石英及长石-石英系统的浮选行为和捕收剂吸附机理

发布时间：2020-07-11 09:59

【摘要】：随着不可再生矿产资源的不断减少和环保意识的不断提高,矿产资源的综合利用越来越受到人们的重视。作为重要的工业原料,长石和石英广泛应用于玻璃、陶瓷、耐火材料等行业,而品位较高的长石精矿和石英砂则具有更大的价值。然而两者常常相互伴生,从而降低各自的品位,限制其应用,因此,分离长石与石英是矿产资源综合利用的重要体现。目前,工业上分离长石与石英方法众多,其中,浮选法最为有效。而过去,在浮选过程中经常添加HF和其他一些工业强酸,不仅浮选、流程复杂,腐蚀生产设备,酸液的排放对环境更是造成极大的危害。因此,在中性/弱碱性介质下浮选分离是未来长石石英分离工艺的发展方向。本文通过探索一种新型绿色药剂制度,来实现长石石英无氟无酸有效分离,从而提高长石品位,满足高级陶瓷釉料质量标准。该浮选流程简单、成本低廉且绿色环保,具有重要的实践意义。本文通过单矿物浮选试验、批次浮选试验,并采用ICP-OES,XRD,zeta电位,FTIR及XPS分析手段,研究了聚醚胺在伴生矿/石英表面的浮选性能以及吸附机理。选择和优化一种合理的浮选药剂制度,包括浮选捕收剂的种类及用量、矿浆pH、矿物颗粒的尺寸范围等,确定一种在中性或弱碱介质下高效浮选分离长石石英新方案。本文研究对比了六种表面活性剂(十二胺盐盐酸盐(1-DAH)、聚醚胺(PEA)、十二烷基磺酸钠(SDS)、N-月桂基肌氨酸钠(N-LSS)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚氧乙烯脂肪醇醚58)(Brij 58),结果表明,与其他表面活性剂相比,在中性或弱碱性介质下,PEA存在下伴生矿和石英上浮率差最大,因此,PEA被选为最优异的浮选捕收剂。用于从长石石英伴生矿中分离石英的最佳试验参数:粒度范围(150-270 μm),PEA浓度(5×l0-5-10-4 M)和矿浆pH(9.00-9.50)。当粒度范围为150-270μm,PEA浓度是10-4 M时,石英的上浮率为97.79%,伴生矿的上浮率为19.30%。通过长石石英伴生矿批次浮选试验,结果表明Al、K和Na等元素基本上都富集在F3(第三批次浮选产品)和下沉产品中,而留在F1(第一批次浮选产品)和F2(第二批次浮选产品)产品中却很少。XRD图谱表明F1产品中基本都是石英相。与原料相比,下沉产品中存在更多的长石相和微量的石英相。因此,从伴生矿中分离石英是行之有效的。最终,在下沉产品中获得了高品位的长石精矿(Na2O+K20的含量总和12%,A20318%)。通过对PEA吸附机理的研究,采用zeta电位、FT-IR以及XPS分析手段,证实在中性或弱碱性条件下,PEA可以通过静电吸附或氢键吸附形式吸附在石英表面,而由于K+/Na+存在可以抑制PEA中带正电的—NH3+/—NH2头基吸附在伴生矿表面,导致PEA对伴生矿的吸附比对石英的吸附弱的多,从而高效分离长石石英。此外,石英砂内部存在大量的Al杂质,严重破坏石英的性能。然而仅通过常规的化学酸浸很难去除A1杂质,因为A1主要替代晶格里的Si并同时引入带正电的碱金属或碱土金属离子(Li+、Na+、K+、Ca2+、Ba2+等)。磨矿可以将石英本身分成富Al、K、Na区和贫Al、K、Na区,并加入合适的捕收剂,使其存在疏水性差异,并得以分离,实现石英的分级与提纯。本文分别对三种不同纯度石英砂进行浮选试验,选择和优化一种合理的浮选药剂制度,包括浮选捕收剂的用量、矿浆pH、矿物颗粒的尺寸范围等,确定一种在中性或弱碱介质下高效浮选分级石英砂新方案。泡沫浮选试验证实用于石英分级的最佳参数条件:粒度范围(150-270 μm),PEA浓度2×l0-5-5×l0-5M)和矿浆pH(9.00-9.50)。当PEA浓度为5×l0-5M,颗粒尺寸范围为180-270μm 纯度较高的印度石英砂可以完全浮起,而含有大量杂质(Al、K、Na)元素的凤阳石英砂表现出很小的可浮性。通过批次浮选试验,结果表明Al、K和Na等元素基本上都富集在下沉产品中,而留在F1和F2产品中的却很少。较高纯度的石英砂可以优先被浮起。PEA可以通过—NH3+/—NH2头基团的形式静电和氢键吸附在高纯度石英砂的表面上。有大量杂质的石英砂表面上的K+或Na+离子以抑制PEA中带正电的—NH3+/-NH2头基吸附在表面上。此外,-Al+与-Al…OH-的水合作用弱于Si+与—Si…OH-的水合作用,较少的—NH2通过氢键吸附于含有较多杂质含量的石英砂表面,导致PEA在杂质含量较多的石英砂表面的吸附弱于其在高纯石英砂表面的吸附,因此可以将不同纯度的石英砂进行分级处理。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD923;TD985
【图文】：

３．２试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑３．２．１长石与石英浮选分离试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑石英与长石石英伴生矿的ＸＲＤ图谱见图３．１。逡逑Ｑｆ逡逑ａ逦Ｑ邋Ｑｕａｒｔｚ逡逑Ｆ邋Ｆｅｌｄｓｐａｒ逡逑ｂ逦Ｑ逡逑Ｑ逡逑Ｑ邋ＱＱｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ逡逑Ｉ邋－逦ｉ邋ｋ邋ｘ邋ｋ逦Ｉ逦Ｌ逡逑１０逦２０逦３０逦４０邋ＳＯ邋６０逦７０逡逑２０邋（°）逡逑图３．１长石石英伴生矿（ａ）与）石英（ｂ）的ＸＲＤ图谱逡逑通过对图３．１原矿ＸＲＤ图谱的分析，结合原矿化学多元素分析结果，可知逡逑石英原矿中全部是石英相（Ｑｕａｒｔｚ）而在长石石英伴生矿中，长石相（ｆｅｌｄｓｐａｒ）逡逑占主体，而主要的脉石相是石英相（Ｑｕａｒｔｚ），另外，伴生矿中存在微量云母相逡逑（Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ邋）0逡逑３．２．２石英砂浮选分级试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑石英与长石石英伴生矿的ＸＲＤ图谱见图３．１。显而易见，三种纯度的石英逡逑砂都只有石英相，即使凤阳石英砂中的Ａｌ、Ｋ、Ｎａ等元素含量很高，但是仍然逡逑没有形成物相。逡逑２４逡逑

３．２试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑３．２．１长石与石英浮选分离试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑石英与长石石英伴生矿的ＸＲＤ图谱见图３．１。逡逑Ｑｆ逡逑ａ逦Ｑ邋Ｑｕａｒｔｚ逡逑Ｆ邋Ｆｅｌｄｓｐａｒ逡逑ｂ逦Ｑ逡逑Ｑ逡逑Ｑ邋ＱＱｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ邋Ｑ逡逑Ｉ邋－逦ｉ邋ｋ邋ｘ邋ｋ逦Ｉ逦Ｌ逡逑１０逦２０逦３０逦４０邋ＳＯ邋６０逦７０逡逑２０邋（°）逡逑图３．１长石石英伴生矿（ａ）与）石英（ｂ）的ＸＲＤ图谱逡逑通过对图３．１原矿ＸＲＤ图谱的分析，结合原矿化学多元素分析结果，可知逡逑石英原矿中全部是石英相（Ｑｕａｒｔｚ）而在长石石英伴生矿中，长石相（ｆｅｌｄｓｐａｒ）逡逑占主体，而主要的脉石相是石英相（Ｑｕａｒｔｚ），另外，伴生矿中存在微量云母相逡逑（Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ邋）0逡逑３．２．２石英砂浮选分级试验原矿的ＸＲＤ分析逡逑石英与长石石英伴生矿的ＸＲＤ图谱见图３．１。显而易见，三种纯度的石英逡逑砂都只有石英相，即使凤阳石英砂中的Ａｌ、Ｋ、Ｎａ等元素含量很高，但是仍然逡逑没有形成物相。逡逑２４逡逑

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本文编号：2750254