一种不饱和脂环类羧酸及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN201310533841.4 | 申请日 | 2013-11-01 | 公开(公告)号 | CN103553905A | 公开(公告)日 | 2014-02-05 |
| 申请人 | 中南大学; | 发明人 | 钟宏; 王帅; 许海峰; 曹占芳; 刘广义; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种不饱和脂环类 羧酸 及其制备方法和应用，制备方法是将正丁 醛 在 碱 溶液中经季铵盐催化反应生成1,3,5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛；所得1,3,5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛和亚氯酸钠发生 氧 化反应，即得到1,3,5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯 甲酸 ；该制备方法流程简单、操作易控制、成本低；制得的1,3,5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸具有特殊的双亲 水 基团及环状不饱和脂肪基，其作为捕收剂应用于矿物浮选，具有低温浮选性能好，分散性好，捕收能 力 强的特点，适用于多种矿物浮选。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种不饱和脂环类羧酸，其特征在于，具有式I结构: |
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| 说明书全文 | 一种不饱和脂环类羧酸及其制备方法和应用技术领域[0002] 脂肪酸及其皂类由于分子中具有很活泼的羧基官能团，是一种优良的氧化矿浮选捕收剂。脂肪酸对于硅酸盐矿物的捕收能力很弱，如果在浮选的同时，加入适当的脉石抑制剂，如淀粉、糊精或水玻璃等，就可以成功地将有用矿物与脉石矿物分离。高级脂肪酸在常温下是固体，使用不方便，故常用油酸、亚油酸、亚麻酸、妥尔油脂肪酸及液体的饱和脂肪酸，在工业浮选工艺中目前最常用的是油酸及其改性产品。专利CN102921537A公开了一种用油酸浮选褐铁矿的方法；专利CN101585016公开了一种用油酸作捕收剂，用淀粉、硫酸钠、盐酸、六偏磷酸钠作为重晶石矿物的抑制剂，对低品位萤石重晶石浮选分离的方法；专利CN101712014A公开了一种分别用碱性油酸、中性油酸和酸性油酸分段浮选多种类杂质单一型萤石矿的方法；专利CN101648157和CN101757983A公开一种用包含油酸在内的混合脂肪酸浮选黑、白钨矿的方法；专利CN102302982A公开了一种从片麻岩型矿石中回收白钨矿的选矿方法；专利CN101791592A公开了一种采用了 ZJ油酸作捕收剂正浮选低品位难选磷的方法；专利CN102716811A公开了用棉油酸和菜油酸混合酸浮选水溶性风化磷灰岩矿石的方法；专利CN102962144A公开了一种用皂化程度约为50%的油酸浮选铝土矿的方法。 [0003] 油酸类捕收剂因其价格便宜、来源广泛而受到矿物浮选厂家的欢迎，但在浮选中亦存在明显的缺点，即选择性不高、抗冻能力差、弥散性不好等；其改性产品又存在容易分解、放久分层等缺点，导致使用效果时好时坏，难以稳定。针对不同的给矿性质、气候特征以及油酸类捕收剂的不足，研制新型、高效的捕收剂成为选矿技术发展的热点之一。 [0004] 杨金林等报道了用新型捕收剂XJD-Ol实现了常温条件下对萤石的浮选(化工矿物与加工，2005 (8): 5~7)`;冷阳等用改性脂肪酸盐捕收剂YSB-2对内蒙古某萤石矿进行了选矿试验研究(非金属矿，2008, 31 (4):21-23);专利CN101507948A公开了一种由脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、十六烷基磺酸钠和脂肪酸甲酯磺酸钠组成的捕收剂在矿浆温度10°C时正常浮选萤石的方法；专利CN1150065A和CN102764700A公开了对油酸进行硫酸化或酯化改性后形成的捕收剂对萤石进行常温或者低温浮选的方法。上述文献公开的各种新的适用于低温浮选的捕收剂各有特点，但尚存在一定的不足，主要表现为捕收剂多为复配型混合物，存在着药剂种类多，生产成本高等缺点。 发明内容[0006] 本发明的另一个目的是在于提供一种流程简单、操作易控制、低成本制备1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸的方法。 [0007] 本发明还有一个目的是在于提供1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸的应用，该脂肪羧酸作为捕收剂具有低温浮选性能好，分散性好，捕收能力强的特点，适用于多种矿物浮选。 [0008] 本发明提供了一种不饱和脂环类羧酸，该不饱和脂环类羧酸具有式I结构: [0009] [0010] 本发明还提供了 1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸的制备方法，该制备方法是正丁醛在碱溶液中经季铵盐催化反应生成1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛；所得1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛和亚氯酸钠发生氧化反应，即得1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸；所述的季铵盐催化反应包括轻醒缩合反应、Michael加成反应和Robinson环合反应。 [0011] 所述的季铵盐催化反应是将正丁醛滴加到含季铵盐的碱溶液中，在30~95°C下反应I~5h。 [0013] 所述的季铵盐摩尔量为正丁醛摩尔量的2%~10%。 [0015] 所述的氧化反应是将亚氯酸钠滴加到1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛溶液中，保持反应体系pH为3~5，在15~20°C下反应2~5h。 [0016] 所述的亚氯酸钠与1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛的摩尔比为 1.0 ~1.5:1。 [0017] 所述的氧化反应加入双氧水作为消除反应中产生的具有爆炸性的二氧化氯气体，双氧水与1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛的摩尔比为1.0~1.5:1。 [0018] 本发明还提供了 1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸的应用，该应用是1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸作为捕收剂应用于矿物浮选。 [0019] 所述的矿物浮选条件为维持矿浆的pH为6~12，矿浆中1，3，5-三乙基_6_正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸的用量为50~600g/t矿物；其中，矿浆中的粒度为-200目的矿石占整个矿石质量的60%~100%。 [0020] 所述的矿物包括铝土矿、钛铁矿、白钨矿、黑钨矿、稀土矿、锡矿、萤石矿或锂矿。[0021 ] 所述的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸单独作为捕收剂使用，或者配入其它试剂使用。 [0022] 本发明的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸用作捕收剂进行矿物浮选的操作:(a)矿石磨细后入浮选；(b)在磨矿或浮选过程中加入浮选药剂调浆，添加的捕收剂中至少含有1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，通过泡沫浮选法浮出有用矿物。 [0023] 本发明的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸制备步骤为:[0024] (1)1,3, 5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲醛的制备:将由强碱溶液和季铵盐混合加入到反应容器中，搅拌下将正丁醛滴加到上述溶液中，滴加完毕后，在30~95°C下反应I~5h(发生了包括轻醒缩合反应、Michael加成反应和Robinson环合反应在内的反应)，分液，油层用蒸馏水洗涤至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏，收集114~115°C(0.12mmHg)馏分，即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛；其中，季铵盐与正丁醛的摩尔比为0.02~0.10 ;强碱溶液为质量浓度在10%~30%之间的氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述的季铵盐为四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氢氧化铵、三丁基甲基氯化铵、三丁基甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化中的一种或几种； [0025] (2) 1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸的制备:反应瓶中依次加入I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛、有机溶剂、H3PO4-NaH2PO4缓冲溶液，冷却到2~5°C，在搅拌下加入30%的H2O2，另取NaClO2溶于蒸馏水中，搅拌下滴加到反应瓶中，滴加时间为30~60min，滴加完毕后，再反应2~5h，反应完成后，加入饱和的NaHSO3溶液，至淀粉-碘化钾试纸不变蓝为止，减压除去有机溶剂后，分液，油层溶于10%的NaOH溶液，分液除去不溶物，水相用10%HC1酸化至pH约为2左右，析出黄色粘稠状油状物即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，所述的有机溶剂为能形成均相的有机溶剂-水的混合溶剂，包括甲醇-水、乙醇-水、异丙醇-水、丙酮-水、四氢呋喃-水或二氧六环-水；其中NaClO2与醛基的摩尔比为1.0~1.5:1 ；H202与醛基的摩尔比为1.0~1.5:1。 [0026] 本发明的有益效果:本发明针对现有技术中的缺陷，首次设计合成出一种具有特殊结构的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，将其作为捕收剂应用于矿物浮选，具有低温浮选性能好、分散性好、捕收能力强的特点。本发明合成的1，3，5_三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸具有特殊的相邻双亲水基团及不饱和环状结构，且环状结构上具有三个乙基和一个正丙基的疏水基团；相邻的双亲水基团对氧化矿物的吸附协同作用明显增强，能很好地吸附在氧化矿物表面，大大增加了对氧化矿物的捕收能力，而环状的不饱和脂肪基团链上的疏水基团较密，疏水性好，且体积庞大，使氧化矿物表面吸附少量的捕收剂就能达到很好的疏水化效果；同时，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸中双亲水基团和疏水基团之`间的协同捕收氧化矿物的作用加强，双亲水基团能快速、强作用力地吸附在氧化矿物表面，体积庞大的不饱和环状脂肪基团在氧化矿物表面形成一层致密的疏水层，使其易于向气泡黏附，大大增加了使其对矿物具有较强的捕收能力；而且，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸支链为环状结构，且支链较多，具有较低的熔点，常压下在_8°C以上为液体，有利于药剂在矿浆中的溶解和分散，适合于较低温度下的浮选，克服了油酸抗冻能力差、弥散性不好等不足；此外，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸制备方法，流程简单、操作易控制、成本低，其作为捕收剂的应用范围广，特别适用于铝土矿、钛铁矿、白钨矿、黑钨矿、稀土矿、锡矿、萤石矿或锂矿的有用矿物浮选捕收。附图说明 [0027]【图1】为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸的红外光谱图。 [0028]【图2】为1，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲酸的核磁共振氢谱图。[0029]【图3】为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸一次粗选萤石、铝土矿和钨矿工艺流程图。 [0030]【图4】为1，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲酸浮选锂云母矿工艺流程图。 [0031]【图5】为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸浮选萤石工艺流程图。 具体实施方式[0032] 以下实施例旨在进一步说明本发明，不是对本发明的保护范围的进一步限制。 [0033] 实施例1~12中所有份数和百分数除另有规定外均指质量。 [0034] 实施例1 [0035] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛的制备 [0036] 将溶有2.4份氢氧化钠和1.67份四丁基氯化铵的水溶液20份加入到带搅拌装置的反应器中，在反应温度为60°C的条件下将14.42份正丁醛滴加到反应器中，滴加完毕后，再反应2h，分液，油层用蒸馏水洗涤至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏，收集114~115°C (0.12mmHg)馏分，即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛，产率为37.46%ο [0037] 实施例2 [0038] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛的制备`[0039] 将溶有2.4份氢氧化钠和3.89份四丁基氯化铵的水溶液20份加入到带搅拌装置的反应器中，在反应温度为60°C的条件下将14.42份正丁醛滴加到反应器中，滴加完毕后，再反应2h，分液，油层用蒸馏水洗涤至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏，收集114~1150C (0.12mmHg)馏分即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛，产率为43.89%ο [0040] 实施例3 [0041] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲醛的制备 [0042] 将溶有2.40份氢氧化钠和5份四丁基氯化铵的水溶液20份加入到带搅拌装置的反应器中，在反应温度为60°C的条件下将14.42份正丁醛滴加到反应器中，滴加完毕后，再反应2h，分液，油层用蒸馏水洗涤至中性，用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏，收集114~115°C(0.12mmHg)馏分，即为1，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基-3-环己烯甲醛，产率为56%。 [0043] 实施例4 [0044] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸的制备 [0045] 反应器中依次加入11.7份由实施例1、2或3所制备的1，3，5_三乙基_6_正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛、30份丙酮、3份H3PO4-NaH2PO4缓冲溶液，冷却到2~5°C，搅拌下加入6份30%的H2O2溶液，另取5份NaClO2溶于25份蒸馏水中，搅拌下滴加到上述反应溶液中，滴加时间约为60min,滴加完成后,20°C下再反应3h,反应完成后,加入NaHSO3溶液至淀粉-碘化钾试纸不变蓝为止，减压除去丙酮后，分液，油层溶于10%的NaOH溶液，分液掉不溶物，水相用10%HC1酸化至pH约为2左右，析出黄色粘稠状油状物即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，产率为86.86%。[0046] 实施例5 [0047] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸的制备 [0048] 反应器中依次加入11.7份由实施例1、2或3所制备的1，3，5_三乙基_6_正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛、30份甲醇、3份H3PO4-NaH2PO4缓冲溶液，冷却到2~5 °C，搅拌下加入6份30%的H2O2溶液，另取5份NaClO2溶于25份蒸馏水中，搅拌下滴加到上述反应溶液中，滴加时间约为60min,滴加完成后,20°C下再反应3h,反应完成后,加入NaHSO3溶液至淀粉-碘化钾试纸不变蓝为止，减压除去丙酮后，分液，油层溶于10%的NaOH溶液，分液掉不溶物，水相用10%HC1酸化至pH约为2左右，析出黄色粘稠状油状物即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，产率为83.05%。 [0049] 实施例6 [0050] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸的制备 [0051] 反应器中依次加入13.6份由实施例1、2或3所制备的1，3，5_三乙基_6_正丙基-2-羟基-3-环己烯甲醛、30份乙醇、3份H3PO4-NaH2PO4缓冲溶液，冷却到2~5°C，搅拌下加入6份30%的H2O2溶液，另取5份NaClO2溶于25份蒸馏水中，搅拌下滴加到上述反应溶液中，滴加时间约为60min,滴加完成后,20°C下再反应3h,反应完成后,加入NaHSO3溶液至淀粉-碘化钾试纸不变蓝为止，减压除去丙酮后，分液，油层溶于10%的NaOH溶液，分液掉不溶物，水相用10%HC1酸化至pH约为2左右，析出黄色粘稠状油状物即为1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸，产率为77.13%。 [0052] 实施例7 [0053] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在萤石浮选上的应用 [0054] 某石英-萤石矿原矿CaF2品位38.83%，磨矿细度_200目占60%，置于浮选槽中，在碳酸钠用量1400g/t，水玻璃用量400g/t，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量500g/t，浮选温度10°C的条件下进行浮选，浮选工艺流程图见附图3。本发明中的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸捕收剂与常用的油酸捕收剂的浮选对比实验结果见表1。由表可见，10°C下，I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸对于萤石的浮选回收率比传统的油酸高16.09个百分点，明显优于油酸。 [0055] 表1浮选温度为10°C时捕收剂浮选萤石对比实验结果 [0056] [0057] 实施例8 [0058] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在萤石浮选上的应用 [0059] 某石英-萤石矿原矿CaF2品位38.83%，磨矿细度_200目占60%，置于浮选槽中，在碳酸钠用量1400g/t，水玻璃用量400g/t，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量500g/t，浮选温度30°C的条件下进行浮选，浮选工艺流程图见附图3。本发明中的1,3, 5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸捕收剂与常用的油酸捕收剂的浮选对比实验结果见表2。由表可见，浮选温度为30°C时，I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸对于萤石的浮选回收率比传统的油酸高1.51个百分点。 [0060] 表2浮选温度为30°C时捕收剂浮选萤石对比实验结果 [0061] [0062] 实施例9 [0063] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在铝土矿浮选上的应用 [0064] 某铝土矿含Α120365.15%，SiO2I0.27%，磨矿细度-200目占85%，置于浮选槽中，在碳酸钠用量4000g/t，六偏磷酸钠用量60g/t，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量100g/t和油酸用量900g/t的条件下对铝土矿进行一次粗选作业，获得铝粗精矿，浮选工艺流程图见附图3。本发明中的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸和油酸组合使用时对铝土矿的浮选结果见表3。由表可见，与油酸和苯甲羟肟酸组合使用相比，油酸和1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸组合使用时对铝土矿一次粗选后Al2O3的回收率提高了 3.5`6个百分点，铝硅比提高0.55。 [0065] 表31，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲酸浮选铝土矿对比实验结果 [0066] [0067] 实施例10 [0068] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在钨矿石浮选上的应用 [0069] 某选硫尾矿含WO30.35%，磨矿细度-200目占85%，置于浮选槽中，在碳酸钠用量4000g/t，水玻璃用量3500g/t，l，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量50g/t和氧化石蜡皂733用量450g/t的条件下对钨矿进行一次粗选作业，获得钨粗精矿，浮选工艺流程图见附图3。本发明中的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸和氧化石蜡皂733组合使用时对钨矿的浮选结果见表4。由表可见，与苯甲羟肟酸和氧化石蜡皂733组合使用相比，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸和氧化石蜡皂733组合使用时对钨矿石进行一次粗选后WO3的回收率提高了 2.18个百分点。 [0070] 表41，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲酸浮选钨矿石对比实验结果 [0071] [0072] 实施例11 [0073] 1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在锂云母矿浮选上的应用 [0074] 某锂云母矿磨矿3分钟，置于浮选槽中，用2000g/t水玻璃作调整剂，脱泥浮选，脱泥后的粗矿在水玻璃用量500g/t，十八胺用量200g/t和1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量400g/t的条件下浮选，浮选工艺流程图见附图4。本发明中的1,3, 5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸捕收剂对锂云母矿浮选实验结果见表5。由表可见，1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸对锂云母矿具有较好的浮选能力。 [0075] 表51，3，5-三乙基-6-正丙基_2_羟基_3_环己烯甲酸浮选锂云母矿实验结果 [0076] [0077] [0078] 实施例12 [0079] I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸在萤石浮选工艺上的应用 [0080] 某石英-萤石矿原矿CaF2品位39.65%，矿石一段粗磨磨细至_200目占60%，置于浮选槽中，在碳酸钠用量1400g/t，水玻璃用量400g/t，I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量500g/t，浮选温度30°C的条件下进行一段粗选，扫选时1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸用量100g/t，粗精矿再磨磨细至-400目占65%，粗精矿再磨后经七次精选，每次精选水玻璃用量为200g/t，浮选工艺流程图见附图5。本发明中的1，3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基-3-环己烯甲酸捕收剂与常用的油酸捕收剂的浮选对比实验结果见表6。由表可见，30°C下，I, 3，5-三乙基-6-正丙基-2-羟基_3_环己烯甲酸对萤石进行“一粗一扫七精”浮选后，CaF2的品位和回收率比传统的油酸分别高0.43和1.87个百分点。 [0081] 表6浮选温度为30°C时捕收剂浮选萤石对比实验结果 [0082] |
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