磁黄铁矿晶体化学的可浮性研究

摘要

磁黄铁矿(Fe1-xS,0＜x＜0.223)往往以伴生形式存在于许多有色属矿中,其本身工业价值不大,却常是金属矿中S的主要来源。浮选是分离磁黄铁矿与其它矿物最常用的方法。但是由于磁黄铁矿本身晶体化学性质多变,且极易氧化,往往对目的矿物的浮选产生很大的干扰,成为有色金属矿浮选的一个难题。我国许多有色金属矿石含有磁黄铁矿,这些矿山均面临着要解决磁黄铁矿对浮选过程干扰的问题。本论文较详细地考察了单斜和六方磁黄铁矿晶体和电子结构的不同,以及二者浮选行为的差异,并通过基础研究分析了二者可浮性差异可能的原因。
　　 使用Material Studio软件中的CASTEP模块,计算了理想的单斜和六方磁黄铁矿的能带结构、态密度和前线轨道能量,结果表明:六方磁黄铁矿为间接带隙半导体,单斜磁黄铁矿则属于导体矿物;单斜磁黄铁矿比六方磁黄铁矿更容易与氧气及丁基黄药发生作用。
　　 纯矿物浮选试验表明:单斜和六方磁黄铁矿的浮选回收率随矿浆pH变化的规律类似,但是单斜磁黄铁矿比六方型更容易上浮,也更难被抑制;六方磁黄铁矿在酸性条件下比单斜型更容易被硫酸铜活化。未添加硫酸铜活化时,石灰对单斜磁黄铁矿没有明显的抑制作用,对六方磁黄铁矿则具有一定的抑制作用。经硫酸铜活化后,在弱酸性至中性范围内,六方磁黄铁矿的浮选回收率与相同条件下单斜磁黄铁矿的浮选回收率基本相当;在pH为2～12.5的范围内,腐殖酸钠+氯化钙的组合抑制剂对被硫酸铜活化的单斜和六方磁黄铁矿均有良好的抑制作用,但抑制六方磁黄铁矿所需要的组合药剂用量明显较少。
　　 采用动电位测试方法研究了结构不同的磁黄铁矿的表面电性差异,结果表明:单斜磁黄铁矿的零电点约为7.3,六方磁黄铁矿的零电点约为8.8。运用红外光谱分析研究了结构不同的磁黄铁矿与药剂作用后的可能产物,结果表明:丁基黄药与单斜和六方磁黄铁矿的作用产物是相同的,都生成了双黄药,但由于矿物结构不同导致分子键合力不同,丁基黄药在两种磁黄铁矿表面的吸收峰的偏移不同。通过Fe-S-H2O体系的Eh-pH图分析,在水溶液中,只要电位合适,磁黄铁矿在整个pH范围内都可以生成疏水物质S0,而自诱导浮选试验结果得出的单斜和六方磁黄铁矿可浮选的电位区间也都在根据Eh-pH预测的电位区间内。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 概述

1.1.1 磁黄铁矿的地质成因

1.1.2 磁黄铁矿的晶体结构与成分

1.1.3 单斜和六方磁黄铁矿的交生

1.2 磁黄铁矿的氧化和溶解

1.2.1 磁黄铁矿的氧化

1.2.2 磁黄铁矿的溶解

1.3 硫化矿浮选捕收的机理研究

1.4 磁黄铁矿的浮选研究现状

1.5 密度泛函理论

1.5.1 密度泛函理论基础[53,54,55,56,57]

1.5.2 交换-相关近似

1.5.3 平面波赝势密度泛函理论

1.6 硫化矿密度泛函理论研究

1.7 CASTEP简介

1.8 论文研究的背景、目的和研究思路

第二章 试验材料及研究方法

2.1 试验矿样

2.2 试剂及设备

2.3 试验方法

2.3.1 浮选试验

2.3.2 X射线粉末衍射光谱测试

2.3.3 CASTEP计算方法

2.3.4 动电位测量

2.3.5 红外光谱测试

第三章 磁黄铁矿晶体结构及电子结构研究

3.1 试验用磁黄铁矿晶体结构及成分

3.1.1 试验用磁黄铁矿成分分析

3.1.2 六方磁黄铁矿晶胞参数计算

3.2 磁黄铁矿的电子结构研究

3.2.1 磁黄铁矿理论模型和计算方法

3.2.2 计算结果

3.3 小结

第四章 单斜和六方磁黄铁矿浮选行为研究

4.1 磁黄铁矿自诱导浮选行为

4.2 磁黄铁矿硫诱导浮选行为

4.3 磁黄铁矿捕收剂诱导浮选行为

4.4 硫酸铜对磁黄铁矿可浮性的影响

4.5 抑制剂对磁黄铁矿可浮性的影响

4.5.1 石灰用量对磁黄铁矿可浮性的影响

4.5.2 组合抑制剂对经硫酸铜活化的单斜磁黄铁矿可浮性的影响

4.5.3 组合抑制剂对经硫酸铜活化的六方磁黄铁矿可浮性的影响

4.6 小结

第五章 磁黄铁矿与药剂作用及表面热力学分析

5.1 单斜和六方磁黄铁矿表面电性

5.2 磁黄铁矿与药剂作用红外光谱分析

5.3 磁黄铁矿表面热力学分析[74]

5.3.1 热力学分析

5.3.2 磁黄铁矿在水体系中表面氧化的Eh-pH关系[72,74]

5.4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果