季铵盐捕收剂对不同粒级铝硅矿物浮选行为及吸附机理研究

摘要

论文以铝硅矿物一水硬铝石和高岭石晶体结构的差异为基础，从矿物粒度和不同季铵盐捕收剂的碳链长度对浮选影响出发，通过单矿物浮选试验发现不同粒级铝硅矿物浮选行为的差异性，采用Zeta电位测试和矿物与药剂界面作用的分子动力学模拟研究了铝硅矿物晶体结构以及其与季铵盐作用机理，结合吸附量测定以及荧光探针光谱分析技术，分析不同粒级铝硅矿物浮选差异的原因，进一步揭示季铵盐阳离子捕收剂在铝硅矿物表面的吸附规律和吸附层结构，从而为选择性碎磨-反浮选脱硅工艺提供理论支持。
　　 (1)不同粒级铝硅矿物的浮选行为差异:以1031、1231、1431、1631、1831作为捕收剂，对不同粒级(-0.1+0.075mm、-0.075+0.045mm、-0.045mm)的一水硬铝石和高岭石进行了浮选研究。对于三个粒级的一水硬铝石，随着pH值升高，回收率增大;随着季铵盐烃链增长，回收率升高。浮选回收率大小顺序为:1831＞1631＞1431＞1231＞1031。一水硬铝石的粒度越细，浮选效果越好。其浮选行为符合阳离子捕收剂浮选一般氧化矿的基本规律。对于高岭石，随着pH值增大回收率反而下降。-0.1+0.075mm、-0.075+0.045mm两个粒级的浮选规律基本相同，季铵盐烃链越长，高岭石回收率也越大;但-0.045mm这个粒级反常，随着季铵盐烃链增长，回收率反而下降。
　　 (2)不同粒级铝硅矿物晶体结构及其与季铵盐作用机理:对于一水硬铝石，主要解理面为(010)面，Al—O键发生断裂，其表面暴露着大量的Al3+，其零电点PZC=6.0。由zeta电位测试和吸附量测量结果可知一水硬铝石与季铵盐作用机理主要是通过静电作用。同时，吸附量测试结果发现一水硬铝石粒度越细，吸附量越大。季铵盐在不同粒度一水硬铝石表面的吸附状态并未改变，只是季铵盐更易吸附在细粒级的一水硬铝石表面。季铵盐烃链增长，一水硬铝石的吸附量明显增大。吸附量大小顺序为:1631＞1431＞1231。
　　 高岭石解离时，产生两个不同性质的底面硅氧四面体(001)面和铝氧八面体(00(1))面。根据分子动力学模拟发现(00(1))面不易与季铵盐作用，而(001)面吸附季铵盐能力较强。在酸性条件下，高岭石(00(1))面和端面都带正电，而只有(001)面带负电。这样(001)面分别和(00(1))面、端面产生团聚，(001)面吸附阳离子捕收剂季铵盐而疏水;在碱性条件下，端面和底面都荷负电，各解理面间产生静电斥力而使矿粒充分分散，此时高岭石(00(1))底面难与季铵盐发生作用而亲水，(001)面却因吸附捕收剂疏水并发生疏水缔合作用，使疏水表面减少，导致高岭石难以浮选。这一定程度上解释了高岭石浮选回收率随pH升高反而下降的现象。高岭石粒度越细，端面相对面积越大，而端面对药剂吸附能力不强，导致细粒高岭石浮选效果不好。高岭石粒度越粗，吸附量越大。随着季铵盐烃链增长，不同粒级高岭石的吸附量都增大。但对于-0.045mm这个粒级的吸附量规律与浮选结果相反。这与季铵盐在细粒级高岭石表面容易达到完全吸附的推断相吻合。同时，高岭石表面存在阳离子交换吸附，致使季铵盐在高岭石表面吸附量大于一水硬铝石。
　　 (3)矿物粒度对季铵盐在铝硅矿物表面吸附层结构的影响:微极性I1/I3值越小，矿物表面疏水性越强。不同粒级矿物的微极性变化规律基本一致。细粒级高岭石I1/I3明显小于粗粒级的，而粒度对一水硬铝石的I1/I3值影响不大。1231的临界胶束浓度(CMC)比1631的CMC大。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 铝土矿浮选脱硅特点

1．1．1 铝土矿正浮选的特点

1．1．2 铝土矿反浮选的特点

1．2 阳离子捕收剂浮选铝硅矿物的影响因素研究

1．2．1 铝硅矿物晶体结构特性的影响

1．2．2 阳离子捕收剂结构特性的影响

1．2．3 矿物粒度的影响

1．3 表面活性剂在固-液界面吸附规律的研究

1．3．1 固液界面吸附等温线及吸附模型

1．3．2 阳离子捕收剂在矿物表面的吸附

1．4 本课题研究的思路和主要内容

第二章 矿样、试剂、仪器及研究方法

2．1 矿样制备及性质

2．1．1 矿样的制备

2．1．2 矿样的性质

2．2 试验药剂及主要的仪器和设备

2．3 研究方法

2．3．1 浮选试验

2．3．2 动电位的测定

2．3．3 吸附量的测定

2．3．4 荧光光谱分析

第三章 单链季铵盐型捕收剂对不同粒级铝硅矿物浮选行为的影响

3．1 不同碳链季铵盐对未分级铝硅矿物浮选行为的影响

3．1．1 矿浆pH对未分级铝硅矿物浮选行为的影响

3．1．2 季铵盐浓度对未分级铝硅矿物浮选行为的影响

3．2 矿浆pH对不同粒级铝硅矿物浮选行为的影响

3．2．1 矿浆pH对不同粒级一水硬铝石浮选行为的影响

3．2．2 矿浆pH对不同粒级高岭石浮选行为的影响

3．3 季铵盐浓度对不同粒级铝硅矿物浮选行为的影响

3．4 本章小结

第四章 一水硬铝石和高岭石晶体结构及其与季铵盐作用机理的研究

4．1 一水硬铝石晶体结构及其与季铵盐作用机理

4．1．1 一水硬铝石晶体结构

4．1．2 一水硬铝石与季铵盐作用的动电位研究

4．2 高岭石晶体结构及动电位研究

4．2．1 高岭石晶体结构

4．2．2 高岭石的动电位研究

4．3 高岭石不同解理面与季铵盐吸附的分子动力学模拟

4．4 不同粒级高岭石浮选行为异常的理论解释

4．5 本章小结

第五章 季铵盐在不同粒级铝硅矿物表面吸附特性的研究

5．1 pH对季铵盐在不同粒级矿物表面吸附的影响

5．1．1 pH对季铵盐在不同粒级一水硬铝石表面吸附的影响

5．1．2 pH对季铵盐在不同粒级高岭石表面吸附的影响

5．2 季铵盐在不同粒级矿物表面的吸附等温线研究

5．2．1 季铵盐在不同粒级一水硬铝石表面吸附等温线

5．2．2 季铵盐在不同粒级高岭石表面吸附等温线

5．3 荧光探针法研究不同粒级矿物表面的吸附层结构

5．3．1 季铵盐在不同粒级一水硬铝石表面的微极性

5．3．2 季铵盐在不同粒级高岭石表面的微极性

5．4 季铵盐对高岭石沉降行为的影响

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要的研究成果