磷酸三丁酯在矿物表面的吸附主要有以下几种方式:静电吸附、化学吸附、表面沉淀、多层吸附和多层积沉等。由于磷酸三丁酯的用量达到一定数值后,溶液中游离的离子与溶液中的Ca2+、Sn4+等离子作用,发生疏水吸附,这种疏水吸附从根本上讲是化学吸附或表面沉积,它在所有的有关磷酸三丁酯作用机理的解释中占主要地位。而黎全认为有磷酸三丁酯存在的条件下,细粒锡石矿粒特别是–10μm以下颗粒会发生相互凝聚。矿粒之间的相互作用不仅包括范德华和静电作用(DLVO相互作用),还应包括能够使颗粒凝聚的其它力。浮选药剂的加入,特别是捕收剂或疏水剂的加入,在矿浆体系中将产生一种比静电力和范德化力大1–2个数量级的亲水–疏水相互作用力。正是这种力的存在,导致了矿粒之间的凝聚,使矿物沉降产率增大。但不意味着捕收剂或疏水剂的浓度越大,疏水凝聚越强。当磷酸三丁酯用量达到一定数值后,矿物沉降产率反而有所下降。这种现象的产生一方面应该归咎于颗粒之间静电相互作用势能的增加;另一方面则在于沉淀的生成是在矿物表面和溶液中同时发生,使溶液中残余的沉淀增加,这部分在溶液中的沉淀在矿物表面反向吸附,亲水基伸向溶液,削弱了矿物表面的疏水程度,增强了其亲水性,从而导致矿物沉降产率有所下降。一定量的磷酸三丁酯的加入可以强化细粒锡石间的凝聚,与其它锡石捕收剂配合使用,可提高细粒锡石的浮选回收率。
2 辛基羟肟酸与锡石表面的作用机理
溶液化学分析表明锡石回收率较高的pH范围内为辛基羟肟酸离子–分子共吸附模式。捕收剂和锡石表面的作用力包括化学作用力、静电力和氢键力。辛基羟肟酸的存在使得锡石纯矿物的零电点负移,并使矿物动电位降低。红外光谱分析得出,锡石与辛基羟肟酸的作用主要为化学吸附作用、氢键力以及静电作用力,反应产物可表示为Sn2+的O,O–五元环结构。辛基羟肟酸浓度大于30mg/L时,其在锡石表面可能形成了药剂的多层吸附。
3 苯甲羟肟酸与锡石表面的作用机理
当浮选锡石的pH保持在自然pH条件(即pH为6–7范围)时,苯甲羟肟酸在水溶液中既以分子形式[HA]存在,同时也有[A–]羟肟酸阴离子存在。且当pH超过此范围时,其捕收性能大大降低;并在低pH范围下要比在高pH下降的更剧烈。在pH为6.5时,锡石的定位离子为Sn(OH)3+和Sn(OH)5−。在整个浮选过程中可能存在两种不同的作用形式,一方面是锡石表面出现活性的金属阳离子Sn4+时,主要由水解生成的锡羟基络合物与羟基化的SnO2通过脱水形成,Sn4+能与苯甲羟肟酸水解出的[A–]形成螯合物,产生化学吸附;另一方面是[HA]分子的非极性基能通过氢键联结的形式吸附在锡石表面。就整个回收率变化情况而言,化学吸附应该是捕收剂在锡石表面上的主要作用。
红外光谱分析表明苯甲羟肟酸中的N–H键在吸附的过程中被破坏,基本可以确定吸附为化学吸附。苯甲羟肟酸分子在水溶液中存在两种互变异构体(苯甲羟肟酸和苯甲异羟肟酸),当以苯甲羟肟酸作用时,分子可以完全转化为作用组分存在,反之亦然。作用后新生成物质并未呈现N–H键。另外,红外光谱图中3444.0cm–1处宽而强的吸收峰可能是水分子产生的,也有可能是氢键缔合的O–H伸缩振动产生的吸收峰,即暂不能确定捕收剂在矿物表面是否发生了物理吸附作用。
4 新型捕收剂SR与锡石表面的作用机理
黎全应用红外光谱分析、Zeta电位测定研究了新型捕收剂SR与锡石表面作用的机理研究。在pH>4.5范围,锡石表面均负电荷。加入SR后,负电荷值增大,在弱酸性和中性pH下ζ电位变化大,在碱性pH下,ζ电位变化小。SR在锡石表面吸附主要形式不是电性吸附,而属于特性吸附,因为阴离子捕收剂能在负电性的锡石表面吸附,并使其负电性增大。SR与纯矿物SnO2作用后的红外光谱有明显的药剂特征峰,在1560cm–1,有C=O双键吸收峰,各主要吸收峰位置与SR锡盐基本相对应。此外,矿物的特征峰有所改变,这说明在锡石表面有SR锡盐产物,红外光谱测定表明药剂在矿物表面发生化学吸附。
5 组合捕收剂浮选细粒锡石作用机理
各捕收剂对锡石浮选的最佳pH值不同。ZF药剂与辅助捕收剂(TBP)存在正协同效应,辅助捕收剂(TBP)的使用能促进ZF药剂–矿物体系的疏水能力增加。即ZF捕收剂在矿物表面形成鳌合物,使矿物表面具有疏水性,但是由于此鳌合物疏水能力不足,TBP的添加在已形成的鳌合物表面产生了难溶并疏水的多层罩盖,使得矿物表面具有足够的疏水能力而上浮。苯乙烯膦酸和苄基胂酸仅在强酸介质中可实现锡石的有效回收。方解石在浮选pH范围内均保持较好的可浮性,而石英则基本上不浮(或回收率较低)。动电位测试结果表明:组合捕收剂的加入可使锡石表面动电位负移,表面动电位与溶液的pH环境关系较为显著,与捕收剂用量关系并不显著。红外光谱测试结果表明:锡石的本征吸收峰发生位移,矿物表面生成了新的特征峰,组合捕收剂中的C=O和P=O与Sn配位形成多元螯合物,与药剂作用后的SnO2表面存在大量的非极性的烃链基团,正是这些非极性的烃链基团的疏水作用才使得锡石上浮而得到分选。
窦永平等研究了组合捕收剂浮选细粒锡石作用机理,指出不同捕收剂作用下pH值对锡石可浮性的影响是不同的,其中以ZF螯合剂与TBP组合使用的捕收剂,浮选效果最佳。捕收剂的用量对锡石浮选效果的影响较大,捕收剂的用量增加,其所产生的捕收效果就越突出。一般而言,若用ZF螯合剂与TBP组合的捕收剂,其ZF螯合剂的用量为50mg/L,TBP捕收剂的用量为300mg/L,pH值要控制在7.77左右,此时,细粒锡石的浮选回收率可达88.79%。