黄原酸基有机抑制剂的设计合成及其与锌铁硫化矿相互作用机理研究

摘要

本文的研究内容主要包括以下五个方面：铁闪锌矿、毒砂和磁黄铁矿的晶体结构和表面性质研究，黄原酸基有机抑制剂的设计和合成，黄原酸基有机抑制剂对锌铁硫化矿的抑制效果及其对锌铁硫化矿电化学浮选的影响，运用动电位、红外光谱和紫外吸收光谱等测试方法探讨了黄原酸基有机抑制剂与锌铁硫化矿的作用机理，通过浮选药剂特性指数i和亲水亲油平衡值HLB等方法了研究黄原酸基有机抑制剂的结构与性能关系。 1．纯矿物铁闪锌矿、毒砂、磁黄铁矿的X-射线衍射数据与JCPDS卡片Marmatite—Cubic、Arsenopyrite- Triclinic和Pyrrhotite- Trrigonal的标准衍射数据基本一致，基本上可以认定铁闪锌矿(广西大厂)是Marmatite．Cubic晶型的矿物，毒砂(湖南瑶岗仙)是 Arsenopyrite-Triclinic晶型的矿物，磁黄铁矿(广西大厂)是Pyrrhotite -Trigonal晶型的矿物。捕收剂丁基黄药、丁胺黑药、乙硫氮(SN-9)对纯矿物铁闪锌矿、毒砂、磁黄铁矿的捕收能力是丁基黄药>丁胺黑药>乙硫氮，经铜离子活化后，铁闪锌矿在pH=2～12内都可浮，毒砂和磁黄铁矿也得到活化。 2．根据有机抑制剂的分子设计理论，合成了多羟基黄原酸盐有机抑制剂化合物三种，多羧基黄原酸盐有机抑制剂化合物四种，反应产物的红外光谱分析及化学元素分析确定了反应产物及其纯度。 多羟基黄原酸盐有机抑制剂对锌铁硫化矿有抑制作用，抑制强弱顺序是毒砂>磁黄铁矿>铁闪锌矿。铜离子活化后，多羟基黄原酸盐对铁闪锌矿抑制作用不明显，对毒砂和磁黄铁矿抑制作用显著，在pH>6，铁闪锌矿与毒砂和磁黄铁矿可以得到较好的浮选分离。 多羧基黄原酸盐有机抑制剂抑制锌铁硫化矿时，强弱顺序是毒砂>磁黄铁矿>铁闪锌矿。铜离子活化后，多羧基黄原酸盐对铁闪锌矿失去抑制作用，对毒砂和磁黄铁矿抑制作用明显，铜离子活化后，多羧基黄原酸盐存在下，在pH>6铁闪锌矿与毒砂和磁黄铁矿可以得到较好的浮选分离。选用(1-甲酸钠-1-乙酸钠)丙酸钠二硫代碳酸钠作有机抑制剂，实现了锌砷、锌硫和锌砷硫分离等3种人工混合矿的浮选分离。 3．丁黄药为捕收剂，铁闪锌矿、毒砂和磁黄铁矿的浮选行为与矿浆电位有关，低pH值下，可浮电位区间较大，高pH值下，可浮电位区间较小。不管是否加入铜离子，在黄原酸基有机抑制剂作用下，铁闪锌矿在一定的电位区域内才可浮选，低pH值下，可浮的电位区间较大，高pH值下，可浮性较差；磁黄铁矿和毒砂在pH>4.5的电位区域内不浮。低pH值下，在铁闪锌矿可浮的电位区间，铁闪锌矿与磁黄铁矿和毒砂可以实现分离；高pH值下，在铁闪锌矿可浮的电位区间它们难以实现分离。 4．黄原酸基有机抑制剂在锌铁硫化矿物表面吸附量大小顺序为毒砂>磁黄铁矿>铁闪锌矿，这正是黄原酸基有机抑制剂对锌铁硫化矿抑制作用顺序。随着pH增大，黄原酸基有机抑制剂在锌铁硫化矿物表面吸附量增大，在pH>6.0时，吸附趋于饱和，吸附量基本保持不变。黄原酸基有机抑制剂在毒砂和磁黄铁矿表面的吸附量均高于在铁闪锌矿表面的吸附量，进一步表明黄原酸基有机抑制剂对于毒砂和磁黄铁矿的抑制能力高于对铁闪锌矿的抑制能力，尤其对毒砂效果更加显著。黄原酸基有机抑制剂能显著改变锌铁硫化矿物表面的ζ--电位，顺序是多羧基黄原酸盐系列(TX)>多羟基黄原酸盐系列(GX)。 阴离子型的黄原酸基有机抑制剂在带负电的锌铁硫化矿表面吸附，并能使其负电位更大，说明黄原酸基有机抑制剂在锌铁硫化矿表面的吸附为化学吸附。 黄原酸基有机抑制剂与锌铁硫化矿作用前后的红外光谱说明：这二类药剂与锌铁硫化矿的作用以化学作用为主，同时黄原酸基有机抑制剂与矿物也发生了氢键作用，从而增强了药剂对矿物的抑制作用。铜离子活化后，黄原酸基有机抑制剂和丁黄药存在下，铁闪锌矿表面的Cu<'2+>与丁黄药作用生成稳定的Cu(BX)<,2>，而使黄原酸基有机抑制剂在铁闪锌矿表面失去抑制作用，而黄原酸基有机抑制剂在毒砂和磁黄铁矿表面表现良好的抑制性能。 5．有机抑制剂的亲水基团越多，抑制能力越强。多羟基黄原酸盐(GX)有带-OH的亲水基团，抑制能力是GX3>GX2>GX1；多羧基黄原酸盐(TX)有带-COOH的亲水基团，抑制能力是TX4>TX3>TX2>TX1。 基团电负性数据表明，羟基和羧基易与电负性较小的金属离子As<'3+>发生作用，而与Fe<'3+>、Zn<'2+>作用则呈依次变弱的趋势，故它们对毒砂的抑制作用能力最强，磁黄铁矿次之，铁闪锌矿最弱。 黄原酸基有机抑制剂随着浮选药剂特性指数i和亲水亲油平衡值HLB的增加，其亲水能力增强，抑制效果增大。其亲水能力强弱顺序是：多羟基黄原酸盐GX3>GX2>GX1；多羧基黄原酸盐TX4>TX3>TX2>TX1，亲水能力顺序也是其抑制能力顺序。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章文献综述

1.1硫化矿浮选概述

1.1.1硫化矿浮选技术的发展

1.1.2硫化矿浮选电化学理论

1.2硫化矿浮选电化学理论研究实验方法

1.3硫化矿浮选抑制剂

1.3.1无机抑制剂

1.3.2有机抑制剂

1.4本文研究的内容与意义

第二章研究方法

2.1矿样

2.2试剂

2.3仪器

2.4实验方法

2.4.1合成实验

2.4.2浮选试验

2.4.3紫外光谱分析

2.4.4红外光谱测定

2.4.5动电位(ζ-电位)的测量

2.4.6 X射线衍射(XRD)分析

第三章锌铁硫化矿物的晶体结构表面性质与浮选行为的研究

3.1锌铁硫化矿物的晶体结构及表面性质

3.1.1铁闪锌矿

3.1.2毒砂

3.1.3磁黄铁矿

3.2锌铁硫化矿物的浮选行为

3.2.1捕收剂用量对锌铁硫化矿物的影响

3.2.2矿浆pH值对锌铁硫化矿物浮选的影响

3.2.3活化剂CuSO4对铁锌硫化矿浮选的影响

3.3本章小结

第四章锌铁硫化矿物的有机抑制剂的合成及物化性能

4.1黄原酸基有机抑制剂的结构

4.2多羟基黄原酸盐类化合物的制备及性能

4.2.1合成反应原理

4.2.2合成方法

4.2.3合成的多羟基黄原酸盐类化合物的基本物化性质

4.3多羧基黄原酸盐类化合物的制备及性能

4.3.1合成反应原理

4.3.2合成方法

4.3.3合成的多羧基黄原酸盐类化合物的基本物化性质

4.4本章小结

第五章黄原酸基有机抑制剂对锌铁硫化矿浮选性能的影响

5.1多羟基黄原酸基有机抑制剂对锌铁硫化矿浮选性能影响

5.1.1多羟基黄原酸盐有机抑制剂用量的影响

5.1.2多羟基黄原酸盐存在下pH对锌铁硫化矿浮选的影响

5.1.3硫酸铜和多羟基黄原酸盐存在下pH对锌铁硫化矿浮选的影响

5.2多羧基黄原酸盐有机抑制剂对锌铁硫化矿浮选性能影响

5.2.1多羧基黄原酸盐用量对锌铁硫化矿浮选的影响

5.2.2多羧基黄原酸盐存在下pH对锌铁硫化矿浮选的影响

5.2.3硫酸铜和多羧基黄原酸盐存在下pH对锌铁硫化矿浮选的影响

5.3黄原酸基盐有机抑制剂对人工混合矿分离结果

5.4本章小结

第六章黄原酸基有机抑制剂对锌铁硫化矿电化学浮选的影响

6.1锌铁硫化矿浮选与矿浆电位的关系

6.1.1锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.1.2铜离子活化后锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.2多羟基黄原酸盐存在下矿浆电位对锌铁硫化矿浮选的影响

6.2.1多羟基黄原酸盐存在下锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.2.2铜离子活化后多羟基黄原酸盐存在下锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.3多羧基黄原酸盐存在下矿浆电位对锌铁硫化矿浮选的影响

6.3.1多羧基黄原酸盐存在下锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.3.2铜离子活化后多羧基黄原酸盐存在下锌铁硫化矿浮选的电位-pH区间

6.4本章小结

第七章黄原酸基有机抑制剂与锌铁硫化矿表面的作用机理

7.1黄原酸基有机抑制剂在矿物表面的吸附行为

7.1.1多羟基黄原酸盐GX2在矿物表面的吸附

7.1.2多羧基黄原酸盐TX4在矿物表面吸附行为

7.2动电位测定讨论锌铁硫化矿物与黄原酸基抑制剂的相互作用

7.2.1锌铁硫化矿物的Zeta电位与pH的关系

7.2.2黄原酸基抑制剂用量对锌铁硫化矿物表面Zeta电位的影响

7.2.3锌铁硫化矿物在不同药剂作用条件下的Zeta电位与pH关系

7.3黄原酸基有机抑制剂与锌铁硫化矿作用的红外光谱分析

7.3.1 GX2与锌铁硫化矿作用的红外光谱分析

7.3.2 TX4与锌铁硫化矿作用的红外光谱分析

7.4本章小结

第八章黄原酸基有机抑制剂的结构与抑制性能

8.1黄原酸基有机抑制剂的结构与抑制能力

8.1.1多羟基黄原酸盐的抑制能力

8.1.2硫酸铜存在下多羟基黄原酸盐抑制能力

8.1.3多羧基黄原酸盐的抑制能力

8.1.4硫酸铜存在下多羧基黄原酸盐抑制能力

8.2黄原酸基极性基团电负性与抑制性能

8.3黄原酸基有机抑制剂性能指数与抑制性能

8.4本章小结

第九章结论

参考文献

致谢

附录