镜铁矿与绿泥石分选阴离子捕收剂结构及反浮选机理研究

摘要

2012年，我国铁矿石原料对外依存度高达65％以上，严重威胁国家经济安全，而国内却有近120亿吨微细粒铁矿，因嵌布粒度微细、铁矿物与绿泥石等含铁硅酸盐矿物共生，分选难度大而难以利用。
　　本文依托国家“十一五”科技支撑计划，对储量14亿吨的袁家村镜铁矿石选矿中的关键技术进行研究，在浮选药剂与矿物作用理论基础上，通过浮选药剂结构探索寻优，研制出新型阴离子捕收剂A6（含多元双键及多环的醚酸化合物）。该捕收剂对含铁硅酸盐矿物如:绿泥石、闪石、云母浮选选择性高，并具有耐低温、耐矿泥的优点。
　　研究中采用多种阴离子捕收剂对镜铁矿、绿泥石、石英单矿物进行了浮选试验及对比，结果显示在以CaCl2为活化剂、淀粉(SD)为抑制剂条件下，A6对绿泥石、石英及镜铁矿单矿物的浮选上浮产率分别为70％、93％和20％，而用传统捕收剂A0（油酸钠）对绿泥石、石英及镜铁矿单矿物的浮选上浮产率分别为45％、99％和25％，表明用捕收剂A6反浮选脱除铁矿石中的绿泥石效果优于A0。
　　运用MLA矿物分析仪、电子探针、X射线衍射及化学分析研究确定袁家村地区的绿泥石为斜绿泥石，化学式为（Mg2.15，Fe2+2.23，Ca0.07，Mn0.01，K0.01）4.47 Al1.15[Al1A5Fe3+0.14(Si2.89 Ti0.03O10)](OH)8，为浮选药剂结构寻优奠定了基础。红外和紫外光谱测试表明，A6和A0在绿泥石表面发生化学吸附，A6在绿泥石表面的吸附强于A0，具有更好浮选性能;捕收剂吸附量测定表明，在有调整剂SD和CaCl2作用的情况下，A6、A0在石英表面的吸附率分别为48.9％、29.7％;在绿泥石表面的吸附率分别为38.1％、18.0％，表明在该条件下，A6的捕收性能明显优于A0。
　　首次研究测定了捕收剂乳状液在水溶液中的分散粒径及溶解度，结果表明，在温度为30℃和15℃时，A6乳状液分散粒度均明显小于A0，溶解度也高于A0，使得A6具有更好的浮选捕收性能。
　　XPS测试分析表明，在有调整剂SD和CaCl2的情况下，A6作用后绿泥石表面Mg2p、Al2p光电子能谱峰明显向低能方向移动，表明绿泥石表面发生了由A6向Mg、Al电子云转移的化学键合反应，而A0作用下绿泥石中部分Mg峰和大多数Al峰还在原位，说明A6药剂分子中位于环结构中的不饱和双键和聚氧乙烯基都具有强供电子性，促使其与矿物表面金属离子作用，从而强化了药剂与绿泥石的化学吸附作用，而A0的化学吸附作用稍弱。
　　量子化学计算表明:无论是在分子状态还是离子状态下，捕收剂A6的前线分子轨道能量差值AE值均较油酸钠小，说明与油酸钠相比，A6的反应活性更高，更易于和矿物作用，具有更强的捕收能力。在分子状态下，A6的羟基氧的电荷分布略大于油酸钠。而在离子状态下，A6的羟基氧的电荷分布也远大于油酸钠。表明A6的羟基氧的电负性更强，更易与矿物表面作用，同样说明了捕收剂A6的反应活性强于油酸钠。
　　实际矿石反浮选试验结果表明:捕收剂A6用于袁家村地区微细粒难选铁矿选矿，浮选温度从30℃下降到15℃，铁精矿品位从65.48％下降到65.12％，回收率从71.23％下降到70.15％，变化很小，而用A0浮选时，矿浆温度从30℃下降到20℃，铁精矿品位从63.21％下降到54.00％，回收率从70.01％下降到58.62％，下降幅度很大。可见A6的选矿指标比A0有明显优势，且耐低温性能优良。此外，A6比其它阴离子浮选药剂有更好的耐矿泥性;对含铁硅酸盐矿物绿泥石、角闪石、云母等有更强的选择性捕收能力;对小于19μm的铁矿物回收效果明显;可以实现低温反浮选。本研究成果为高效低成本利用我国微细粒难选铁矿资源提供了新的有效药剂和研究方向。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 国内外铁矿资源现状及对铁矿选矿的需求

1．2 国内外铁矿选矿的发展及研究现状

1．2．1 铁矿选矿工艺

1．2．2 铁矿选矿新设备

1．2．3 铁矿选矿浮选药剂

1．3 国内外铁矿浮选理论研究进展

1．4 本论文研究的目的、意义和内容

1．4．1 研究的目的和意义

1．4．2 研究内容

第2章 试样、药剂及研究方法

2．1 矿物试验样品制备

2．1．1 镜铁矿单矿物制备

2．1．2 绿泥石单矿物制备

2．1．3 石英单矿物制备

2．1．4 实际矿石矿样制备

2．2 试验仪器与设备和试验药剂

2．3 浮选水介质制备

2．4 试验研究方法

2．4．1 单矿物浮选试验

2．4．2 动电位测定

2．4．3 红外光谱测定

2．4．4 紫外光谱测定与分析

2．4．5 激光粒度分布测试

2．4．6 药剂溶解度测试

2．4．7 XPS光电子能谱测定

2．4．8 量子化学计算

2．4．9 矿物产品MLA检测

第3章 捕收剂结构寻优及新型药剂对绿泥石、石英及镜铁矿单矿物浮选行为影响研究

3．1 新型捕收剂分子结构寻优探索研究

3．2 浮选矿浆pH值对绿泥石、石英和镜铁矿单矿物浮选的影响

3．2．1 浮选矿浆pH值对各种捕收剂浮选绿泥石的影响

3．2．2 浮选矿浆pH值对各种捕收剂浮选石英和镜铁矿的影响

3．3 活化剂用量对绿泥石、石英和镜铁矿浮选的影响

3．3．1 活化剂用量对绿泥石浮选的影响

3．3．2 活化剂用量对镜铁矿和石英浮选的影响

3．4 抑制剂对镜铁矿浮选的影响

3．5 抑制剂存在时，活化剂对镜铁矿、石英和绿泥石的活化浮选

3．6 混合矿浮选试验

3．7 小结

第4章 新型捕收剂与镜铁矿、绿泥石及石英的作用机理研究

4．1 新型捕收剂对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．1．1 浮选矿浆pH位对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．1．2 捕收荆用量对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．1．3 活化剂用量对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．1．4 抑制剂对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．1．5 浮选药剂用量对镜铁矿、石英和绿泥石动电位的影响

4．2 新型捕收剂与镜铁矿、绿泥石和石英作用的红外光谱分析

4．2．1 新型捕收剂A6和搐收剂A0的红外光谱分析

4．2．2 新型捕收剂与绿泥石作用的红外光谱分析

4．2．3 新型捕收剂与石英作用的红外光谱分析

4．2．4 新型捕收剂与镜铁矿作用的红外光谱分析

4．2．5 捕收剂A6与A0对绿泥石作用的红外光谱对比分析

4．3 新型捕收剂在镜铁矿、绿泥石和石英表面的吸附量测试

4．3．1 捕收剂A6和A0的吸附量测定

4．3．2 石英在不同条件下对捕收剂A6和A0的吸附量

4．3．3 绿泥石在不同条件下对捕收剂A6和A0的吸附率

4．3．4 镜铁矿在不同条件下对捕收剂A6和A0的吸附量

4．4 捕收剂A6和A0在水介质中的粒径测试

4．5 捕收剂A6和A0在水介质中的溶解度

4．6 新型捕收剂与绿泥石作用的XPS测定与分析

4．7 新型捕收剂的量子化学计算

4．8 小结

第5章 新型捕收剂A6在难选铁矿反浮选中的应用

5．1 新型捕收剂A6对袁家村铁矿实际矿石验证试验研究

5．1．1 新型捕收剂A6对矿泥适应性试验研究

5．1．2 新型捕收剂A6对浮选温度适应性试验研究

5．1．3 反浮选闭路试验

5．1．4 MLA对矿物产品的检测及各粒级铁矿物回收分析

5．1．5 新型捕收剂A6浮选回水的浮选回用试验及水质检测结果

5．2 新型捕收剂A6在李楼镜铁矿和司家营赤(褐)铁矿反浮选的应用试验研究

5．3 小结

第6章 结论

主要创新点

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的相关科研成果