红柱石是一种无水铝硅酸盐矿物。它与蓝晶石,硅线石的化学组成相同,但结构相异,属蓝晶石族矿物。它是一种新型的高级耐火材料,也是优良的硅铝合金原料和技术陶瓷原料。在我国它属正在开发利用的非金属矿种,而浮选是细粒红柱石的主要选矿方法之一。
论文以红柱石与其伴生矿物(主要为石英和黑云母)的晶体结构差异为基础,通过晶体结构分析、量子化学计算、结合矿物表面Zeta电位测定、光电子能谱分析、红外光谱分析、药剂吸附量测定以及浮选试验等各种方法,系统地研究了红柱石及其伴生矿物的晶体结构、表面性质和浮选行为三者之间的关系,研究了不同类型浮选药剂体系中红柱石及其伴生矿物的浮选行为,以及浮选药剂在红柱石及其伴生矿物表面的作用机理。研究内容与结果如下:
1.红柱石及其伴生矿物晶体结构和表面性质主要存在以下差异当矿物破碎后,红柱石表面主要区别于石英和黑云母的地方是在红柱石晶体表面上有为数较多的未被补偿的铝离子,这种情况使得有可能利用阴离子捕收剂进行红柱石选择性浮选。
2.采用阴离子捕收剂浮选体系十二烷基磺酸钠易与铝离子发生受电荷控制的化学作用,不易与矿物表面的硅离子发生作用。因而十二烷基磺酸钠易于吸附于红柱石表面,不易吸附于石英和黑云母表面。研究提出了红柱石矿酸法浮选工艺。该工艺采用石油磺酸钠为捕收剂,淀粉为抑制剂,在酸性矿浆条件下﹙pH=3～4﹚,通过三次粗选三次精选的开路浮选流程,并对浮选精矿进行强磁选,最终可获得产率为20.31%,Al2O3品位为56.53%,红柱石品位为93.79%,红柱石回收率为65.73%的合格红柱石精矿。研究表明,采用十二烷基磺酸钠作捕收剂,用淀粉作抑制剂,在酸性条件下,淀粉对被金属离子活化了的石英和黑云母有较强抑制效果,淀粉的基本作用是去活作用,其去活的原因是取代和与金属离子生成化合物之故。
3.采用阳离子捕收剂浮选体系在阳离子捕收剂浮选体系中,矿物表面荷电机理的不同是导致红柱石与其伴生矿物石英和黑云母可浮性差异的主要原因。以十二胺为捕收剂,在矿浆自然pH值﹙7左右﹚条件下,采用一次粗选,五次扫选的开路反浮选工艺流程,最终获得产率为36.20%,Al2O3品位为48.33%,红柱石品位为73.48%,红柱石回收率为61.50%的红柱石精矿,精矿质量达不到Ⅱ级品标准。
4.捕收剂与矿物表面作用机理研究结果本文采用量子化学计算方法从微观角度深入研究了十二烷基磺酸钠与红柱石的作用机理,得出结论:十二烷基磺酸根离子与红柱石表面不同位置的Al原子结合后,体系的总能量均会降低,十二烷基磺酸根离子在红柱石表面可以发生化学吸附,电子从红柱石表面的Al原子流向十二烷基磺酸根离子上的O原子。
采用表面电性测定,浮选解吸试验及红外光谱等手段对十二烷基磺酸钠与红柱石及其伴生矿物的相互作用机理进行了系统的试验研究,通过研究得出以下结论:对于红柱石矿阴离子捕收剂浮选体系,十二烷基磺酸钠在pH值3～4之间主要为十二烷基磺酸根离子以离子键相互作用形式吸附在矿物表面,存在十二烷基磺酸根离子直接与铝离子以离子键相互作用的化学吸附,磺酸盐类捕收剂在红柱石表面上的固着是物理和化学两种吸附共存;磺酸盐在石英上和黑云母表面上的吸着,则是借助于库仑力和碳氧基的缔合作用的物理吸附;磺酸盐捕收剂在红柱石伴生矿物上的物理吸附强度低决定了精选作业的效率会很高。
总结量子化学计算结果和吸附产物测试结果,可以得出:十二烷基磺酸钠在pH值3～4之间主要以十二烷基磺酸根离子形式吸附在红柱石矿物表面,存在十二烷基磺酸根离子直接与铝离子以离子键相互作用的化学吸附。另外,表面吸附点的多少决定了红柱石、石英和黑云母三种矿物的可浮性差异。
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