超细粒α-PbO、ZnO的表面硫化络合研究

摘要

金属氧化铅、锌在工业中的广泛应用对其矿产资源的开发、利用提出了更高的要求。目前,随着矿产资源的枯竭,回收嵌布粒度极细的金属氧化矿物是必须面临的挑战。与相应的硫化矿相比,金属氧化矿的浮选效率较低。通过加入硫化剂,使金属氧化物表面发生硫化,然后再添加相应的硫化物捕收剂进行浮选是目前较为可行的浮选工艺。然而人们对其表面硫化络合机理尚缺乏定量了解。随着颗粒粒度的减小和比表面积的增加,金属氧化物的表面性质逐渐起主导作用。固体表面作为众多物理化学反应的载体,对氧化物颗粒在各个领域的应用和性能及相应矿物的浮选都有重要的影响。
　　 本研究首次将表面络合理论引入到表面硫化络合体系中,借助计算软件对金属氧化铅、锌表面酸碱性质和硫化络合数据进行了研究,为了解浮选体系中金属氧化铅、锌表面硫化前后组分分布和对黄原酸根离子的吸附,进而为贫、杂、超细粒金属氧化矿和深度氧化的金属硫化矿的浮选和以及金属氧化矿物材料的表面改性提供必要的理论依据。
　　 本文通过水热法合成α-PbO和ZnO,利用粉末X射线衍射(XRD)、红外(IR)、N2吸附/脱附等方法对制各的样品进行了一系列的表征。借助自动电位滴定技术对制备的α-PbO、ZnO进行了酸碱滴定,并借助FITEQL4.0软件在恒电容模型情况下对齐表面酸碱平衡常数进行了计算。结果发现,在不同固体浓度的氧化铅滴定曲线中,都存在尖锐的“突跃”现象。当pH值降低至氧化铅的零电点时,固体颗粒之间的斥力小于吸引力,颗粒相互聚集形成胶团并将溶液中部分OH-离子包裹,溶液pH值迅速下降。当颗粒表面重新带电,斥力大于引力时,胶团破裂,OH-得到释放,溶液pH快速升高至某值,形成突跃。
　　 在已合成的氧化铅、锌基础之上,通过对吸附了乙基黄药的氧化铅、锌颗粒进行煅烧,得到表面硫化的α-PbO和ZnO样品。并借助各种手段对硫化后样品进行了表征。红外和EDS数据表明,煅烧后的样品都发生了表面硫化。采用煅烧吸附黄药的金属氧化物是一种获得表面硫化金属氧化物的可行工艺。
　　 利用紫外-可见吸收光谱对不同固体浓度α-PbO、ZnO、表面硫化后α-PbO、表面硫化后ZnO样品对不同链长的黄原酸盐的吸附进行了研究。实验结果表明:黄原酸盐在矿物表面的吸附主要以离子交换吸附方式为主,溶液中OH-离子能够通过竞争吸附取代表面已吸附的黄原酸盐负离子,影响对黄药的吸附能力。因此,pH值是影响黄原酸盐吸附的重要因素。对于同一种吸附剂,随着固体浓度的增大,对于同一种黄原酸盐的吸附能力相应的增大,这表明比表面积也是一项重要的影响因素。
　　 与氧化矿物相比,硫化矿物水化表面具有两种形式:≡MeOH和≡MeSH,黄原酸根更易于与金属Me成键生成黄原酸盐。水化后,羟基吸附在金属离子键位点形成表面羟基,黄原酸根只有通过与表面羟基竞争吸附产生吸附。因此,硫化后的样品颗粒吸附能力明显的高于未硫化的样品。
　　 对于同一种黄原酸盐,同一固体浓度、同一pH值下的表面硫化后α-PbO样品吸附能力高于α-PbO的吸附能力。这一规律同样适用于硫化前后ZnO对黄原酸盐的吸附行为。比较四种固体吸附剂的吸附能力我们可以看出,同一固体浓度、同一pH值下对同种黄原酸根离子的吸附能力大小符合以下规律:
　　 表面硫化后α-PbO＞α-PbO＞表面硫化后ZnO＞ZnO表面硫化能够明显提高氧化矿物的浮选效率并拓宽吸附黄原酸盐的pH值范围,有利于矿物更高效、方便的浮选。对于同一种吸附剂,其吸附丁基黄原酸盐的能力高于对乙基黄原酸盐的吸附。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 金属氧化铅、锌的表面官能团和表面性质

1.3 表面络合机理的研究进展

1.3.1 表面络合理论

1.3.2 表面络合模型及相关计算软件

1.4 表面络合理论研究现状

1.4.1 氧化物表面酸碱性质的研究现状

1.4.2 氧化矿物硫化络合的研究现状

1.5 本课题的研究内容及目的

第二章 α-PbO和ZnO样品的制备及表征

2.1 主要药品及仪器

2.2 样品制备方法

2.2.1 α-PbO颗粒的制备

2.2.2 ZnO颗粒的制备

2.3 样品表征

2.3.1 粉末X射线衍射(XRD)

2.3.2 红外表征(FT-IR)

2.3.3 BET比表面积分析

2.3.4 Zeta电位分析

2.4 结果与讨论

2.4.1 XRD表征

2.4.2 红外表征

2.4.3 BET比表面积测定

2.4.4 Zeta电位分析

第三章 α-PbO和ZnO的表面酸碱平衡常数的测定

3.1 引言

3.2 药剂与仪器

3.3 实验部分

3.3.1 金属氧化铅、锌的溶解

3.3.2 金属氧化铅、锌颗粒的酸碱滴定

3.3.3 氧化铅、锌颗粒的表面酸碱常数的计算

3.4 结果与讨论

3.4.1 不同固体浓度氧化铅悬浮液的酸碱滴定分析

3.4.2 不同固体浓度氧化锌悬浮液的酸碱滴定分析

3.4.3 氧化铅、锌表面酸碱平衡常数的计算

3.4.4 氧化铅、锌表面组分分布

3.4 本章小结

第四章 α-PbO、ZnO硫化前后对不同链长黄原酸盐的吸附

4.1 实验仪器

4.2 实验部分

4.2.1 不同链长的黄原酸盐的制备及标准曲线的配制

4.2.2 表面硫化α-PbO、ZnO样品的制备

4.2.3 表面硫化α-PbO、ZnO样品的表征

4.2.4 α-PbO、ZnO、表面硫化α-PbO、ZnO对不同链长黄原酸盐的吸附

4.3 结果与讨论

4.3.1 乙基黄药的TG-DTA曲线

4.3.2 硫化后α-PbO、ZnO的XRD分析和比表面积测定

4.3.3 硫化后α-PbO、ZnO的红外分析

4.3.4 硫化后α-PbO、ZnO的SEM和X射线能谱分析(EDS)

4.3.4 α-PbO、ZnO、表面硫化后的α-PbO和ZnO对不同链长黄原酸盐的吸附数据处理

4.3.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

附录

一、在校期间发表的学术论文

二、在校期间参加的项目

三、在校期间获奖情况