微细粒辉钼矿选择性絮凝-浮选基础研究

发布时间：2020-08-01 11:01

【摘要】：钼矿是我国的特色矿产资源,储量较为丰富,但品位低于0.1%的矿石含量占到65%以上。随着社会对于钼需求量的持续增加,富矿资源枯竭,低品位辉钼矿矿石的大规模开发会带来过程效率低、回收率低等难题。而选择性絮凝-浮选是微细粒矿物分选的有效途径。鉴于此,本课题以辉钼矿矿石中主要脉石矿物石英、高岭石以及目的矿物辉钼矿为研究对象,以辉钼矿絮凝-浮选为核心思路,以辉钼矿选择性絮凝,絮凝选择性强化,选择性絮凝-浮选分离为研究主线,采用分析测试、分子动力学模拟、量子化学计算、试验验证等手段相结合,对聚氧乙烯作用下辉钼矿的选择性絮凝、浮选分离及其作用机理开展了较为深入研究。论文分析了矿物与絮凝剂的吸附机理,以疏水作用为着手点考察了三种絮凝剂对辉钼矿、石英和高岭石的絮凝行为,通过分子动力学模拟和量子化学计算、聚氧化乙烯大分子构象变化分析及试验验证,明晰了聚氧化乙烯对辉钼矿的选择性絮凝机理;考察了聚氧化乙烯溶液环境下金属离子对石英和高岭石絮凝行为的影响,研究了六偏磷酸钠作用下聚氧化乙烯对石英和高岭石絮凝行为;通过颗粒间作用力测试、絮体分形维数分析及颗粒絮凝、分散、再絮凝行为分析,研究了微细粒辉钼矿絮凝选择性流体流动作用;开展了聚氧化乙烯溶液环境下微细粒辉钼矿浮选试验,分析了聚氧化乙烯溶液环境下界面作用;考察了混合矿的实际絮凝-浮选效果。首先研究了聚氧化乙烯对辉钼矿、石英、高岭石的絮凝行为,利用分子动力学模拟和量子化学计算分析了聚氧化乙烯在辉钼矿、石英、高岭石晶面的吸附行为,结合不同因素对聚氧化乙烯在矿物表面的吸附差异及聚氧化乙烯大分子构象变化,揭示了聚氧化乙烯对辉钼矿选择性絮凝机理。聚氧化乙烯对辉钼矿表现出较好的絮凝选择性,水环境下聚氧化乙烯在辉钼矿晶面吸附能明显高于石英和高岭石,主要通过氢键作用吸附于石英和高岭石表面,而在辉钼矿表面除与(001)面形成疏水作用吸附外,还存在聚氧化乙烯氧原子与(010)面Mo原子发生的特性吸附;辉钼矿、石英、高岭石絮凝行为取决于聚氧化乙烯吸附量和分子水溶液中伸展状态,随着pH值增大,聚氧化乙烯在石英和高岭石表面吸附量明显降低,而对辉钼矿影响小,酸性条件下,聚氧化乙烯在溶液中蜷缩,不利于脉石矿物絮体形成,随着pH值增大,聚氧化乙烯大分子逐渐伸展,有利于絮体的形成。考察了聚氧化乙烯溶液环境下金属离子对石英和高岭石絮凝行为的影响,研究了六偏磷酸钠作用下聚氧化乙烯对石英和高岭石絮凝行为,明晰了金属离子和六偏磷酸钠作用下石英和高岭石絮凝活化及抑制。金属离子Ca~(2+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)对石英和高岭石具有一定的活化作用,其活化能力受溶液pH值影响,同一离子浓度下,金属离子对聚氧化乙烯絮凝石英和高岭石活化能力为Fe~(3+)Cu~(2+)Ca~(2+);六偏磷酸钠的加入一定程度上抑制了金属离子对石英和高岭石的活化,在pH为5.0时,六偏磷酸钠溶液体系中主要成分为H_2PO_4~-,其与金属离子形成络合物,减少金属离子对脉石矿物表面双电层压缩。研究了不同溶液环境下辉钼矿、石英、高岭石颗粒与辉钼矿基面间作用力,通过不同搅拌强度下辉钼矿及高岭石的絮凝行为及絮体分形维数分析,提出了基于颗粒间作用力的辉钼矿絮凝选择性强紊流强化机制。在2 mg/L聚氧化乙烯溶液体系下,辉钼矿颗粒间作用引力由32.12 nN明显提高至62.22 nN,而辉钼矿与高岭石间作用引力由3.46 nN提高至5.11 nN,辉钼矿与石英间的作用引力由1.05 nN提高至3.68 nN,同时聚氧化乙烯的加入,增大了颗粒间出现引力的作用距离,有利于颗粒的絮凝。在不同搅拌强度下形成的辉钼矿絮体均具有较好的稳定性,抗高强度流体剪切能力强,破坏后絮体具有一定的再絮凝能力,而对于高岭石,在高强度流体剪切下絮体不稳定,难以形成有效絮体,破坏后絮体再生成能力差。研究了聚氧化乙烯在辉钼矿浮选体系中的界面作用,揭示了聚氧化乙烯在微细粒辉钼矿浮选过程作用机制。在浓度为2 mg/L聚氧化乙烯作用下,辉钼矿表面疏水性得到明显改善,颗粒与气泡的诱导时间从18 ms下降至12 ms;通过颗粒与气泡碰撞概率、粘附概率计算,20 g/t的聚氧化乙烯作用下辉钼矿颗粒粒径增大至100μm左右,与气泡的碰撞概率由0.14%提高至8.80%,若聚氧化乙烯仅改变颗粒表观直径,不改变辉钼矿疏水,“棱”与气泡的粘附概率仅为3.25%,而聚氧化乙烯的加入,将“棱”的接触角提高至50°左右,辉钼矿“棱”与气泡的粘附概率提高至44.66%,而辉钼矿“面”的疏水性基本未受影响,与气泡的粘附概率为73.87%。开展了混合矿选择性絮凝-浮选试验,通过分散剂六偏磷酸钠添加及絮凝过程搅拌转速提高,较常规浮选,在精矿品位略有降低情况下,辉钼矿的回收率由56.53%大幅度提高至80%以上。本课题提出的微细粒辉钼矿选择性絮凝-浮选方法具有较好可行性,可为低品位辉钼矿的资源回收提供技术参考。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD923;TD954
【图文】：

微细粒辉钼矿选择性絮凝-浮选基础研究

辉钼矿的晶体结构

粒度分布,磷灰石,粒度,絮凝

1]等证实颗粒在选择性絮凝中的重要性，颗粒粒度、存在密切联系。研究证明，对于特定粒度的颗粒，存粒可以絮凝。如图 1-2 所示，随着颗粒粒度的增加之增大。这表明，如果两种混合物粒度分布存在差絮凝矿物的选择性。例如，在以质量比例 50:50 混合系中，采用分子质量 100 万的聚丙烯酸絮凝磷灰石品位影响如图 1-3 所示。由图可知，随着粒度的减下降。在磷灰石-白云石体系中，聚丙烯酸被认为是量为 400 万的聚丙烯酸可同时絮凝磷灰石和白云石对两种矿物表现出不同的絮凝行为。在单矿物体系，90%的白云石被絮凝，而只有 35%的磷灰石被石与白云石质量比 80:20），絮凝分离得到回收率 7很好的絮凝选择性。凝分离矿物时，必须考虑颗粒粒度对絮凝的影响子量的絮凝剂，提出有效的分离方案。

絮凝分离,磷灰石,颗粒粒度,二氧化硅

对两种矿物表现出不同的絮凝行为。在单矿物体系时，90%的白云石被絮凝，而只有 35%的磷灰石被絮石与白云石质量比 80:20），絮凝分离得到回收率 7很好的絮凝选择性。絮凝分离矿物时，必须考虑颗粒粒度对絮凝的影响，子量的絮凝剂，提出有效的分离方案。图 1-2 磷灰石粒度对絮凝的影响Figure 1-2 Effect of particle size on flocculation of apatite

【参考文献】