金属离子与有机抑制剂协同作用优化多金属硫化矿浮选分离的基础研究

作     者：文晓飞 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘润清;李沛原

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：黄铁矿 方铅矿 闪锌矿 浮选 有机抑制剂 金属离子 

摘      要：在多金属硫化矿的浮选过程中,矿浆中的金属离子会影响矿物的浮选行为,甚至影响药剂的作用效果,加大了浮选分离的难度。因此,为了优化多金属硫化矿的浮选分离,本文开展了一系列研究。论文以黄铁矿、方铅矿和闪锌矿为研究目标,探究了不同药剂体系下的浮选行为。单矿物浮选试验表明,在弱碱性条件下,单独加入有机抑制剂淀粉、糊精、腐殖酸钠时,黄铁矿和方铅矿均出现一定程度地抑制,糊精的抑制效果最佳,在用量为4 mg/L时,黄铁矿回收率已降至40%以下。单独加入离子后,铜离子能够活化闪锌矿和黄铁矿,但高用量时对黄铁矿有抑制作用,钙离子和铁离子对三种矿物都有抑制作用。当糊精与铜离子/钙离子配合加入时,黄铁矿和方铅矿的可浮性大幅下降,而闪锌矿未受到影响,在糊精用量4 mg/L、钙离子用量1×10mol/L/铜离子用量8×10mol/L时,黄铁矿与方铅矿的回收率降至20%以下,闪锌矿的回收率保持在80%以上,实现了闪锌矿与黄铁矿/方铅矿的浮选分离。人工混合矿试验表明,铜离子/钙离子与糊精配合使用时,Fe的品位由22.17%降低至12.32%,Pb的品位由41.57%降至27.48%,Zn的品位提高至47.30%、回收率提高至91.39%,实现了闪锌矿与黄铁矿/方铅矿的分离。采用浮选溶液化学计算、矿物表面润湿性测定、吸附量测定、红外光谱分析等方法进行机理探究。浮选溶液化学研究表明,淀粉、糊精和腐殖酸钠对矿物产生抑制效果的主要原因是亲水基团与矿物表面作用,阻碍了捕收剂在矿物表面的吸附。弱碱性条件下,金属离子主要以羟基化合物的形式存在。矿物表面润湿性和吸附量检测表明,糊精更容易吸附在铜离子或钙离子作用后的黄铁矿和方铅矿表面,使矿物表面的接触角大幅度下降,增强黄铁矿和方铅矿表面的亲水性,从而使黄药的吸附量下降,但糊精在对闪锌矿表面吸附较弱,黄药吸附量很高。红外光谱分析进一步证明,糊精能够吸附在黄铁矿和方铅矿的表面,在闪锌矿表面的吸附并不明显。最后对黄铁矿进行了量子化学计算,吸附能测试表明,糊精、羟基钙以及药剂组合能够自发的吸附在黄铁矿表面,且吸附能高达至-969.57 KJ/mol。电子差分密度分析表明矿物与药剂作用时存在电子转移、态密度分析、Mulliken布居分析以及前线轨道理论分析从轨道理论出发,探究了矿物与药剂、药剂与药剂之间具体的成键原子和成键方式,从而从微观的角度解释黄铁矿、糊精与羟基钙三者之间的作用形式。图77幅,表20个,参考文献117篇