硅酸钠对高灰煤泥浮选影响研究

通过浮选试验、接触角测定和Zeta电位测试等手段,研究了硅酸钠在煤泥浮选中的降灰效果以及对细泥的抑制机理。试验结果表明:在硅酸钠用量为1000g/t时,对细泥的抑制和分散效果最好,精煤中细泥含量最少,精煤灰分降低了1.91个百分点;接触角测定结果显示,浮选中添加了硅酸钠后,浮选精煤的接触角增大,达到108.84°,显著提高了浮选精煤的疏水性;Zeta电位检测结果表明,pH值为中性时,与硅酸钠作用后,低灰煤泥和高灰细泥表面电位分别降低了7mV和16.9mV,增大了两者间的静电斥力,有效减弱了高灰细泥在低灰煤颗粒表面的吸附。     

胶磷矿浮选泡沫稳定性研究

以贵州福泉氟磷灰石、石英、白云石和方解石纯矿物浮选泡沫为研究对象,分析胶磷矿浮选泡沫稳定性,通过泡沫稳定性测试、三相接触角测量和泡沫光学图像观察,研究胶磷矿中四种主要矿物在不同捕收剂浓度、矿物颗粒粒度和质量浓度下的浮选泡沫稳定性,并考察白云石和方解石溶解产生的Ca2+、Mg2+对泡沫稳定性的影响。研究结果表明：氟磷灰石、白云石和方解石分散体系的三相泡沫稳定性均随着十二胺浓度的增大而增加,接触角变化幅度不大。石英颗粒的泡沫稳定性先增加后降低,接触角在十二胺浓度1.5×10-4mol·L-1后大于90°,表现出极强的疏水性;四种矿物颗粒体系的三相泡沫稳定性均随着颗粒粒度的增大而逐渐减小,随着颗粒质量浓度增大而增加。通过泡沫图像发现,矿物颗粒黏附在泡膜表面,液膜变厚,提高了泡沫稳定性;白云石和方解石溶解产生的Ca2+、Mg2+对泡沫稳定性具有促进作用。     

选煤水化学——水化学性质对颗粒间相互作用的影响

煤泥水的水化学性质对颗粒间相互作用有重要的影响。煤泥浮选需要煤颗粒与杂质颗粒在矿浆中充分分散,而煤泥水澄清需要颗粒有效凝聚。为解决浮选环节和澄清环节所需颗粒间分散-凝聚状态相矛盾的问题,以及所需水化学环境相矛盾的问题,以煤与高岭石颗粒为例,通过Zeta电位分布和原子力显微镜测力,从微观层面上研究了水化学性质对颗粒间作用行为的影响。金属离子对颗粒Zeta电位分布的影响研究表明,Ca~(2+)使煤和高岭石颗粒各自的Zeta电位分布变窄,使同种颗粒间发生凝聚;Ca~(2+)浓度由1 mmol/L增大到5 mmol/L时,煤与高岭石混合颗粒的Zeta电位分布由双峰变为单峰,煤与高岭石颗粒发生凝聚。Ca~(2+)可以促进煤与高岭石颗粒间发生同类和异类凝聚,Na~+对颗粒间凝聚行为的影响较小。用原子力显微镜直接测量颗粒间作用力,发现随着Ca~(2+)浓度的增加,煤与高岭石颗粒间的作用斥力和作用范围逐渐减小,颗粒越来越容易发生凝聚,当Ca~(2+)浓度增大到5 mmol/L时,煤和高岭石颗粒间出现引力;而Na~+对颗粒间作用力的影响微弱。不同pH条件下颗粒间作用力的测试结果表明,随着pH值的减小,煤与高岭石之间的作用力由斥力转变为引力。通过原子力显微镜对煤颗粒间作用力的测定,发现煤颗粒间存在较强的疏水引力,同时表明,煤颗粒易发生同类凝聚,煤泥水澄清环节需重点考虑煤与黏土矿物颗粒、黏土矿物与黏土矿物颗粒的凝聚效果。     

3种调整剂对微细粒胶磷矿分散行为的影响

采用沉降抽液法研究了碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠对微细粒胶磷矿分散行为的影响。研究结果表明：相对于碳酸钠，氢氧化钠和硅酸钠对提高微细粒胶磷矿分散效果的作用不明显；在较高的pH条件下，胶磷矿的分散效果较好；在一定程度上提高搅拌速度有利于胶磷矿的分散，但过分提高则无益。     

溶液环境对高岭石分散行为的影响

采用沉降试验研究高岭石在不同pH及钙镁离子浓度下的分散行为,并结合Zeta电位分析及EDLVO理论计算进一步研究了高岭石颗粒间的相互作用。试验结果表明,pH的升高可促进高岭石的分散,而钙镁离子的加入可促进高岭石的凝聚;结合Zeta电位结果可知,pH的升高会降低表面电位,而钙镁离子加入会使表面电位升高。电位绝对值越大,颗粒间排斥力越大,易于分散。碱性条件下钙镁离子在矿物表面形成氢氧化物沉淀,导致高岭石表面的Zeta电位升高,破坏悬浮液的稳定性。EDLVO理论计算结果与沉降试验和Zeta电位试验的结果一致,可以对高岭石的分散行为进行理论解释。     

新型捕收剂AY对胶磷矿与石英表面特性影响研究

使用新型阳离子捕收剂AY对胶磷矿和石英进行了纯矿物浮选试验, 采用粉末接触角、Zeta电位、红外光谱及吸附量测定等方法对捕收剂AY在矿物表面的作用机理进行了研究。结果表明:在弱酸性条件下, 采用硫磷混酸作为胶磷矿抑制剂, AY作为捕收剂可实现胶磷矿和石英的分离。石英表面零电点小于胶磷矿, 捕收剂AY可使石英和胶磷矿表面电性正移, 石英正移幅度大于胶磷矿; 捕收剂AY在石英表面发生物理吸附, 混酸可以抑制捕收剂在胶磷矿表面上的吸附, 捕收剂AY在石英表面吸附量高于在胶磷矿表面上的吸附量。     

金属离子对煤泥浮选细泥罩盖的影响研究

为了研究不同金属离子对煤泥浮选中细泥罩盖的影响，利用浮选试验和Zeta电位分析等手段考察了不同金属离子对浮选的作用，研究结果表明：钠、钙、镁、铝离子都会不同程度地影响细泥存在下的浮选指标，低浓度的钙、镁、铝离子便可以使细泥罩盖更易发生，而且金属阳离子的价数越高影响越显著。提高捕收剂用量可以减少细泥罩盖对浮选精煤产率的影响，但是会增大浮选精煤灰分。钠离子对细泥罩盖的影响最微弱，但是高浓度的钠离子浓度会通过影响气泡大小及矿浆黏度的方式影响浮选指标，具体表现为钠离子浓度越高气泡越小，矿浆黏度越大。金属阳离子可以通过压缩矿物颗粒表面双电层的方式改变矿物Zeta电位，矿物Zeta电位负值随着金属阳离子浓度的增大而降低，高浓度的铝离子还会使矿物颗粒Zeta电位由负值变为正值。     

硅酸钠对细粒萤石和石英的分散作用机理

针对细粒萤石浮选体系中存在的异相凝聚问题,通过沉降试验、光学显微镜镜下观察、Zeta电位测定、DLVO理论计算及相关溶液化学计算研究了硅酸钠对细粒萤石和石英的分散作用及机理。结果表明,在pH值6~12范围内,萤石分散性能随着pH值增加而逐渐降低,石英保持较好分散状态,混合矿异相团聚现象较明显; 添加硅酸钠可通过SiO(OH)₃^-降低萤石和石英表面电位,增强颗粒间静电排斥力,维持石英分散状态,提高萤石和混合矿的分散性能。上述所有分散体系都符合DLVO理论模型。     

分散剂对微细粒白云石分散行为的影响及作用机理

为研究微细粒白云石矿浆体系分散行为，通过纯矿物沉降试验，考察了矿浆pH值、分散剂种类（ZSC、ZSS、ZSP-1、ZSP-2、ZSP-3）及其添加量对白云石分散率的影响并采用Zeta电位、红外光谱分析、润湿接触角测量等手段进行了表征。试验结果表明：不添加分散剂时，pH值对体系分散影响较大，碱性条件下微细粒白云石分散率可达到20%，优于酸性条件（分散率5%）；分散剂对白云石矿物分散能力强弱顺序为ZSP-1>ZSP-2>ZSP-3>ZSS>ZSC。分析表明，不同种类分散剂在微细粒白云石表面主要以物理吸附与化学吸附形式共同作用，分散剂通过改变矿物表面Zeta电位使颗粒间静电斥力增强，以及降低矿物表面接触角，使颗粒表面亲水性增强，从而提高矿物颗粒间距来强化白云石的分散。     

蒙脱石分散体系中用Zeta电位修正静电作用能的计算

针对扩展DLVO理论的静电作用能计算中表面电位难以测定,讨论以Zeta电位代替表面电位进行静电作用能计算的可行性。计算了蒙脱石表面电位,运用扩展的DLVO理论分别用Zeta电位和表面电位计算蒙脱石悬浮液的临界硬度,并通过蒙脱石悬浮液的临界硬度试验进行验证。试验结果表明:(1)悬浮液中蒙脱石颗粒表面与滑动面之间的水和电解质离子起到屏蔽表面电位的作用,表面电位计算的静电势能并不能反映颗粒间的静电作用;用Zeta电位代替表面电位计算颗粒间静电作用能,与实验结果更相符;(2)颗粒间滑动层开始接触时,水化作用能开始增大,电解质离子不仅减小了颗粒间的静电斥力,还减小了滑动层厚度,使水化作用距离缩短,颗粒更容易接近从而发生凝聚;(3)随电解质浓度的增加,蒙脱石颗粒Zeta电位和表面电位的绝对值均表现为减小的趋势,且表面电位的变动幅度要远高于Zeta电位的变动;双电层与滑动层厚度均呈指数减小。     

Fe3+与水玻璃组合抑制剂对萤石和方解石浮选分离的影响

萤石和方解石表面都存在Ca2+的活性位点且两种矿物表面性质相近,导致萤石和方解石的分离难度较大。通过单矿物浮选试验、吸附量测定、Zeta电位测量以及浮选溶液化学计算,并引入Fe3+,将其与水玻璃混合,研究该组合抑制剂对萤石和方解石浮选分离的影响及其机理。浮选试验结果表明,与水玻璃相比,Fe-水玻璃选择性抑制了方解石的浮选,实现了两种矿物的分离。机理测试结果表明,Fe3+与水玻璃在溶液中反应的产物Fe-水玻璃聚合物以及水玻璃的水解组分Si（OH）₄在方解石表面发生较强的吸附作用,阻碍了油酸钠的进一步吸附,从而抑制了方解石的浮选。      

氰化尾渣提金选矿试验研究

针对某含金3.45 g/t的氰化尾渣开展了提金选矿试验研究。结果表明, 以水玻璃为脉石抑制剂和矿浆分散剂, 硫酸为pH调整剂, 硫酸铜和硫酸铵为载金矿物活化剂, 丁钠黄药和25^#黑药为组合捕收剂, 经一粗一扫二精闭路浮选, 可得到金品位15.76 g/t、金回收率60.44%的金精矿。     

闪锌矿氧压氨浸过程动力学研究

在NH₃-(NH₄)₂SO₄体系中, 采用氧压氨浸工艺, 研究了闪锌矿的浸出行为。研究表明, 在浸出温度110 ℃、总氨浓度4 mol/L、NH₃与NH₄⁺浓度比为5∶3、总压0.5 MPa、搅拌速度500 r/min、液固比25、矿物粒度-0.063 mm条件下浸出5 h, 锌浸出率可达97%。采用液固反应的收缩核模型进行模拟, 得到了闪锌矿氧压氨浸的浸出动力学方程式, 其表观活化能为47.26 kJ/mol。     

铝离子对油酸钠浮选石英的影响及作用机理

为了揭示铝离子对油酸钠浮选石英的影响,并探讨影响机理,以0.038～0.074 mm的石英纯矿物为研究对象,进行了油酸钠浮选石英试验,并从Zeta、溶液化学和红外光谱分析角度对影响机理进行了分析。结果表明：①在无Al³⁺活化的情况下,油酸钠对石英没有捕收能力;Al³⁺过量会消耗油酸钠,进而影响对石英的捕收。②在有Al³⁺活化的情况下,油酸钠适宜在偏碱性矿浆中捕收石英,提高油酸钠的用量有利于石英浮选回收率的提高。③在矿浆pH=8,Al³⁺浓度为3×10^-4 mol/L,油酸钠浓度为6.25×10^-4 mol/L情况下,石英的浮选回收率可达93.4%。④未加入Al³⁺时石英在pH=2.0～12.0时表面带负电,因而阴离子捕收剂油酸钠不能使石英上浮;Al³⁺的活化使石英表面的Zeta电位明显上升,大约在pH=3.8～9.2时石英表面的Zeta电位为正值,石英表面吸附的Al³⁺成为石英吸附油酸钠的活性点,从而提高了石英的可浮性。⑤石英浮选回收率较高时溶液中Al³⁺主要赋存状态是Al(OH)_3（S）,铝离子羟基络合物的含量很低,说明Al(OH)₃沉淀是活化石英的主要成分。⑥石英+油酸钠的红外光谱曲线与石英的红外光谱曲线相似,只是吸收峰的强度有所减弱,出现的也仅为Si-O键的特征峰。石英+Al³⁺+油酸钠的红外光谱曲线上新出现了-CH₂-的伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰,以及-CH₃和-C=O-的伸缩振动吸收峰,这些都是油酸根的特征峰,说明油酸根在石英表面发生了吸附。     

油酸钠体系中微细粒胶磷矿的浮选行为

通过单矿物浮选试验考察了油酸钠体系中微细粒胶磷矿的可浮性,并比较了六偏磷酸钠、硅酸钠、焦磷酸钠、淀粉、腐植酸钠这5种抑制剂对微细粒胶磷矿的抑制效果。试验结果表明：油酸钠浮选微细粒胶磷矿的适宜条件应为矿浆温度45 ℃、用NaOH调节矿浆pH=10、油酸钠用量6×10-4 mol/L;5种抑制剂对微细粒胶磷矿抑制能力的强弱排序为腐植酸钠＞六偏磷酸钠＞淀粉＞焦磷酸钠＞硅酸钠。     

利用铜离子改善油酸钠体系下白云母的可浮性

采用组分分布图、ζ电位、SEM-EDS和XPS等手段对白云母浮选试样进行了表征,在此基础上研究了油酸钠体系下Cu2+对白云母浮选行为的影响机理。结果表明:在矿浆pH值为12、油酸钠浓度为9.20×10-4 mol/L的条件下,当Cu2+浓度为1.18×10-4 mol/L时,其活化白云母的效果达到最佳,白云母的回收率可达到55.70%。继续增加Cu2+浓度,其活化效果减弱。Cu2+改善白云母可浮性的主要原因在于:溶液中油酸根离子与吸附在白云母表面的Cu（OH）₄2-作用,形成了疏水的油酸铜。此外,当Cu2+浓度为1.18×10-4 mol/L时,白云母表面的ζ电位达到-4.08 mV,导致白云母表面局部正电区域增加,此时Cu2+可增强油酸根等离子在白云母表面的静电吸附作用,并且Cu2+还可提高白云母表面Al和Si与油酸根等离子的反应几率,因而也会改善白云母的可浮性。Cu2+活化效果减弱的原因在于:过量的Cu2+会逐渐弱化油酸根等离子在白云母表面的静电吸附作用,并且过量的Cu2+会消耗部分捕收剂,也会降低捕收剂与矿物表面作用的概率。      

D201树脂吸附钒(Ⅴ)的行为研究

实验研究了钒(Ⅴ)在D201树脂上的吸附行为, 并从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析。结果表明: D201树脂对钒(Ⅴ)的吸附为吸热过程, 且符合Freundlich和Langmuir等温吸附方程; 测得吸附热力学参数: ΔH=3.88 kJ/mol, ΔS=0.082 J/(mol·K), ΔG=-20.77 kJ/mol; 吸附动力学研究表明, D201树脂吸附钒(Ⅴ)的平衡时间为12 h; 颗粒扩散速率为D201树脂吸附钒(Ⅴ)的主要控制步骤; 测得不同温度下D201树脂吸附钒(Ⅴ)的表观速率常数为: k_298K=2.34×10^-5 s^-1、k_308K=2.40×10^-5 s^-1、k_318K=2.91×10^-5 s^-1; 表观吸附活化能为E_a=8.43 kJ/mol。     

拜耳循环母液镓吸附—萃取富集试验

针对拜耳循环母液回收镓过程中溶液钒、铝、硅等杂质影响后续电解高纯金属镓的纯度和电解效率等问题,采用螯合树脂吸附-酸解吸-磷酸三丁酯（TBP）萃取—反萃取工艺除杂富集镓的试验。结果表明:（1）偕胺肟螯合树脂对氧化铝循环母液中的镓具有良好的选择吸附性能,当吸附时间为60 min、吸附温度为35 ℃、吸附树脂质量4 g时,镓的吸附率达82%;酸对含镓树脂具有良好的解吸效果,1.5 mol/L的盐酸在室温10 min对镓的解吸率达72%,硅和钒基本不解吸;（2）萃取结果表明,体积分数为20%的TBP（煤油为稀释剂）在3 mol/L的盐酸体系下对解吸下来的镓进行萃取,镓的萃取可达到99%以上,铝萃取率基本为零;采用1~4 mol/L的氢氧化钠,反萃取率可达到85%~97.41%,氢氧化钠中镓浓度达5 000~6 400 mg/L,不含铝、硅、钒,实现镓的富集提纯。采用树脂吸附和萃取联合工艺,可获得高浓度含镓溶液,与现有工艺相比提高10倍,且不含钒、铝、硅等杂质,获取等质量Ga（OH）₃时明显减少酸碱用量,降低药剂成本。      

钙离子对铝土矿选择性絮凝的影响及消除的试验研究

采用沉降试验方法, 研究了钙离子对一水硬铝石、高岭石、伊利石和叶腊石单矿物分散性能的影响规律。结果表明, 碱性条件下, 钙离子对矿物的分散性影响较大, 一水硬铝石、高岭石和叶腊石的聚沉十分明显, 原来的分散体状态被破坏。虽然采用碳酸钠和三聚磷酸钠均可消除体系中的钙离子, 但单矿物和实际矿石试验结果均表明, 三聚磷酸钠是硬水体系下的良好调整剂, 在消除了钙离子影响的同时, 可得到与软水条件下相同的分离效果和指标。在碱性条件下, 一羟基钙络合物和氢氧化钙沉淀在矿物表面的吸附造成了矿物颗粒间的凝聚。碳酸钠主要与钙离子反应生成碳酸钙沉淀, 而三聚磷酸钠则与钙离子形成稳定的环状内络物(螯合物), 从而消除了钙离子的聚沉作用。