表面改性磁种对矿物表面磁化的影响研究

摘要

化学方法合成的Fe3O4微粒，由于其粒径小、表面能大，在常规弱磁性矿物表面磁化过程中，会在矿物表面发生无显著的选择性吸附，导致采用磁选法不能得到满意的效果。故通过表面改性剂促进Fe3O4微粒的选择性吸附对于提高弱磁性矿物的品位及回收率具有重要意义。
　　本文首先以空气氧化法合成平均粒径约为2.05μm的Fe3O4微粒为磁种，并选用不同结构的表面改性剂对Fe3O4微粒进行“两步法”表面修饰，使其表面带有某种官能团。其次，对药剂与Fe3O4微粒的作用机理和葡萄糖、柠檬酸、谷氨酸修饰后的Fe3O4微粒的红外光谱进行分析，结果表明:葡萄糖在磁性Fe3O4微粒表面发生氢键吸附;柠檬酸、谷氨酸在磁性Fe3O4微粒表面均有化学吸附。
　　论文同时还研究了磁选时的磁场强度及Fe3O4用量对赤铁矿和石英磁选回收率的影响，在Fe3O4微粒表面未修饰情况下，确定了合适的磁场强度0.21T与Fe3O4微粒的用量0.79mg/mL;在Fe3O4微粒表面修饰后，研究不同结构的表面改性剂、表面改性剂用量、矿浆pH值等因素对赤铁矿和石英的磁选回收率的影响。
　　纯矿物磁选试验研究表明:表面改性剂改性的磁种磁选法与未改性的磁种磁选法相比，葡萄糖改性后的Fe3O4微粒表面磁化磁选使赤铁矿和石英的回收率差值从34.52％增加到49.56％;草酸、柠檬酸、油酸钠改性后的Fe3O4微粒表面磁化磁选使赤铁矿和石英的回收率差值增加超过40％;含氨基的谷氨酸改性后的Fe3O4微粒表面磁化磁选使石英的回收率从61.57％降至39.05％，导致赤铁矿和石英的回收率差值仅增加20％左右;而十二胺对Fe3O4微粒的表面选择性磁化无明显效果。人工混合矿试验结果表明:经柠檬酸、油酸钠改性后的磁种磁化法与直接磁选法相比，精矿品位提高约2％，回收率提高约3％，而草酸作用后的磁种磁化法得到精矿品位基本保持不变，回收率提高3％;添加药剂的磁种磁化法与未添加药剂的磁种磁化法相比，精矿的品位和回收率均有所提高。
　　表面动电位测试结果表明:赤铁矿和Fe3O4微粒的零电点分别为pH=4.50和pH=7.93，石英的表面电位在测试pH值变化范围内为负值。Fe3O4微粒经不同结构表面改性剂修饰后，零电点pH值向左偏移，偏移量由大到小顺序为:油酸钠＞柠檬酸＞草酸＞谷氨酸＞葡萄糖。
　　试验分析了柠檬酸改性前后Fe3O4微粒与赤铁矿、石英颗粒之间相互作用的EDLVO理论模型及磁铁矿与赤铁矿、石英之间的相互作用力，AFM测试研究表明:柠檬酸改性后的磁铁矿对赤铁矿的相互作用力变化不大，而对石英的相互作用力在撤针阶段变小。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 矿物选择性磁种磁化的理论

1．1．1 表面物理化学理论

1．1．2 胶体与表面化学理论

1．1．3 物理学理论

1．2 磁性粒子的制备

1．2．1 物理法制备磁性粒子

1．2．2 化学法制备磁性粒子

1．3 磁性Fe3O4颗粒表面有机改性

1．3．1 纳米磁性Fe3O4粒子的表面偶联改性

1．3．2 纳米磁性Fe3O4粒子的羟基化表面改性

1．3．3 纳米磁性Fe3O4粒子的羧基化表面改性

1．3．4 纳米磁性Fe3O4粒子的氨基化表面改性

1．4 改性后的磁性Fe3O4微粒在表面磁化中的应用

1．5 本课题的选题意义及研究内容

1．5．1 本课题的选题的意义

1．5．2 本课题的研究内容

2 试验样品、药剂、仪器设备和表征方法

2．1 纯矿物的制备方法

2．1．1 赤铁矿纯矿物的制备

2．1．2 石英纯矿物的制备

2．2 试验药剂及仪器

2．2．1 试验药剂

2．2．2 仪器设备

2．3 研究方法

2．3．1 矿物选择性的研究方法

2．3．2 粒度测试方法

2．3．3 表面电位测试方法

2．3．4 红外光谱测试方法

3 不同结构的表面改性剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．1 磁性Fe3O4微粒的制备及表征

3．1．1 含磁性Fe3O4微粒的流体制备

3．1．2 磁性Fe3O4颗粒的激光粒度分析

3．1．3 磁性Fe3O4微粒的表面电位与pH值的关系

3．2 表面改性剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．1 不同结构的药剂的选择

3．2．2 磁性Fe3O4微粒表面改性的试验研究方法

3．2．3 含羟基结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．4 含多元羧基结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．5 含羟基羧酸结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．6 含氨基和羧基结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．7 含一元羧酸结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．2．8 含胺基结构的药剂对磁性Fe3O4微粒的表面改性

3．3 本章小结

4 改性后的磁种对矿物表面磁化的影响

4．1 矿物选择性表面磁化的试验研究方法

4．2 磁种用量对磁选试验的影响试验

4．3 改性后的磁种对纯矿物表面磁化的研究

4．3．1 葡萄糖对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．3．2 草酸对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．3．3 柠檬酸对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．3．4 谷氨酸对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．3．5 油酸钠对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．3．6 十二胺对矿物表面磁种磁化磁选的影响

4．4 改性后的磁种对人工混合矿表面磁化的研究

4．5 实际矿石的选择性表面磁化磁选的研究

4．5．1 试样的来源与制备

4．5．2 试样的物相组成(XRD分析、化学物相)

4．5．3 改性后的Fe3O4微粒选择性表面磁化研究

4．6 表征与机理分析

4．6．1 赤铁矿和石英的表面电位与pH值的关系

4．6．2 不同结构表面改性剂对Fe3O4微粒改性前后的表面电位影响

4．6．3 改性前后Fe3O4微粒与赤铁矿相互作用的DLVO理论

4．6．4 改性前后Fe3O4微粒与石英相互作用的DLVO理论

4．6．5 改性前后磁铁矿微粒对赤铁矿和石英的AFM研究

4．6．6 改性后Fe3O4微粒对赤铁矿和石英的吸附机理研究

4．7 本章小结

5 结论

参考文献

硕士期间主要研究成果

致谢