图1可以看出，矿样中的有用铝矿物为一水硬铝石，脉石矿物主要为高岭石、伊利石、方解石、石英、金红石、赤铁矿、绿泥石、锐钛矿等，它们在矿样中的含量如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 十二碳酰胺合成条件的优化

2.1.1 物料比对转化率的影响

固定反应温度为180℃，反应时间为4小时，考察尿素与十二碳酸的摩尔比分别为0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.4∶1、1.6∶1五种情况下对最终转化率的影响，确定出最佳物料比，试验结果见图2。

表1 铝土矿的主要元素组成/%

表2 铝土矿的矿物组成/%

从图2可以得出，在反应温度和反应时间不变的情况下，随着物料比的增大，转化率先增大后减小，在物料比为1∶1时转化率达到85.81%，之后再随着物料比的增大，产率始终不如这一点，所以选取反应物料比为1∶1。

2.1.2 反应时间对转化率的影响

固定尿素与十二碳酸的摩尔比为1∶1，反应温度为180℃，考察反应时间分别为3h、3.5h、4h、4.5h、5h时反应的最终转化率，确定相对较佳的反应温度，试验结果见图3。

从图3可以得出，在反应物料的摩尔比和反应温度不变的情况下，随着反应时间的不断增长，反应的转化率也逐渐增大，当反应时间到达4h时，反应的转化率到达85.81%，再继续延长反应时间，转化率的增加趋于平缓，确定最佳反应时间为4h。

2.1.3 反应温度对转化率的影响

固定尿素与十二碳酸的反应摩尔比为1∶1，反应时间为4h，考察反应温度分别为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃时对最终转化率的影响，确定出最佳反应温度，试验结果见图4。

图2 物料比-转化率关系图

图3 反应时间-转化率关系图

图4 反应温度-转化率的关系图

从图4可以看出，在反应物料的摩尔比和反应时间不变的情况下，随着温度的升高，转化率增大，当温度升至170℃时，转化率达到85.92%，再继续升高温度时，转化率的增加变得相当缓慢，在试验的过程当中发现，反应的温度不宜过高，当反应温度超过190℃时，反应器中的物料开始焦化颜色变深，直接影响到了产品的色泽和转化率，所以确定170℃为较佳的反应温度。

2.1.4 正交实验

通过单因素试验考察了尿素与十二碳酸的物料摩尔比，反应时间，反应温度对反应转化率的影响，得出物料摩尔比为1∶1、反应时间为4h、反应温度为170℃时，为十二碳酰胺的相对较优合成条件。同时这三个单因素之间存在着交互作用，需要利用正交试验考察三因素之间的相互影响以及对整个试验结果的影响，选取三因素三水平进行正交实验设计，见表3。查阅正交试验表，按照L9(34)安排实验，见表4。

表3 因素水平表

按照正交表安排试验，所得回收率进行正交试验结果分析，见表5。

通过正交实验数据分析，发现反应温度对实验的影响最大，是最显著因素，其次是物料比，再次是反应时间。这三个因素的最优条件组合是：物料比为1∶1、反应温度为170℃、反应时间为4h。将三因素最优水平组合起来，即A2B1C2就是最优的反应条件。进行验证实验两次，结果见6。

由表6可知，在最优条件下合成十二碳酰胺反应的平均转化率为88.52%。

表4 正交实验安排

表5 正交实验结果分析

2.2 十二碳酰胺浮选性能研究

利用合成的十二碳酰胺作捕收剂对铝土矿试样进行分选，通过实际的分选效果考察十二碳酰胺的捕收性能，实验设备选用实验室XFD-1.5L型单槽浮选机，配套过滤脱水以及化验装置。

表6 验证实验结果表

2.2.1 十二碳酰胺浮选性能与pH的关系

控制十二碳酰胺捕收剂用量为100g/t，不添加任何调整剂进行浮选试验，考察pH值对精矿A/S和Al2O3回收率的影响，结果见表7和图5。

由表7和图5可以看出，随着pH值的逐渐升高，氧化铝的回收率逐渐下降，但精矿的A/S比逐渐升高。铝硅比在偏碱性条件下较高，而氧化铝的回收率在偏酸性条件下较高，综合考察选定矿浆pH值为5，此时精矿的铝硅比约为6.15，氧化铝的回收率为80.55%。

2.2.2 十二碳酰胺浮选性能与药剂用量的关系

通过对pH值试验的考察，选定pH值为5时，考察十二碳酰胺浮选性能与用量之间的关系，试验结果见表8和图6。

表7 不同pH条件下十二碳酰胺浮选性能试验结果

图5 十二碳酰胺浮选性能与 pH的关系

图6 十二碳酰胺的浮选性能与药剂用量的关系

表8 不同十二碳酰胺用量下的实验结果

捕收剂/(g/t)原矿/%精矿/%尾矿/%Al2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/SAl2O3SiO2A/S产率/%回收率/%8058．3113．614．2863．429．696．5546．0116．522．7970．6576．8410058．3113．614．2862．659．486．6145．8217．732．5874．2179．7315058．3113．614．2864．189．396．8342．1518．572．6773．3580．7320058．3113．614．2862．0510．196．1046．2418．512．5176．2181．1025058．3113．614．2861．8911．165．5547．9519．372．4874．3278．88

由表8和图6可以看出，随着十二碳酰胺药剂用量的增加，精矿的铝硅比和氧化铝的回收率均为先增大后逐渐减小，主要原因是随着十二碳酰胺捕收剂用量的增加，浮出泡沫量加大，氧化铝回收率和精矿的铝硅比都逐渐增加，在药剂用量为160g/t左右时两条曲线相交，继续增加十二碳酰胺的用量，则使得部分一水硬铝石随着泡沫上浮而成为泡沫产品，导致铝硅比和氧化铝的回收率逐渐下降。所以选定十二碳酰胺捕收剂的合理用量为160g/t，此时精矿的铝硅比达到6.65，氧化铝的回收率约为80.85%。通过浮选实践证明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一种进行铝土矿反浮选的有效药剂。

3 结论

1)在实验室条件下以十二碳酸和尿素为原料合成铝土矿阳离子捕收剂十二碳酰胺，通过试验研究考察了物料比、合成温度、时间等反应条件对合成转化率的影响，最终合成得到十二碳酰胺的转化率高达88.52%，产物纯度高，反应易控制。

2)以合成的十二碳酰胺作为捕收剂进行铝土矿的浮选试验研究，调节矿浆pH值为5，合成产物用量为160g/t，经过一次粗选，浮选精矿的铝硅比可达到6.65，氧化铝的回收率达到80.85%。通过浮选实践证明合成的十二碳酰胺具有良好的捕收性能，是一种铝土矿反浮选的有效药剂。

[1] 凌石生，刘四清.铝土矿反浮选脱硅药剂评述[J].矿产保护与利用，2008，28(3)：49-54.

[2] 胡岳华，王毓华，王淀佐.铝硅矿物浮选化学与铝土矿脱硅[M].北京：科学出版社，2004.

[3] 王淀佐，胡岳华.浮选溶液化学[M].长沙：湖南科学技术出版社，1988.

[4] Ishchenko V V.Flotation of silica from bauxite [J].Izv VUZ Tsvet Metal，1974 (3)：7-11.

[5] Anishchenko N M.Interaction of caption reagents in the flotation of chanosite bauxites[J].Izv VUZ Tsvet Metal，1972 (4)：12-16.

[6] 赵世民，胡岳华，王淀佐，等.N-(2-氨乙基)-月桂酰胺浮选铝硅酸盐矿物的研究[J].物理化学学报，2003，19(6)：573-576.

[7] 赵世民，胡岳华，王淀佐，等.N-(3-氨丙基)-月桂酰胺对铝硅酸盐矿物的浮选[J].中国有色金属学报，2003，15(5)：1273-1277.

Study on the synthesis of lauramide and performances as the flotation collector

YU Wei1，ZHAO Xi-rong2

(1.School of Chemistry & Chemical Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Shanxi 710054，China；2.SINOPEC Lubricant Company，Jinan 250101，China)

In this paper，lauramide was synthesized by a series of reactions and the raw materials were urea and lauric acid.First，the influence of single factor on conversion rate was investigated，which include the ratio of materials，reaction time and reaction temperature.Then，the reaction conditions were optimized by orthogonal experiments.The results were as follows：The maximum conversion rate of lauramide was 88.52%.Its optimum conditions were that the material ratio was 1∶1，reaction temperature was 170℃，and reaction time was 4h.The product of synthesis was used as the collector for the bauxite samples flotation.Without any dispersants or inhibitors，the results came out as follows：the optimum pH of lauramide was 5，and the better collector dosage was 160g/t，under these conditions，the recovery of Al2O3could be reached 80.85%.

lauramide；bauxite；flotation

2014-01-20

于伟(1985-)，男，山东昌邑人，硕士，助理工程师，主要研究方向为细粒矿物浮选提质。E-mail：yuweiba@163.com。

TD952

A

1004-4051(2015)03-0123-05