含碳酸盐铁矿石浮选体系中矿物的交互影响研究

摘要

铁矿石是钢铁生产最为重要的基础原料，我国目前的铁矿石产量难以满足钢铁产业的需求，将部分未被利用的铁矿资源储量变成现实的铁矿供应能力，是当前我国铁矿资源开发利用面临的重要课题。我国铁矿资源具有贫细杂的特点，有用矿物嵌布粒度细，矿石组分杂，导致选矿工艺复杂，选别难度大。其原因之一是由于矿物之间存在交互影响，导致分选差异性减小，使矿物难以分离。
　　浮选体系中矿物的交互影响是指复杂矿石浮选体系中矿物的溶解、相互吸附罩盖等引起其他矿物被活化或抑制从而对浮选分离产生的影响。本文以赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、褐铁矿、白云石和石英为研究对象，从矿物的晶体结构、化学组成出发，研究了六种矿物的表面特性、不同粒级矿物的可浮性以及调整剂对其可浮性的影响，在此基础上，考查了不同粒级六种矿物分别对赤铁矿、菱铁矿以及石英浮选的影响，并基于浮选溶液化学、EDLVO等理论，采用SEM、UV、FTIR、ICP、XPS等检测手段，探讨了矿物产生交互影响的机理，以期找到削弱或促进矿物交互影响和适于复杂铁矿石分离的方法。
　　通过对纯矿物晶体结构、化学组成、矿物表面易断裂键的分析，推测四种铁矿物和白云石的零电点相对较高，石英的零电点较低。实测赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、褐铁矿、白云石和石英的零电点分别为5.6、7.6、6.2、7.9、4.6、2.3。矿物表面元素相对浓度的XPS分析发现，同种矿物粒度越小，表面活性元素含量增加，更有利于药剂的吸附。
　　在油酸钠体系下，纯矿物的可浮性及与矿物粒级关系的研究表明，赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、白云石的可浮性较好，褐铁矿次之，石英没有可浮性;矿物的可浮性与矿物粒级具有密切的关系;在碱性条件下，氯化钙对赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、褐铁矿、白云石有一定的抑制作用，对石英有一定的活化作用;氯化铁、氯化亚铁、淀粉对-106+45μm粒级和-18μm粒级矿物的作用效果有所不同;在pH=11.2左右，油酸钠、淀粉和氯化钙的共同作用下，不同粒级不同矿物的可浮性也有所不同;在pH=11.5左右，淀粉、硅酸钠以及少量柠檬酸对被氯化钙活化后的石英的浮选影响较小，羧甲基纤维素钠对其有较强的抑制作用。
　　二元体系中矿物的交互影响研究表明，当pH=9左右，添加油酸钠浮选-106+45μm粒级赤铁矿时，添加不同粒级不同矿物能够在一定程度上降低赤铁矿回收率，-45μm粒级磁铁矿和白云石以及-18μm粒级褐铁矿影响最大;当添加油酸钠、淀粉和氯化钙浮选-106+45μm粒级赤铁矿时，除石英外，其他矿物对精矿Fe品位有所影响，对精矿Fe回收率影响较小。石英对精矿Fe回收率影响较小，但-45μm粒级石英对精矿Fe品位影响较大;当pH=9左右，添加油酸钠浮选-106+45μm粒级菱铁矿时，-18μm粒级的赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、白云石能够大幅度提高菱铁矿的回收率，细颗粒起一种类似“泡沫稳定剂”的作用，可作为浮选菱铁矿的矿物“活化剂”;当pH=9左右，添加油酸钠浮选-18μm粒级菱铁矿时，除磁铁矿外，其他粒级矿物均能够在一定程度上提高菱铁矿回收率;当pH=11左右，添加油酸钠、淀粉和氯化钙浮选-106+45μm粒级石英时，+18μm粒级菱铁矿对石英浮选影响最大，其次为所有粒级白云石和-18μm粒级磁铁矿，其他粒级矿物对石英浮选影响相对较小。不同粒级不同矿物能够略降低-18μm粒级石英的回收率。
　　三元体系中矿物的交互影响研究表明，在pH=11.4左右，油酸钠、淀粉和氯化钙共存的条件下，不同粒级菱铁矿和白云石以及-18μm粒级磁铁矿对三元体系中赤铁矿的反浮选有所影响，其中菱铁矿影响尤为明显。添加一定量硅酸钠或少量柠檬酸以及适当提高叶轮转速有利于提高浮选指标。
　　矿物交互影响的作用机理研究表明，矿物交互影响的作用形式主要有间接作用形式（如药剂消耗、矿物溶解、提高泡沫层稳定性等）和直接作用形式（矿物粘附罩盖）。在pH=9左右，添加油酸钠浮选回收-106+45μm粒级赤铁矿时，不同粒级菱铁矿、-45μm粒级磁铁矿以及-18μm褐铁矿对赤铁矿浮选的影响由消耗油酸钠引起，其中菱铁矿还与矿物溶解有关。不同粒级白云石对赤铁矿浮选的影响由消耗油酸钠和溶解的金属离子引起;在pH=9左右，添加油酸钠浮选回收-18μm粒级菱铁矿时，不同粒级赤铁矿能够略提高菱铁矿回收率与疏水引力有关;在pH=11.4左右，添加油酸钠、淀粉和氯化钙浮选回收石英时，菱铁矿对石英浮选的影响与淀粉和菱铁矿的溶解有关。-18μm粒级磁铁矿对石英浮选的影响与矿物罩盖有关;添加少量柠檬酸能够在一定程度上削弱矿物对石英浮选的影响与柠檬酸具有分散作用和降低OH-浓度并消耗部分碳酸根有关。
　　本文最后对东鞍山含碳酸盐铁矿石混合磁精矿进行了浮选试验研究，将柠檬酸用于减轻铁矿石浮选体系中的交互影响，取得了较好的试验效果。在最佳药剂制度条件下，闭路流程获得Fe品位为66.37％，Fe回收率为75.00％的铁精矿。表明，添加柠檬酸有利于提高产品质量，简化了工艺流程，并能降低生产成本。
　　本论文的研究成果丰富了铁矿物浮选的理论体系，初步形成了一套研究浮选体系中矿物交互作用的方法，对其它复杂矿物浮选体系中矿物交互作用的研究具有参考价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 铁矿资源及分布

1．2 我国难选铁矿石选矿现状

1．2．1 赤铁矿的选矿现状

1．2．2 菱铁矿的选矿现状

1．2．3 褐铁矿的选矿现状

1．2．4 高硫磷铁矿的选矿现状

1．2．5 含碳酸盐铁矿石的选矿现状

1．3 矿物粒度对浮选的影响

1．4 浮选体系中矿物交互影响的研究现状

1．4．1 矿物交互作用的形式

1．4．2 浮选体系中矿物交互影响的研究现状

1．4．3 矿物交互作用机理研究现状

1．5 选题目的、意义和研究内容

第2章 试验样品、试剂、设备及研究方法

2．1 试样的制备

2．2 试验试剂

2．3 仪器设备

2．4 研究方法

2．4．1 浮选试验

2．4．2 矿物动电位的测定

2．4．3 X-射线衍射(XRD)分析

2．4．4 红外光谱(FTIR)分析

2．4．5 扫描电镜(SEM)和EDS能谱分析

2．4．6 X射线光电子能谱(XPS)分析

2．4．7 药剂吸附量测定

2．4．8 离子浓度测定

2．4．9 沉降试验

第3章 矿物的晶体结构与浮游性研究

3．1 矿物的晶体结构及其性质

3．1．1 矿物的晶体结构

3．1．2 矿物晶体结构中化学键特征分析及计算

3．1．3 纯矿物表面的X射线光电子能谱分析

3．1．4 矿物的表面电性

3．2 油酸钠体系中矿物自然可浮性的研究

3．3 pH值对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．3．1 pH值对不同粒级赤铁矿浮选的影响

3．3．2 pH值对不同粒级菱铁矿浮选的影响

3．3．3 pH值对不同粒级磁铁矿浮选的影响

3．3．4 pH值对不同粒级褐铁矿浮选的影响

3．3．5 pH值对不同粒级白云石浮选的影响

3．3．6 pH值对不同粒级石英浮选的影响

3．4 调整剂对纯矿物浮选的影响

3．4．1 氯化钙对纯矿物浮选的影响

3．4．2 氯化铁对纯矿物浮选的影响

3．4．3 氯化亚铁对纯矿物浮选的影响

3．4．4 淀粉对纯矿物浮选的影响

3．4．5 淀粉和氯化钙对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．4．6 调整剂对氯化钙作用后的石英浮选的影响

3．5 本章小结

第4章 二元体系中矿物间交互影响的研究

4．1 不同粒级不同矿物对-106+45μm粒级赤铁矿浮选的影响

4．1．1 正浮选体系

4．1．2 反浮选体系

4．2 不同粒级不同矿物对-1 06+45μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．2．1 正浮选体系

4．2．2 反浮选体系

4．3 不同粒级不同矿物对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．1 不同粒级赤铁矿对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．2 不同粒级磁铁矿对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．3 不同粒级褐铁矿对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．4 不同粒级白云石对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．5 不同粒级石英对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．3．6 不同粒级不同矿物对-18μm粒级菱铁矿浮选的影响

4．4 不同粒级不同矿物对-106+45μm粒级石英浮选的影响

4．4．1 不同粒级赤铁矿对石英浮选的影响

4．4．2 不同粒级菱铁矿对石英浮选的影响

4．4．3 不同粒级磁铁矿对石英浮选的影响

4．4．4 不同粒级褐铁矿对石英浮选的影响

4．4．5 不同粒级白云石对石英浮选的影响

4．4．6 不同粒级不同矿物对石英浮选的影响

4．4．7 pH值对二元体系中石英浮选的影响

4．4．8 调整剂对二元体系中石英浮选的影响

4．5 不同粒级不同矿物对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．1 不同粒级赤铁矿对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．2 不同粒级菱铁矿对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．3 不同粒级磁铁矿对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．4 不同粒级褐铁矿对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．5 不同粒级白云石对-18μm粒级石英浮选的影响

4．5．6 不同粒级不同矿物对-18μm粒级石英浮选的影响

4．6 本章小结

第5章 三元体系中矿物间交互影响的研究

5．1 不同粒级不同矿物对赤铁矿和石英混合矿浮选的影响

5．1．1 不同粒级菱铁矿对赤铁矿和石英混合矿浮选的影响

5．1．2 不同粒级磁铁矿对赤铁矿和石英混合矿浮选的影响

5．1．3 不同粒级褐铁矿对赤铁矿和石英混合矿浮选的影响

5．1．4 不同粒级白云石对赤铁矿和石英混合矿浮选的影响

5．2 调整剂对三元体系中赤铁矿反浮选的影响

5．2．1 赤铁矿-石英-菱铁矿三元体系

5．2．2 赤铁矿-石英-磁铁矿三元体系

5．2．3 赤铁矿-石英-白云石三元体系

5．3 叶轮转速对三元体系中赤铁矿反浮选的影响

5．4 本章小结

第6章 矿物交互影响的作用机理探讨

6．1 不同粒级不同矿物对-106+45μm粒级赤铁矿浮选影响的机理探讨

6．1．1 磁铁矿和褐铁矿对赤铁矿浮选的影响

6．1．2 菱铁矿对赤铁矿浮选的影响

6．1．3 白云石对赤铁矿浮选的影响

6．2 不同粒级不同矿物对-106+45μm粒级石英浮选影响的机理探讨

6．2．1 菱铁矿对石英浮选的影响

6．2．2 磁铁矿对石英浮选的影响

6．3 不同粒级赤铁矿对-18μm粒级菱铁矿浮选影响的机理探讨

6．3．1 扩展DLVO理论

6．3．2 油酸钠溶液中细粒菱铁矿与不同粒径赤铁矿颗粒间的相互作用

6．4 柠檬酸对矿物的作用机理

6．4．1 柠檬酸对矿物的分散作用

6．4．2 柠檬酸的溶液化学

6．4．3 柠檬酸对矿物表面电性的影响

6．4．4 矿物与柠檬酸作用前后的红外光谱分析

6．4．5 矿物与柠檬酸作用前后的XPS分析

6．4．6 柠檬酸对钙离子作用后石英浮选的抑制机理

6．5 矿物交互影响的作用形式

6．6 本章小结

第7章 东鞍山含碳酸盐铁矿石混合磁选精矿分散浮选技术研究

7．1 条件试验

7．1．1 氢氧化钠用量试验

7．1．2 柠檬酸用量试验

7．1．3 淀粉用量试验

7．1．4 氧化钙用量试验

7．1．5 KS-Ⅲ用量试验

7．1．6 叶轮转速试验

7．1．7 pH值条件试验

7．2 开路试验

7．3 闭路试验

7．4 产品特性分析

7．5 本章小结

第8章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

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