氧化锌矿矿浆中离子存在行为及吸附机理研究

发布时间：2017-04-26 00:01

  本文关键词：氧化锌矿矿浆中离子存在行为及吸附机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锌矿是我国重要的战略性有色金属资源,氧化锌矿是主要的锌矿石之一。我国氧化锌矿资源丰富,但大量的氧化矿因其品位低、性质极其复杂,一直得不到有效地处理和利用,长期堆存或废弃,不仅浪费资源,而且占据土地、污染环境。近年来,随着资源的不断开发,易处理的硫化锌矿资源越来越少,低品位难处理氧化锌矿的选矿已成为学科研究的难点和热点。在氧化矿石选别时,浮选矿浆溶液中会出现多种难免离子,这些离子与矿物表面作用后会改变矿物表面物理化学特性,从而影响浮选行为,这一点已被业界广泛认识。但是,大家对这些难免离子的来源、最终走向、在矿物表面的吸附机理以及对矿物表面性质的影响还不是很清楚,体系建立不完善,科学性不强,对氧化锌矿浮选基础理论的研究涉及很少。为此,论文以兰坪氧化锌矿矿石为研究对象,以原矿工艺矿物学研究为基础,利用现代分析检测技术手段,深入研究浮选矿浆体系中离子的存在行为,包括研究离子的来源、存在的种类、数量、形式和走向；计算各矿物在溶液中的溶解度以及对溶液中各离子浓度的贡献大小；并利用表面络合理论探讨离子与矿物表面配位模式和作用机理；研究混合离子溶液及Pb2+、Zn2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+五种单金属离子对矿物可浮性、表面电性、硫化作用的影响等。对丰富氧化锌矿浮选理论有重要的意义。原矿磨矿矿浆溶液离子检测试验表明,溶液中存在大量的离子,以K+、Na、 Al3+、Pb2+、Zn2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、SO42-为主。溶液离子的来源大部分为组成矿物的本身离子,溶解初始阶段的主要来源为矿石中的易溶性矿物,随着时间的推移,部分离子来源于难溶矿物的溶解。溶解产生的离子大部分会被矿物重新吸附,剩余部分以沉淀物和离子形式存在。被吸附离子在各矿物表面的分配比例与该矿物在原矿中所占比例相当。该氧化锌矿中石英、方解石、高岭石是主要的吸附矿物,其次为绢云母和菱锌矿。从矿物吸附离子的能力来看,高岭石和绢云母的吸附能力最强,其次为方解石,同时,矿物对自身组成元素离子的吸附能力普遍较弱。XPS分析表明,矿物对离子有吸附作用,这种吸附使得矿物表面元素组成和含量都发生变化,同时引起矿物表面化学环境的改变。金属离子在碳酸盐矿物表面的吸附主要是与碳酸根发生化学作用,方解石表面还存在着金属离子与钙离子的交换反应。金属离子在石英和异极矿表面的吸附主要是离子与矿物表面羟基的络合反应。量子化学计算表明,方解石和菱锌矿中Ca-O键和Zn-O键离子性较强,C-O键共价键较强,表面存在=CO3-、=Ca+、=Zn+、=CO3H、=ZnOH和=CaOH表面位；石英和异极矿中Si-O键偏共价键,Zn-O键偏离子键,只有含羟基化的表面位=SOH。表面络合理论研究表明,方解石表面的吸附形式为离子交换与表面配位并存,异极矿、石英和方解石以表面配位吸附形式为主,并根据吸附数据分析得到离子与矿物的作用形式和吸附形态。同时,研究还得到四种矿物对离子的吸附极易受到溶液pH值的影响,pH达到一定值后部分离子在矿物表面会出现解吸现象。在以十八伯胺作为捕收剂时,混合离子对矿物的可浮性有很强的抑制作用,且对目的矿物的抑制作用较脉石矿物强。五种单金属离子对菱锌矿均产生抑制作用；Ca2+、Mg2+低浓度时能够活化异极矿,高浓度时异极矿受到抑制,Fe3+会抑制异极矿的上浮,Pb2+对异极矿具有一定的活化作用,Zn2+对异极矿的浮选作用不明显；低浓度的Pb2+、Fe3+、Ca2+对石英有活化作用,高浓度时会抑制石英的上浮,Mg2+、Zn2+对石英具有显著的抑制作用；低浓度的镁离子会活化方解石,浓度较高时方解石受到显著的抑制作用,Fe3+对方解石具有显著的抑制作用,Zn2+、Pb2+对方解石有活化作用,Ca2+对方解石浮选影响很小。矿物与混合离子作用后,菱锌矿表面电位变低,其它三种矿物的表面电位均有所增加。除方解石外,单金属离子随着离子浓度的增加,都会造成矿物表面电位升高。除钙离子外,其它金属离子对应氢氧化物沉淀在矿物表面的生成,会造成矿物表面出现三个零电点pH值点。与混合离子作用后,各矿物对硫离子的吸附能力都有增加,尤其是石英和方解石,菱锌矿和异极矿增加量相对较小。Ca2+、Mg2+对菱锌矿和异极矿吸附硫离子略有减少,对方解石和石英略有增加；Pb2+、Zn2+、Fe3+都能够增加四种矿物对硫离子的吸附量,进而造成目的矿物和脉石矿物的表面性质差异性降低,增加浮选分离难度；钙、镁离子的这种作用效果不明显。论文的研究结果初步建立了氧化锌矿浮选矿浆溶液离子存在行为体系,发展和完善了氧化锌矿浮选理论,对深刻理解矿浆离子在浮选中的行为有十分重要的理论意义和应用价值。
【关键词】：氧化锌矿 矿浆溶液离子 吸附 表面络合理论
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD952
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 文献综述15-33
• 1.1 锌资源概述15-18
• 1.1.1 锌的用途15
• 1.1.2 世界锌的资源分布15-16
• 1.1.3 我国锌资源概况16-17
• 1.1.4 主要氧化锌矿物及性质17-18
• 1.2 氧化锌矿选矿研究现状18-23
• 1.2.1 氧化锌矿浮选工艺研究18-20
• 1.2.2 氧化锌矿浮选药剂和理论研究现状20-23
• 1.3 矿浆溶液离子对浮选的影响研究现状23-25
• 1.4 固-液界面的电荷及表面配位模型25-31
• 1.4.1 固-液界面吸附研究现状25-28
• 1.4.2 表面官能团28-30
• 1.4.3 固-液界面电荷30
• 1.4.4 离子交换反应30
• 1.4.5 吸附与沉淀30-31
• 1.4.6 影响固-液界面吸附行为的因素31
• 1.5 课题研究内容及意义31-33
• 第二章 试验原料及方法33-39
• 2.1 试验原料与设备33-37
• 2.1.1 实际矿石33-34
• 2.1.2 纯矿物制备34-35
• 2.1.3 试验药剂35-36
• 2.1.4 试验设备36-37
• 2.2 分析仪器与方法37-39
• 2.2.1 Zeta电位测定37
• 2.2.2 XPS能谱测定37
• 2.2.3 物料比表面积测定37
• 2.2.4 X射线衍射分析37
• 2.2.5 扫描电镜分析37-38
• 2.2.6 ICP-AES/MS及IC分析38
• 2.2.7 量子化学计算38
• 2.2.8 离子化学形态分析38-39
• 第三章 矿浆中离子来源和走向研究39-53
• 3.1 原矿矿浆主要离子种类测定39-40
• 3.2 矿浆离子来源及影响离子浓度因素研究40-42
• 3.3 纯矿物溶解度测定42-45
• 3.4 溶液中离子的走向分配研究45-48
• 3.5 离子在溶液中的化学形态分析48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 离子与矿物表面作用机理研究53-101
• 4.1 矿物电子结构计算53-57
• 4.1.1 方解石和菱锌矿电子结构53-55
• 4.1.2 石英和异极矿电子结构55-57
• 4.2 矿物吸附离子前后表面形貌分析57-60
• 4.3 矿物吸附离子前后X射线衍射分析60-63
• 4.4 离子吸附前后矿物表面XPS分析63-76
• 4.4.1 方解石表面XPS分析63-67
• 4.4.2 石英表面XPS分析67-70
• 4.4.3 异极矿表面XPS分析70-73
• 4.4.4 菱锌矿表面XPS分析73-76
• 4.5 离子在矿物表面反应模式和吸附机理76-95
• 4.5.1 方解石表面离子作用机理分析78-83
• 4.5.2 菱锌矿表面离子作用机理分析83-87
• 4.5.3 石英表面离子作用机理分析87-92
• 4.5.4 异极矿表面离子作用机理分析92-95
• 4.6 PH对矿物吸附离子的影响95-98
• 4.7 本章小结98-101
• 第五章 离子对矿物可浮性影响研究101-111
• 5.1 混合溶液离子对矿物可浮性的影响102
• 5.2 单金属离子对菱锌矿可浮性影响研究102-104
• 5.3 单金属离子对异极矿可浮性影响研究104-106
• 5.4 单金属离子对石英可浮性影响研究106-107
• 5.5 单金属离子对方解石可浮性影响研究107-109
• 5.6 本章小结109-111
• 第六章 离子对矿物表面电位影响研究111-124
• 6.1 混合溶液离子对矿物表面电位影响研究111-112
• 6.2 单金属离子对菱锌矿表面电位影响研究112-115
• 6.3 单金属离子对方解石表面电位影响研究115-118
• 6.4 单金属离子对异极矿表面电位影响研究118-120
• 6.5 单金属离子对石英表面电位影响研究120-123
• 6.6 本章小结123-124
• 第七章 离子对矿物吸附S~(2-)的影响研究124-129
• 7.1 混合溶液离子对矿物吸附S~(2-)的影响124-125
• 7.2 单金属离子对矿物吸附S~(2-)的影响125-127
• 7.2.1 单金属离子对菱锌矿吸附S~(2-)的影响125
• 7.2.2 单金属离子对方解石吸附S~(2-)影响125-127
• 7.2.3 单金属离子对异极矿吸附S~(2-)的影响127
• 7.2.4 单金属离子对石英吸附S~(2-)的影响127
• 7.3 本章小结127-129
• 第八章 主要结论及创新点129-132
• 8.1 论文主要结论129-131
• 8.2 论文主要创新点131-132
• 致谢132-133
• 参考文献133-143
• 附录A 攻读博士期间发表论文及专利143-145
• 附录B 攻读博士期间参与的项目145-146
• 附录C 攻读博士期间获得的奖励与荣誉146

【参考文献】

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本文编号：327311