能带理论在铜冶炼渣浮选中的应用及展望

阐述了铜冶炼渣区别于铜原矿的特殊性质及当前铜渣浮选的问题,重点介绍了 固体物理学中的能带理 论体系为解决铜渣浮选问题提供的新思路。 介绍了半导体的能带结构及检测手段; 并由铜渣中常见 4 种硫化铜矿物 黄铜矿、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿的能带结构分析其电化学性质,由他们的电子态密度 预测其浮选行为,发现辉铜矿中的 铜原子具有最高的反应活性。 通过捕收剂和各种矿物的静电位与费米能级推断它们 相互作用后的产物,利用 NPA 电 荷等分析证明了产物黄原酸盐反应活性优于双黄药,符合红外光谱等试验的结果。 能带理论体系下的电子态密度、 禁带宽度、费米能级、电荷布居数等体相性质参数能有效解释矿物的可浮性,以此可 额外作为药剂与矿物作用效果的 有力判据,从而使传统矿物基因数据库更为完备。 离子型捕收剂的前线分子轨道与 矿物的边缘能级之间有着密切的 电子转移,根据前线轨道的形状与能量值比较同类药剂间捕收能力的大小;利用密度 泛函法分析药剂对铁和铜的选 择性差异的机理,以此筛选出高选择性与高捕收能力的基团,设计并优化新型捕收剂 的构型。 讨论了能带理论应用 于铜渣浮选研究中的后续方向,致力于将更精确的能带检测方法与更高效的软件计算 模拟相结合。     

用改变表面层能级改善电选和浮选

本文研究了改变表面能级技术的改进,和用其改善矿物的电选和浮选有关问题,对与矿物表面能级的确定和测量有关的困难问题进行了探讨,并对目前研究工作中所采用的试验技术也做了说明和讨论。特别值得指出的是,针对选矿的专门问题,预先判断用物理或物理-化学处理方法极容易地达到预期效果的可能性。提供了对不同矿物系统的测量数据。介绍了用干式或湿式物理或物理化学方法来改变表面能的结构,使其在摩擦电选和浮选方面的某些情况下,可能获得更佳选别指标。改变表面能结构,可以看成为药剂在矿物表面的吸附作准备的一般过程。浮选中活化、抑制和通常的调整是改变表面能的专门技术。浮选前,将矿物颗粒应用物理作用如:X-射线和其他射线、离子轰击、热处理、控制矿物磨矿过程条件和摩擦充电所取得结果,已得到特别重视。所有结果均表明,借助改变表面能结构的技术能改进选矿指标,并在选矿方面具有发展前途。     

萤石浮选中捕收剂的吸附机理

测定了在不同pH下不同盐和捕收剂存在时萤石和方解石的Zeta电位和红外光谱。研究结果表明，萤石的零电点为pH3．6。CaCl2降低了萤石和方解石的Zeta电位，而增大了它们的零电点值。NaCl对萤石和方解石的零电点和Zeta电位影响不大。在碱性介质中，Na2Si03和Na2CO3增大了萤石和方解石表面负电荷。红外光谱测定表明，阴离子捕收剂(如油酸和油酸钠)以化学吸附方式吸附在萤石和方解石表面上。磺酸盐特效吸附在矿物表面上，阳离子捕收剂以物理吸附方式吸附在矿物表面上。油酸和油酸钠在不同pH值下以不同吸附量吸附在萤石和方解石表面上。     

铁矿胺浮选中矿物表面电性的影响

许多学者对胺类捕收剂与氧化物及硅酸盐矿物的作用机理曾进行大量研究,认为胺在这类矿物表面上的吸附属于物理吸附。美国学者D.W.Fuerstenau针对这种吸附作用于1956年提出了著名的浮选静电理论。由于物理作用而吸附在矿物表面的浮选捕收剂必须在矿物表面双电层中起配衡离子的作用。还表明,只有在介质pH值低于矿物表面零电点(PZC)时(此时矿物表面荷正电),阴     

钛铁矿摩擦静电分选研究

为探究摩擦电选分选钛铁矿的可行性,对比了钛铁矿及长石、石英、云母等脉石矿物与不同材质进行摩擦后的荷电特性。结果表明,以PVC作为摩擦介质时,钛铁矿与脉石矿物荷电的极性相反,且钛铁矿荷电量最高,荷质比可达4 nC/g。在此基础上对不同粒级矿物颗粒进行了荷电效果比较,确定物料的最佳分选粒级为0.074~0.125mm。采用实验室锯齿形摩擦电选系统对粒度为0.074~0.125 mm的钛铁矿与长石、石英、云母脉石矿物组成的混合物料进行摩擦电选试验,考察分选电压、给料速度和风量对分选结果的影响。结果表明,物料的分选效率随着分选电压、给料速度和风量的增大均呈先增大后减小的趋势,在分选电压为20 kV、给料速度为4.7 g/s、风量为80 m3/h时,钛铁矿分选指标最佳。     

两性捕收剂在硅石和赤铁矿表面上的吸附机理

硅石是铁矿石中的主要脉石矿物.经常应用不同的表面活性剂从铁矿石中浮选出硅石.在本研究中应用两性捕收剂浮选硅石.研究了这种捕收剂在硅石和赤铁矿纯矿物表面上的吸附.试验结果表明,捕收剂在矿物表面上的吸附主要决定于溶液的pH.在酸性pH范围内捕收剂优先在矿物表面上吸附.捕收剂与矿物表面作用机理带有静电作用性质.Zeta电位测定结果表明,当矿物表面和捕收剂带有相反电荷时,通过它们之间的静电作用,捕收剂吸附在矿物表面上.     

在长石与石英分离中阳离子捕收剂与阴离子捕收剂混合物在矿物表面上的吸附和浮选的选择性

对钠长石和石英纯矿物，用哈里蒙德浮选管、Zeta电位测定和漫射FTIR光谱评价了阳离子捕收剂与阴离子捕收剂混合物从石英中浮选分离钠长石的效果。用分批浮选试验研究了从希腊长石矿石中浮选分离钠长石的浮选药剂制度。单矿物浮选试验结果表明，在PH2时，用阳离子捕收剂二胺与阴离子捕收剂磺酸盐混合物或二胺—二油酸盐作捕收剂可以从石英中优先浮选钠长石。与在pH2时钠长石具有选择性可浮性形成鲜明对照的是，pH2时钠长石荷少量负电荷，石英的零电点位于该pH附近，Zeta电位测定和FTIR研究结果表明，混合捕收剂在两种矿物上的吸附行为类似。红外光谱不仅证明阴离子捕收剂磺酸盐或油酸盐与二胺一起在矿物表面上共吸附，而且证明，阴离子捕收剂的存在提高了二胺的吸附量。阴离子捕收剂闯入相邻表面烷基氨基离子之间降低了头—头静电斥力，由于疏水尾—尾缔合增强，而使二胺吸附量增大。pH2时矿物的可浮性与捕收剂吸附结果矛盾是由于在这两个试验中分别用粗粒矿物和细粒矿物进行试验引起的。可用除静电作用外，捕收剂中的氨离子通过氢键与矿物表面上的硅醇基团作用来解释，在pH2时捕收剂在细粒钠长石和石英颗粒上的吸附量相近。分批浮选试验结果表明，只在浮选给矿脱泥后，才可优先浮选钠长石。从含6．5％Na2O的给矿中浮选获得了含10％Na20的钠长石精矿，Na20含量高于9％的钠长石产后是有价值的。     

表面改性强化微粉煤摩擦荷电试验研究

为探索表面改性对微粉煤摩擦荷电特征的影响,对微粉煤表面进行改性处理,分析不同改性条件对微粉煤中主要矿物成分及各密度级微粉煤的介电常数和荷质比的影响。试验结果表明:表面改性对试验样品的摩擦荷电特征产生了比较明显的影响,用煤油做表面改性剂,当改性剂用量为9 000 g/t、改性时间为10 s时,微粉煤中净煤与黄铁矿,高岭土、石英的荷质比差异以及各密度级微粉煤的荷质比差异都比较显著,这种差异有利于在微粉煤摩擦电选过程中脱除含灰分和硫分较多的高密度级微粉煤,提高摩擦电选的脱硫降灰效果。     

水溶液中油酸盐在萤石表面吸附的研究

用吸附量测定、动电位测定及漫反射傅里叶变换红外光谱投术(FT-IR)研究了油酸盐与天然萤石和人工合成氟化钙的作用机理。在pH10时,天然萤石表面呈负电性,而人工合成矿物具有正的Z电位。表面电性质的差别使两类矿物在油酸单分子层吸附时,油酸的吸附机理不同。研究表明:矿物表面荷负电时,油酸与钠及钙的抗衡离子形成一元配合物,而在荷正电矿物表面为化学吸附。当油酸浓度高时,在萤石表面生成油酸钙之前,油酸将形成双层吸附。然而在固液比高时,油酸吸附的极限为两层,达到饱和吸附的原因是第二层吸附取决于矿物表面上的钙及钠离子量。     

氟化钠在铝硅酸锌矿石物浮选新工艺试验研究

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。     

辉钼矿与捕收剂K64的作用机理研究

针对辉钼矿与捕收剂K64的作用机理进行研究,以Mo S2含量为96%的纯矿物作为捕收剂K64的作用对象。使用紫外光谱仪进行测试研究,得到不同浓度捕收K64的吸光度,从而获得其标准曲线y=0.654x+0.0226其中R2=0.99694。在此基础上进行了捕收剂K64与辉钼矿表面吸附等温线模型的研究,分别研究了Langmuir、Freundlich、Temkin三种吸附等温线模型,获得捕收剂K64与辉钼矿矿物颗粒之间的吸附作用可以按照Freundlich吸附等温线模型来进行解释的结论。并对三种不同浓度的捕收剂K64与辉钼矿矿物颗粒表面的吸附动力学进行了计算,分别计算了一级吸附动力学、二级吸附动力学、颗粒内扩散动力学,获得二级动力学模型比一级动力学模型和颗粒内扩散动力学模型更加能准确说明K64与辉钼矿矿物颗粒之间的吸附行为。     

矿物表面上阴离子捕收剂吸附层的形成和疏水化机理的理论分析

矿物表面的水化程度最小、捕收剂在矿物表面上化学吸附量最大、捕收剂分子及捕收剂离子对的物理吸附最佳化均在矿物表面零电点附近实现.该零电点值可由对矿物/水密闭体系平衡状态化学计算结果确定.当pH偏离这个最佳值时,矿物表面极化,捕收剂各种组分的吸附量降低,矿物可浮性变坏.矿粒表面疏水化的主要机理是捕收剂的化学吸附.化学吸附通过补偿极性键来提高矿粒向气泡上附着的几率.捕收剂的分子和捕收剂的离子对的物理吸附以液滴状态缩合在疏水的矿物表面上,它实际上不影响矿物表面的疏水性,而起到了在浮选紊流条件下使矿粒固着和保持在气泡上.借助范德华力和捕收剂疏水缔合力,保持在矿物粒上的具松散孔隙结构的价饱和的捕收剂化合物(金属黄原酸盐和油酸盐)的形成不会提高矿物表面的疏水性,但是可以阻止矿物因被疏水矿泥抑制机理而浮选.引起矿物表面疏水和决定矿物浮选所需捕收剂最小浓度随pH变化的规律性的主要反应是捕收剂化学吸附层中竞争矿物电位离子的竞争反应.此时可保证在疏水表面上形成物理吸附的液滴状的捕收剂分子和捕收剂离子对.     

捕收剂K64与辉钼矿吸附等温模型及吸附动力学研究

针对辉钼矿与捕收剂K64的作用机理进行研究,以Mo S2含量为96%的纯矿物作为捕收剂K64的作用对象。使用紫外光谱仪进行测试研究,得到不同浓度捕收K64的吸光度,从而获得其标准曲线y=0.654x+0.0226其中R2=0.99694。在此基础上进行了捕收剂K64与辉钼矿表面吸附等温线模型的研究,分别研究了Langmuir、Freundlich、Temkin三种吸附等温线模型,获得捕收剂K64与辉钼矿矿物颗粒之间的吸附作用可以按照Freundlich吸附等温线模型来进行解释的结论。并对三种不同浓度的捕收剂K64与辉钼矿矿物颗粒表面的吸附动力学进行了计算,分别计算了一级吸附动力学、二级吸附动力学、颗粒内扩散动力学,获得二级动力学模型比一级动力学模型和颗粒内扩散动力学模型更加能准确说明K64与辉钼矿矿物颗粒之间的吸附行为。     

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。     

新型捕收剂浮选锂辉石的作用机理研究

通过浮选试验、表面张力测试、Zeta电位以及红外光谱分析,考察了油酸钠(NaOL)、脂肪酸甲酯磺酸钠(MES)两种捕收剂及其组合对锂辉石的浮选性能及作用机理。结果表明:单一捕收剂在一定浓度下都能较好的浮选锂辉石,其中MES的捕收性能强于NaOL,组合捕收剂浮选效果明显优于单一捕收剂。捕收剂用量为200 mg/L,NaOL∶MES=5∶1摩尔比组合的浮选效果相对最佳。红外光谱研究表明NaOL在锂辉石表面是以化学吸附为主,MES则是以物理吸附为主,两种捕收剂组合后并没有生成新物质,而是由于锂辉石矿物表面为非均质体,同时不同活性质点间的差异使其具有选择性地吸附在不同位置的矿物表面。     

从多种铝硅酸盐矿物中选择性浮选锂辉石的表面晶体化学研究

常规工业浮选实践中以油酸盐为捕收剂，从白云母、长石、石英等伟晶岩铝硅酸盐矿物中选择性浮选分离锂辉石时，锂辉石表面晶体化学特性是产生选择性分离的决定性因素。晶体学研究认为，锂辉石{110}解理面上的Al晶格质点是油酸盐选择性化学吸附的最佳质点，而其他伟晶岩铝硅酸盐矿物的Al则位于晶胞内部，导致油酸盐不能对其吸附。由于晶面的不同，任何一种矿物特定表面上都含有许多不同的表而原子晶格质点，并且这些表面原子带有不同的断裂化学键。矿物存在的不同类型的晶格缺陷，或者本身固有的各向异性的晶体结构，都会导致矿物表面的不均一性。要正确理解矿物-捕收剂体系中的矿物表面电性、润湿性、捕收剂的吸附等一系列矿物表面化学性质，必须考虑到矿物特定的表面原子晶格质点。本文研究了油酸盐-锂辉石浮选体系的各种表面化学性质，内容包括：油酸盐捕收剂溶液化学、锂辉石-水体系溶液化学以及酸碱处理对锂辉石各种表面化学性质的影响。研究方法包括：X射线光电子能谱、电泳、油酸盐吸附研究、红外光谱、接触角测量和哈里蒙德管浮选试验等。研究结果表明，当pH8时，从其它铝硅酸盐矿物中浮选锂辉石可获得最佳的分离效果，此时锂辉石表面荷负电，油酸盐阴离子捕收剂与矿物表面Al晶格质点发生化学吸附。     

关于硅酸盐和氧化矿物浮选中捕收剂与调整剂相互作用的机理

复杂的硅酸盐和氧化物矿物可浮性研究指出,没有调整剂和捕收剂的共同作用,就不可能取得成功的结果。阴离子和阳离子捕收剂在这些矿物上吸附的差异性以及固着强度的不同,可能选择性解吸捕收剂并能通过多段浮选获取单一矿物的精矿。矿物表面用酸进行预先处理能改变某些矿物的性质,从而使浮选中的选择性有所提高。除了浮选试验以外,还测定了电动电位,研究了吸附、解吸和吸收光谱。试验结果使如铌铁矿、锆英石、石榴子石、钠长石和黄绿石、钛铁金红石及其它矿物的难选复杂矿石的分离得到实现。     

十二胺盐酸盐在长石石英表面的吸附机理及pH值对吸附的影响

胺类捕收剂的吸附主要是静电作用,矿物表面的水解和药剂的解离都由介质pH值所决定。本文通过ξ-电位测定、吸附量测定、红外光谱分析等手段,研究了十二胺在长石、石英表面的吸附情况及pH值对吸附的影响。研究表明,分子离子二聚物的形成大大提高了药剂在矿物表面的吸附量。在可能的条件下,应使矿浆保持在分子离子二聚物浓度较高的pH范围内,改善捕收剂的捕收能力。对零电点相近的长石和石英来说,采用静电吸附的胺类捕收剂时,浮选没有选择性。     

30μm以下细粒物料的静电分选

许多矿物都可用静电分选。因为电选时电力与颗粒面积成正比，在空气中的拖曳力比在水中的要小得多，故可以预料，特别在细粒方面电选具有广阔的前景。所以电选可处理如炉尘，煤灰那样的废料或渣料。研究表明，很细矿物混合物（如石英／石灰石）在粉尘给料器中摩擦荷电后，在强电场中可以分离。     

十二胺捕收剂在三种不同矿物表面吸附的分子动力学模拟

采用Materials Studio中的Forcite模块,对水分子和十二胺捕收剂分子在锂云母、长石和石英三种不同矿物表面的吸附过程进行了分子动力学模拟研究,分析了吸附前后水分子在三种矿物表面的浓度分布。结果表明,三种矿物均具有类似的亲水特性,水分子在三种不同矿物表面吸附没有选择性。相反,比较了十二胺捕收剂在锂云母、长石和石英三种不同矿物表面的吸附情况,结果表明十二胺捕收剂能够选择性吸附在锂云母表面,从而改变其表面亲水性,达到与长石、石英分离的目的,阐明了十二胺捕收剂的吸附对于锂云母表面的亲水性改变极为有效。从理论上通过模拟接触角的变化,验证了烷基胺捕收剂浮选锂云母的这一过程。