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氟化钠在铝硅酸盐矿物浮选中的作用机理研究
2011-07-28
在季铵盐捕收剂体系中, 氟化钠活化了层状硅酸盐矿物高岭石、伊利石和叶蜡石的浮选, 而对一水硬 铝石的浮选没有影响, 可以作为铝土矿反浮选的有效调整剂。氟化钠在矿物表面上发生特性吸附作用, 显著降低 硅酸盐矿物的Zeta 电位, 而对一水硬铝石的电位影响不大。AES 研究表明, 氟离子扩散至硅酸盐矿物颗粒内部, 使 得其在硅酸盐矿物颗粒上的吸附量很高, 而只在一水硬铝石表面发生较低量的吸附。氟离子在硅酸盐矿物颗粒的 表面和内部的高吸附量显著降低矿物的动电位, 增强捕收剂与矿物的静电作用, 从而起到活化作用。
SSSSSS SSS SSS 金 ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 总 第SSS 期 SSSSS SSSS SSSS年第 SS 期 SSSSSSSꢀ SSSS ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ S 氟化钠在铝硅酸盐矿物浮选中的作用机理研究 陈湘清 ꢀ 胡岳华 ꢀ 王毓华 S 中南大学S 摘ꢀ 要ꢀ 在季铵盐捕收剂体系中S 氟化钠活化了层状硅酸盐矿物高岭石、伊利石和叶蜡石的浮选S 而对一水硬 铝石的浮选没有影响S 可以作为铝土矿反浮选的有效调整剂。氟化钠在矿物表面上发生特性吸附作用S 显著降低 硅酸盐矿物的 ZSSa 电位S 而对一水硬铝石的电位影响不大。SSS 研究表明S 氟离子扩散至硅酸盐矿物颗粒内部S 使 得其在硅酸盐矿物颗粒上的吸附量很高S 而只在一水硬铝石表面发生较低量的吸附。氟离子在硅酸盐矿物颗粒的 表面和内部的高吸附量显著降低矿物的动电位S 增强捕收剂与矿物的静电作用S 从而起到活化作用。 关摘摘ꢀ 氟化钠ꢀ 硅酸盐ꢀ 反浮选ꢀ 作用机理 SSSSS SS SSSSSSSSS SS SSSSSSSS SS SSSSSSSSS SS SSSSSSSSSSSSSSSS ChSn XSangqSngꢀ Hu YuShuaꢀ Wang Yuhua ( ((((((( ((((( ((((((((((( SSSSSSSSꢀ Sn pSnSaamSnSum SalS SSllSSSSS SySSSmS SSdSum fluSSSdS aSSSvaSSS ShS flSSaSSSn Sf lamSllSS SSlSSaSSS SuSh aS kaSlSnꢀ SSSS SllSSS and pySSphllSSS whSlS haS nS SffSSS Sn ShS flSSaSSSn Sf dSaSpSSSS ShSSSfSSSS SS San SS uSSd aS an SffSSSSnS SSgulaSSS Sn ShS SSvSSSS flSSaSSSn Sf dSaSpSSSS SauxSSSS SSdSum fluSSSdS San gSnSSaSS ShaSaSSSSSSSSS aSSSSpSSSn Sn mSnSSal SuSfaSS whSSh wSll maSkSdly dSSSSaSS ShS zSSa pSSSnSSal Sf SSlSSaSSS whSlS affSSSS lSSSlS ShaS Sf dSaSpSSSS SSS SSudy ShSwS ShaS fluSS SSnS pSnSSSaSSS SnSS SSlSSaSS paSSSSlSSS SSSulSSng Sn SSS hSgh aSSSSpSSSn amSunS Sn SSlSSaSS mSnSSal paSSSSlSS SuS Snly lSw aSSSSpSSSn amSunS Sn dSaSpSSSS ShS hSgh aSSSSpSSSn amSunS Sf fluSS SSnS and Sn ShS SSlSSaSS paSSSSlSS San SvSdSnSly SSduSS ShS zSSa pSSSnSSal Sf ShS mSnSSalS and SnSSSaSS ShS SlSSSSSSSaSSS funSSSSn SSSwSSn ShS SSllSSSSS and mSnSSalS ShuS playSng an aSSSvaSSSn SSlSS SSSSSSSSꢀ FluSSSdSS SSlSSaSSS RSvSSSS flSSaSSSnS SSShanSSm ꢀ ꢀ 我国的铝土矿主要是一水硬铝石型S 占我国铝 铝络合形成带电的氟化铝络合物区域S 降低阴离子 土矿总储量的 SS%以上S 主要组成矿物是一水硬铝 石、高岭石、伊利石和叶腊石S 铝硅比偏低S 有高铝、 认为氟络合矿物表面的铝并溶解表面组分S 产生特 [ 5] 捕收剂的吸附或促进阳离子捕收剂的吸附S UhlSf 高硅、低铁的特点。铝硅比太低的原料不能满足工 性吸附S 进一步促进阳离子捕收剂的吸附S 从而产生 [ S] 艺先进、生产成本低的拜尔法的要求S 使得我国氧化 抑制或活化作用。 侵蚀和清洗机理。SSSSm 认 [ S] 铝工业的生产成本明显高于国际水平 。对铝土矿 进行脱硅S 提高其铝硅比是国内外广泛研究的课题S 采用的主要方法有物理脱硅、生物脱硅和化学脱硅 以及铝土矿浮选脱硅工艺S 其中反浮选脱硅是具有 发展前途的方法。进行铝土矿反浮选脱硅的研究具 为氢氟酸预处理绿柱石提高了矿物表面铝和铍的相 对含量S 有利于阴离子捕收剂的特性吸附。 本课题研究了氟化钠调整剂在新型季铵盐捕收 剂体系中对铝硅矿物浮选行为的影响及其在铝土矿 反浮选分离中的作用机理S 并且提出S 氟离子插层硅 酸盐矿物发生特性吸附S 降低硅酸盐矿物的动电位S 促进捕收剂的吸附是氟化物活化硅酸盐矿物浮选的 作用机理。采用的实验方法包括单矿物浮选、电位 测试和俄歇电子能谱S SSSS 测试技术以及氟离子吸 [ S] 有非常重要的意义 。 实践证明S 氟化物是硅酸盐矿物浮选的有效调 整剂S 至今仍然有较多应用和研究。BSuSkaSd 以氟 化物作为铝硅酸盐和石英浮选的活化剂S 从独居石 [ S] 中浮选分离回收含钛矿物 S SndSSwS 用氟化物选择 [ S] 性活化黄晶的浮选并使其与电气石分离 。 S 国家重点基础研究发展规划资助项目S SSSSSSSSSSSS 。 陈湘清S 中南大学资源加工与生 物工程学 院S 博士研 究生S SSSSSS 湖 前人主要从 S 个方面提出了氟化物调整剂的作 南省长沙市岳麓山。 用机理: ꢁ络合机理。氟化物与硅酸盐矿物表面的 ꢀ ꢀ ꢀ 陈湘清等: 氟化钠在铝硅酸盐矿物浮选中的作用机理研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ SSSS 年第 SS 期 附量的测定。 S ꢀ 摘ꢀ 摘 着氟化钠浓度的增加S 对硅酸盐矿物的活化作用进 一步增强。 SS S ꢀ 矿样 一水硬铝石、高岭石、伊利石和叶蜡石分别取自 河南小关、平顶山S 浙江青田和浙江鸥海。块矿经过 手碎手选后S 用瓷球磨至- SS ꢀm。化学分析和衍射 分析表明其纯度在 SS%以上。 SꢁS ꢀ 浮选试验 每次称取 S g - SS ꢀm 的单矿物样于 SS mS 的 浮选槽中S 加适量的蒸馏水S 经一定浓度的SaF 溶液 摘 Sꢀ 不同摘度氟化摘作用下高岭石 浮摘回收率与溶液 SS 摘的关系 - S 作用 S mSn 后S 再加入季铵盐捕收剂 S ∀SS mSl/ SS 作用 S mSn 后在 XFS 型实验室浮选机中浮选 S mSnS 泡沫产品和槽内产品分别过滤烘干称重S 计算回收 率。 # - 不加 SaF; ∃- SaF SSSSSmSl/S; ∀- SaF SS SS mSl/S SꢁS ꢀ 电位测试 在 dSlSa- SSSSX ZSSa 电位仪上进行。将- SS ꢀm 的样品用玛瑙研钵磨至- 5 ꢀmS 用蒸馏水配成约 SS SS% 的矿浆S 用磁力搅拌器搅拌S 从其中取 5 mS 至烧杯并稀释至 SS mSS 再加入 SS SS5 g/ S 的氟化钠 溶液 S mSS 搅拌作用 S mSn 后注入测试槽S 进行 ZSSa 电位测定。 摘 Sꢀ 不同摘度氟化摘作用下伊利石 浮摘回收率与溶液 SS 摘的关系 #- 不加 SaF; ∃- SaF SSSSSmSl/S; ∀- SaF SS SS mSl/S SꢁS ꢀ SSS 测试 分别将手选出来的粒度约为 5 mm 的高纯度块 矿浸泡在 SS 5 g/ S 的氟化钠溶液中S 作用时间为 SS 5 hS 取出真空干燥 SS mSnS 用铜箔紧密包裹后S 送入俄 歇微探针电子能谱仪 SSS PHS- SSS 测试。 Sꢁ5 ꢀ 氟离子的吸附 采用氟离子选择性电极测得氟离子浓度与电位 的标准曲线。 摘S ꢀ 不同摘度氟化摘作用下叶腊石浮摘 回收率与溶液 SS 摘的关系 将经过氟化物作用后的矿浆离心后S 取适量上 层清液稀释后S 用氟离子选择性电极测试溶液的电 位S 从标准曲线上读数S 得到剩余的氟离子浓度S 差 减求得氟离子在矿物表面的吸附量。 # - 不加 SaF; ∃- SaF SSSSSmSl/S; ∀- SaF SS SS mSl/S 一水硬铝石的浮选回收率与 pH 值的关系见图 S。从图中可以看到S 氟化钠对一水硬铝石的浮选几 乎没有影响S 增大氟化钠的浓度也不影响一水硬铝 石的浮选回收率。 S ꢀ 摘摘摘果与分析 SS S ꢀ 浮选试验 以季铵盐为捕收剂S 采用氟化钠作调整剂S 高岭 石、伊利石和叶蜡石的浮选回收率与 pH 值的关系 分别见图 S~ 图 S。由图可以看出S 氟化钠在季铵 盐捕收剂体系中对层状硅酸盐矿物的浮选具有活化 作用S 尤其是在强酸性和强碱性条件下的活化效果 更为明显S 即氟化钠扩大了层状硅酸盐矿物浮选的 pH 值范围。较低浓度的氟化钠对高岭石的活化作 用较强S 而对伊利石和叶蜡石的活化相对较弱。随 由上述结果可以看出S 在季铵盐捕收剂体系中S 氟化钠显著活化了硅酸盐矿物的浮选而不影响一水 硬铝石的浮选。因此S 氟化钠是反浮选铝土矿进行 铝硅分离的有效调整剂。 总第 SSS 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ SSSS 年第 SS 期 盐捕收剂体系中具有更好的可浮性。 摘 Sꢀ 不同摘度氟化摘作用下一水硬摘石 摘S ꢀ 氟化摘摘伊利石和叶腊石摘摘位与 浮摘回收率与溶液 SS 摘的关系 溶液 SS 摘关系的影响 # - 不加 SaF; ∃ - SaF SS SSS mSl/ S; ∀- SaF SS SS mSl/ S ( - 叶腊石; ∃- 伊利石; )- 叶腊石+ SaF; ∗ - 伊利石+ SaF SS S ꢀ ZSSa 电位测试 SS S ꢀ 氟离子的作用机理与吸附 由图 5 和图 S 可见S 一水硬铝石、高岭石、伊利 石和叶蜡石的零电点分别为 SS S、SS S、SS S 和 SS S。 一水硬铝石的荷电机理是质子的选择性解离S 而其 余S 种硅酸盐矿物的荷电机理则可分为层面上的类 质同晶取代产生的永久负电荷和在端面上质子的选 择性解离作用产生的与溶液 pH 值有关的表面电 在俄歇电子能谱分析中S 离子束可以定量控制 对样品的溅射剥离深度S 然后利用俄歇电子能谱分 析表面元素的相对含量S 从而可以获得元素成分沿 [ S] 深度方向的分布图 。氟元素在矿物颗粒中不同深 度上的含量分布如图 7。图中表明S 在相同的作用 时间下S 氟离子扩散到层状硅酸盐矿物高岭石、伊利 石和叶蜡石的颗粒内部。从图可知S 在与相同浓度 的氟化钠溶液作用相同时间后S 氟离子扩散至高岭 石内部的深度大约为 SS nmS 在叶蜡石中的扩散深 度大约为SS nmS 而在伊利石中则超过 SSS nmS 这表 明氟离子在它们中的扩散速度依次是伊利石> 叶蜡 石> 高岭石。 [ 7] 荷 。氟化钠显著降低了高岭石、伊利石和叶蜡石 的ZSSa 电位S 而使一水硬铝石的电位保持在绝对值 较小的负值范围内S 见图 5 和图 SS 。氟化钠对高岭 石的电位影响最为明显S 碱性条件下电位降低至约 - 5S mV。与较低氟化钠浓度下的浮选回收率类似S 被氟化钠作用后的伊利石和叶蜡石的 ZSSa 电位受 pH 值影响也较小S 也就是说其 ZSSa 电位与矿物表面 + - 上的定位离子H 和 SH 关系不大S 这表明氟离子 在矿物表面上发生了特性吸附S 对矿物表面羟基进 [ S] 行了取代 S 改变了矿物表面的定位离子的种类和 数量S 从而减弱了溶液 pH 对矿物表面电位的影响。 摘 7ꢀ 氟元素在各摘物上的摘度- 深度分布 ∃ - 一水硬铝石; ∗- 高岭石; ∋- 叶腊石; )- 伊利石 高岭石、伊利石和叶腊石是层状晶体结构的硅 酸盐矿物S 层与层之间有一定的层间间距S 特别是层 状硅酸盐矿物与水作用后S 层间距进一步增大S 造成 小体积的离子在其层间运动的可能。很早以前S 人 们就发现碱金属的卤化物对高岭石有一定的插层作 摘 S ꢀ 氟化摘摘一水硬摘石和高岭石摘摘位 与溶液 SS 摘关系的影响 % - 高岭石; &- 一水硬铝石; [ SS] ∋ - 高岭石+ SaF; #- 一水硬铝石+ SaF 用 S CSSSanzS 等也报道了氟化物插入高岭石的层 [ SSS SS] S 本研究的测试结果 ꢀ ꢀ 与氟化钠作用后的硅酸盐矿物的负电位绝对值 间并对层间羟基进行取代 显著大于一水硬铝石的负电位绝对值S 使得捕收剂 与硅酸盐矿物的静电作用强于与一水硬铝石的静电 作用。因此S 与氟化钠作用后的硅酸盐矿物在季铵 也表明氟元素扩散到了硅酸盐的晶体结构层中。 在一水硬铝石颗粒内部并不能检测到氟元素的 存在S 只有在表面存在微量的氟元素S 表明仅少量的 ꢀ ꢀ ꢀ 陈湘清等: 氟化钠在铝硅酸盐矿物浮选中的作用机理研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ SSSS 年第 SS 期 氟离子吸附在一水硬铝石表面。这是因为一水硬铝 石是铝氧八面体链状的紧密结构S 离子难以在其结 构内部发生扩散作用。 酸盐矿物颗粒的一定深度S 而只吸附在一水硬铝石 的表面S 从而使得氟离子在层状硅酸盐矿物表面和 内部发生显著吸附而在一水硬铝石表面发生较弱的 吸附。电位测试也表明S 氟离子显著降低硅酸盐矿 物表面的 ZSSa 电位S 从而促进阳离子捕收剂吸附S 活化硅酸盐矿物的浮选。 氟离子在铝硅矿物中的扩散机理的差别S 导致 了氟化钠在铝硅矿物表面吸附的不同。 氟离子在矿物表面的吸附量与溶液 pH 值的关 系见图S。图中表明S 氟离子在硅酸盐矿物表面大 量吸附并且其吸附量随着溶液 pH 值的增加而下 降S 而在一水硬铝石表面的吸附量非常低。对层状 硅酸盐矿物而言S 由于氟离子的插层作用S 使得氟离 子大量进入硅酸盐矿物的晶体层S 这对应着氟离子 在硅酸盐矿物上的较高的吸附量。而在一水硬铝石 表面由于没有插层作用S 氟离子吸附量较低。负电 性的氟离子在硅酸盐矿物表面大量吸附后S 显著降 低硅酸盐矿物的动电位S 从而促进阳离子捕收剂的 吸附S 活化硅酸盐矿物的浮选。而对于一水硬铝石 而言S 弱的氟离子吸附作用对其电位和浮选影响较 小。 参 考 文 献 Sꢀ 钮因健S 中国的铝 土矿资 源和氧 化铝工 业发展S 国土资 源S SSSS S SS : SS~ SS Sꢀ 曹雪锋S 铝硅酸盐矿物捕收剂的合成及结构- 性能研究: [ 博士 学 位论文] S 长沙: 中南大学S SSSS Sꢀ BSuSkaSd W JS HSySS S WS Suy P JSFlSSaSSSn and SSSSSnSng SSSSvSSy Sf SSSanSum mSnSSalS fSSm a mSnazSSS mSnSSal SandS SSSSuSSꢁ SuSSSS PSSꢀ SSSdSngSS SSSSS SSSS SS : SS~ SS Sꢀ SndSSwS P R SSS SSvaSSng anSSnS Sn ShS SSpaz and SSuSmalSnS- dSdSSyꢀ lamSnS hydSSShlSSSdS SySSSmꢁSSnSSalS & S SalluSgSSal PSSSSSSSngS SSSSS 7 S SS :SSS~ SSS 5 ꢀ UnhSf DS 机械预处理和化 学调浆对从 各种共生 岩中浮 选长石 的 影响S 国外金属矿选矿S SSSSS SS : SS~ SS Sꢀ SSSSm S SS 等S 绿柱石的浮选机理S 国外金属矿选矿S SSSSS SSS : SS S5 ~ 7 ꢀ 奥尔芬 H 范著 ꢁ 粘土胶体化学导论 ꢁ 许冀泉 译S 北京: 农业出 版 社S SSSS Sꢀ FSjal JS Zyla SSSSkaSz SS ChSmSSalSSSSpSSvS and mSSphSlSgSSal pSSpSSSSSS Sf mSnSmSSSllSnSSS SSSaSSd wSSh ammSnSum SSfluSSSdS S SHSHFS S SSluꢀ SSSnSꢁClay SSnSSalSS SSS5S SS:SS~ SS Sꢀ 黄惠忠S 等著S 论表面分析及其 在材料研 究中的应 用S 北京: 科 学 技术文献出版社S SSSS SS SSllSS J SS SulSSn S DS PSSSSSSSpy Sn kaSlSnSSS duSSng pSSSuSSSvS gSSndꢀ SngꢁClayS& Clay SSnSSalS SSS7SS SS: SSS~ SSS SS CSSSanzS P S S SSSSS R FS SSpSSSaS SS SS alS SynShSSSS Sf a quaSSꢀSSaSlS kaSlSnSSS and hSaS SapaSSSy Sf SnSSSlaySS waSSSꢁSaSuSSS SSSSS SSS: 5SS~ 摘 8ꢀ 氟离子在各摘物表面的吸附量与溶液 SS 摘的关系 ∗ - 高岭石; ∋- 伊利石; #- 叶腊石; &- 一水硬铝石 5 5S S ꢀ 摘ꢀ 摘 氟化钠活化了层状硅酸盐矿物高岭石、伊利石 SS CSSSanzS P SS SSSSS R FS SSpSSSaSS SS alS SySShSSSS Sf a SSꢀhydSaSSd kaSlSnSSSꢁ ClayS& Clay SSnSSalSS SSSSS SS: SS~ S5 和叶蜡石的浮选S 而对一水硬铝石的浮选影响较小。 通过俄歇电子能谱分析发现S 氟离子扩散至层状硅 S 上接第 SS 页S S 收稿日期ꢀ SSSSꢀSSꢀS5S 参 考 文 献 高选别的磁场强度可以将其有效回收。该菱铁矿因 类质同像作用含有较多的镁菱铁矿S 焙烧后形成含 镁磁铁矿S 降低了焙烧磁铁矿纯矿物的含铁品位S 使 磁选精矿铁品位较低。 Sꢀ 王亨炎S 浅谈铁矿石资源 对我国钢 铁工业的 影响及 对策 ꢁ 国 外 金属矿山S SSSSS 5S : S~ SS Sꢀ 陈 ꢀ 宏S 世界铁矿石资源和生产概况 ꢁ 钢铁S SSSSS SSS SSS : SS~ 7 S Sꢀ 姚培慧S 中国铁矿志 ꢁ 北京: 冶金工业出版社S SSSS S SS 在焙烧矿自然冷却过程中S 不同的出炉温 度对焙烧矿性质的影响不同。应将焙烧矿先封闭冷 却至 SSS~ SSS + 后S 再排入空气中自然冷却至室 温。 Sꢀ 董稼祥S 中国冶金矿山的发展ꢁ 中国矿业S SSSSS SS 5S :SS~ SS 5 ꢀ 朱家骥S 朱俊士S 等编著S 中国铁 矿选矿技 术 ꢁ 北 京: 冶金工 业 出版社S SSSS S 收稿日期ꢀ SSSSꢀSSꢀS5S
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