矿物表面零电点的计算方法与浮选应用

矿物表面零电点值是研究离子型药剂双电层吸附及控制浮选行为的基础数据。本文系统讨论矿物表面零电点计算的图解法、静电模型方法及其在浮选研究中的应用。图解法中包括最低溶解度法和等当点法。静电模型包括Parks方程和YSD方程。通过对大量氧化矿物及盐类矿物的计算,所得结论为:等当点法计算结果比较准确,适用于氧化物矿物及大多数盐类矿物,等当点EP(1,1)与矿物表面零电点一般有对应关系;最低溶解度法可用于确定简单氧化矿物的零电点,矿物最低溶解度的pH值对应于氧化矿物的零电点;静电模型方法则主要适用于氧化矿物零电点的计算,已知金属离子的半径、价态、配位数及有关结构参数,可用Parks方程或YSD方程计算相应离子组成的氧化物矿的PZC。     

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     

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。     

氧化物表面电位、电荷及离子迁移率的研究

本文研究了二氧化硅、氧化铝和金红石的表面电荷,电动电位和表面电导系数与1—1型电解质溶液浓度和pH的函数关系。根据斯特恩(Stern)方程式从等电点及零电点计算了定位离子和特性吸附离子的吸附位,并进行了热力学说明。从表面电导系数和电荷数据估算了双电层中离子的平均迁移率。这些结果给出了关于氧化物-电解质界面的实际结构和凝胶体层概念的一些知识。     

高低温环境下煤对瓦斯的吸附平衡及热力学研究

在高低温环境下测定了3种变质程度煤的瓦斯吸附等温线,并通过Sips模型进行拟合,同时对瓦斯吸附的焓变、吸附自由能和熵变等热力学参数进行计算分析,研究结果表明:随环境温度降低,煤表面吸附均一性的γ值线性减小,即吸附不均一性增强;吸附焓变(ΔH)为负值,表明吸附是放热的,且焓变随着温度降低线性减小;不同变质程度煤的焓变—温度线交于温度为0℃(273.15 K)的点;吸附自由能(ΔG)为负值,表明甲烷在煤上的吸附过程为自发过程;随环境温度降低,熵变(ΔS)越大,吸附过程越容易进行,瓦斯吸附量也越大。     

氧化矿表面电荷模型与浮选效应

可以认为在水溶液中氧化矿物表面是由正电区(MOH_2~+),中性区(MOH)和负电区(MO~-)组成的。根据质量作用定律、利用溶液中氢离子浓度和氧化矿零电点导出了这些电荷区的分布方程式。使用磺酸盐类和胺类捕收剂(物理吸附的)以及使用油酸盐捕收剂(化学吸附的)进行了金红石浮选试验。找出了浮选效应(Flotation response)与电荷区分布模型的对应关系。对于已发表的氧化铁矿浮选资料,也找出了类似的关系。     

钛铁矿与捕收剂SYB~(2#)的作用机理探究

本试验以攀枝花的选铁尾矿作为试验原矿,采用SYB~(2#)(一种羟肟酸类药剂)为捕收剂进行浮选试验。结果表明,在SYB~(2#)用量为733.33 mg/L,pH为5.0(H2SO4和NaOH为调整剂)的条件下,钛铁矿回收率达到最大值81.9%。通过SEM-EDS、XPS和Zeta电位分析等测试手段探究了捕收剂SYB~(2#)与钛铁矿之间的作用机理。EDS能谱元素半定量分析结果表明,O原子浓度由47.83%上升到56.77%,C原子浓度由27.60%下降到20.93%,说明SYB~(2#)在矿物表面产生了吸附作用;由XPS分析发现,O、Ti和Fe的化学位移分别为0.26e V、0.14eV和0.18eV,说明SYB~(2#)与这些元素均发生了作用;Zeta电位分析表明,矿浆pH值高于零电点时,羟肟酸根离子仍可吸附在矿物表面,同时钛铁矿回收率在零电点附近达到最大值(此时矿物表面因吸附Fe(OH)~+、Fe(OH)_3~-、Ti(OH)_4等离子而不显电性),说明SYB~(2#)与钛铁矿之间的作用应为化学吸附。结合相关研究及本文XPS分析,在以H_2SO_4作调整剂的情况下,可能还存在SO_4~(2-),HSO_4~-对矿物的特殊吸附。     

酸性条件下十二胺体系中Fe~(3+)对白云母可浮性的影响

通过单矿物试验、溶液化学计算、动电位测试、红外光谱分析以及XPS分析,研究了在酸性条件下十二胺体系中Fe~(3+)对白云母的抑制作用机理。结果表明,浓度为3×10-3mol/L的Fe~(3+)可使白云母的零电点从1.6增加到2.4。在pH=4时,随着Fe~(3+)浓度的增大,白云母动电位正向移动。十二胺在白云母表面的吸附状态为物理吸附。Fe~(3+)在白云母表面产生静电吸附,并以Fe(OH)_3沉淀的形式罩盖在白云母表面并减少白云母表面暴露的Si原子数目,导致十二胺在白云母表面的吸附量减小从而抑制白云母的浮选行为。当Fe~(3+)的浓度为1×10-3mol/L时,可使白云母的回收率降低12%。     

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。     

黏弹性表面活性剂在煤粉上的吸附性能研究

采用紫外分光光度计研究了季铵盐型黏弹性表面活性剂VES-2-16和VES-4-16在沁水盆地煤粉上的吸附规律,并计算了该类表面活性剂在煤粉上的吸附焓。结果表明:季铵盐型黏弹性表面活性剂在煤粉上的吸附曲线符合Langmuir吸附规律;不管是在较高温度还是在较低温度下都基本能达到吸附平衡,此后吸附量的增加趋于平缓;两者在煤粉上的吸附焓变是负值说明吸附是放热的,温度升高不利于吸附的进行。     

氧化物浮选机理的几个问题

吸取近年来胶体表面化学和选矿学的一些研究成果对于改善氧化物浮选是有意义的。本文叙述了氧化物中杂质和水解等因素对等电点的影响。氧化物表面吸附适于不均匀吸附模型。氧化铝表面吸附的实验和模型表明,捕收剂烃链在形成半胶团过程中每摩尔CH_2基团的自由能降低比形成胶团更大。捕收剂会发生双层吸附,影响可浮性。阳离子吸附于氧化物表面有三种机理,其中络合反应吸附机理受到注目。改进氧化物浮选有五种常用的混合用药方式。     

流动电位法的ζ电位测定及矿物零电点确定

矿物表面的电性质,是影响浮选过程的重要因素,特别是一些氧化物其表面电性对浮选有着极为重要的作用。本试验研究,采用流动电位法测定矿物的ζ电位,该法具有精确度高,数据重复性好等优点。在测定ζ电位的基础上,确定了矿物表面重要参数零电点,据此可选用以静电吸引为基础的捕收剂。     

褐铁矿浮选的有效捕收剂及其机理研究

研究了油酸钠、731、苯甲羟肟酸、C_7~9羟肟酸等几种代表性捕收剂对褐铁矿、萤石、高岭土、石英等纯矿物的浮选。结果表明: 油酸钠是褐铁矿的良好捕收剂, 当油酸钠用量为3×10^-4 mol/L, pH值为6.5～10.5时, 褐铁矿可浮性最好。机理研究表明: 在试验pH值范围内, 油酸钠在褐铁矿表面产生了显著的吸附, 表面零电点由pH=8.0左右漂移至pH=3.0左右。在pH=2.0～4.0的范围内, 油酸根在褐铁矿表面发生静电吸附, 油酸分子在褐铁矿表面以氢键作用为主; 当pH=4.0～10.5时, 油酸根与褐铁矿表面铁质点间以化学作用为主, 红外光谱分析显示其作用产物为油酸铁。     

黑钨矿絮凝重选的机理探讨

混合絮凝剂与苯乙烯膦酸或苄基胂酸联合使用,Mn~(2 )作为活化剂能提高黑钨矿的絮凝能力。在黑钨矿的“近零电点区域”能获得最佳絮凝效果。通过矿物动电电位、红外光谱以及原子吸收光谱的测定和溶液化学计算,结果表明,絮凝剂在黑钨矿表面上以化学吸附为主,同时伴有氢键和静电作用,黑钨矿的活化成分是Mn~(2 ),而不是MnOH~ 。本文还探讨了絮团在重选设备上的行为。     

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.     

一水硬铝石与高岭石、叶蜡石和伊利石浮选分离中晶体结构的作用

测量了高岭石、伊利石、叶蜡石和一水硬铝石在阳离子捕收剂反浮选时的润湿性和动电行为。通过分析矿物的晶体结构,对测量结果进行了解释。根据矿物的晶格参数计算了矿物的零电点,计算的零电点值与试验测得的等电点值有很好的吻合。等电点测量值和零电点计算值的减小顺序为:一水硬铝石>高岭石>伊利石>叶蜡石,这与Al-O断裂键数目以及Al-O断裂键数目与Si-O断裂键数目的比值减小顺序基本一致。阳离子捕收剂在矿物表面上的吸附作用主要为静电作用。反浮选分离含铝硅酸盐矿物和一水硬铝石获得了满意的结果。     

黑钨矿晶体构造特征与可浮性关系

通过黑钨矿晶体构造的讨论,定量地解释了黑钨矿润湿性存在各向异性的原因,是由于单位晶面上断裂的(Mn,Fe)—O键数不同;计算表明,(001)、(010)和(100)三者的断裂键数分别为0.650、0.626和0.417。因此,黑钨矿在捕收剂油酸钠溶液中疏水性大小顺序为(001)>(010)>(100)。根据YSD静电模型计算,得出MnWO_4的理论零电点为2.75,FeWO_4的理论零电点为1.95,与试验结果基本一致。钨锰矿比钨铁矿具有更低的负电位,可浮性钨锰矿优于钨铁矿。     

基于铝热反应多主元合金的成分调控研究

近年来,多主元高熵合金由于其组织、结构和性能可调性受到了广泛的研究,目前高熵合金常用的制备方法有熔炼法和粉末冶金法,而本文基于一种快速高效的高熵合金制备方法-铝热法,对多主元合金的成分调控进行研究。采用Fe3O4、Co3O4、Ni2O3、CrO3和MnO2五种氧化物经铝热反应后获得10种二元合金、10种三元合金、5种4元合金和1种5元合金,利用SEM、EDS等表征技术对多主元合金进行显微组织观察与元素分析,探究了多种不同氧化物铝热反应的负焓值与铝热还原产物成分之间的对应关系,进而推广到多种氧化物铝热反应的负焓值与反应后成分之间的一般规律,并提出对应的函数关系式,并基于此制备了近似等摩尔比的CoCrFeNiMnAl高熵合金,从而实现对铝热法制备多主元高熵合金的成分的调控。并对CoCrFeNiMnAl高熵合金的性能进行研究,该合金硬度为508.1 HV0.5,摩擦系数和磨损率分别为0.73和4.78×10-5 mm3/N·m,在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为1.097×10-6 A·cm?2和-0.347 V。     

钽铁矿与某些浮选药剂作用时其表面电化学性质的研究

在浮选理论中,关于矿粒表面电化学性质与它们吸附能力之相互联系的问题至今还研究得不夠庖惶氐愠晌疚奶剿魅范承┑缁灾视胗退嵩陬闾蟊砻婀套偶涞南嗷チ档哪康摹?钽铁矿[(Mn,Fe)·(Ta,Nb)_2O_6]具有显著的导电率,其值为5·10~(-7)欧姆~(-1)厘米~(-1)左右[1],可以列入半导体物质一类中。利用钽铁矿的导电性,我们在蒸馏水中、在有H~+和OH~-离子存在的水溶液中,以及不同浓度的油酸中测定了矿物表面的电极电位。利用测定双电层电容的变化,确定了零电荷电位并计算了油酸的吸附电位。     

黑钨矿浮选时的溶液化学与动电现象

本文通过溶液化学的讨论,定量解释了黑钨矿表面在纯水中荷负电的原因,是由于Mn~(2+)、Fe~(2+)的优先溶解。根据溶液平衡计算,绘出了钨酸锰和钨酸铁的溶解度对数图,由此得出MnWO_4理论上的等电点为2.8,FeWO_4理论上的等电点为2.0。实验测定天然钨锰矿的等电点与MnWO_4的理论值一致,天然黑钨矿的等电点为2.5,处在FeWO_4与MnWO_4的理论等电点之间,并且,数值大小与Mn/Fe有关。根据绘出的浓度对数图,还讨论了在pH=6.0～9.5,黑钨矿表面ζ电位出现近零电点区域的原因。最后认为,靠静电力吸附的阴离子型捕收剂及通过与铁、锰离子键合化学吸附的阴离子型和络合型捕收剂,都将在黑钨矿近零电点区域实现最佳浮选。