羧乙基双羟肟酸类化合物的合成及其在铝硅分离中的应用

论文摘要

针对我国现有铝土矿捕收剂选择性不高,且严重制约铝工业发展的问题,开发具有高性能的铝土矿捕收剂已成为当前的主要任务,对解决我国氧化铝生产中存在的问题意义重大。本文研究了羧乙基双羟肟酸类系列化合物的合成方法及其对一水硬铝石、高岭石和伊利石的浮选性能,对人工混合矿的分离性能,对实际铝土矿的浮选脱硅性能。通过吸附量、X-射线光电子能谱（XPS）、表面动电位、红外光谱分析和量子化学计算等手段,探讨了该类化合物与矿物的作用机理。以羟胺、溴代直连烷烃、3-氯代丙酸和相应的酸酯为原料合成了4,4-二羟胺甲酰基十二酸（HCDA）、4,4-二羟胺甲酰基十四酸（HCTA）、4,4-二羟胺甲酰基十六酸（HCHA）和4,4-二羟胺甲酰基二十酸（HCIA）四种化合物,并通过红外光谱和元素分析等手段对化合物进行表征。单矿浮选试验结果表明：矿浆pH对一水硬铝石的浮选有很大的影响,对高岭石和伊利石基本没有影响,最佳浮选条件为pH=6-8,药剂浓度为2xlO-4mol/L;在pH=6-8, HCDA、HCTA和HCHA对一水硬铝石的捕收力相当强（几乎为100%）,而对铝硅酸盐矿物的捕收力极弱,能有效的将一水硬铝石和铝硅酸盐分开；四种药剂的捕收力顺序为HCD A> HCTA> HCHA>> HCIA。人工混合矿试验表明,HCDA能有效分离一水硬铝石与铝硅酸盐矿物,提高混合矿的铝硅比（A/S）；实际铝土矿的浮选结果表明,HCDA作为捕收剂比传统的药剂油酸好,它能高效地对低品位铝土矿进行脱硅。所以HCDA很可能成为一种新型的高效铝土矿捕收剂。XPS、动电位、红外光谱和量子化学计算计算表明,羧乙基羟肟化合物在一水硬铝石表面通过羧基（-COOH）、羟肟酸（-CONHOH）中的氧原子与矿物表面的铝点形成三元环螯合物的化学吸附。这主要是因为羧基和羟肟酸中的氧原子比氮原子具有更高的静电荷,羟肟酸基中的氧原子在空间上相隔两个原子,易形成五元环,而羧基则作为辅助基团参与螯合。化合物与高岭石和伊利石主要是通过静电力和氢键的作用发生物理吸附。

论文目录

• 前言
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝土矿资源概述及我国铝工业现状
• 1.1.1 国内外铝土矿资源储量分布及特点
• 1.1.2 我国氧化铝工艺现状
• 1.2 铝土矿选矿脱硅技术
• 1.2.1 物理选矿法脱硅
• 1.2.2 生物选矿法脱硅
• 1.2.3 化学选矿法脱硅
• 1.2.4 正浮选脱硅
• 1.2.5 反浮选脱硅
• 1.3 铝土矿捕收剂的研究现状
• 1.3.1 阴离子捕收剂
• 1.3.2 阳离子捕收剂
• 1.3.3 两性捕收剂
• 1.3.4 螯合捕收剂
• 1.4 论文研究的目的、意义及主要研究内容
• 第二章 试剂、仪器和实验
• 2.1 矿样
• 2.1.1 单矿物
• 2.1.2 人工混合矿
• 2.1.3 实际铝土矿
• 2.2 仪器和试剂
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 浮选试验
• 2.3.2 吸附量测定
• 2.3.3 X-射线光电子能谱
• 2.3.4 Zeta电位测定
• 2.3.5 红外光谱测定
• 2.3.6 量子化学计算
• 第三章 化合物的分子设计合成
• 3.1 捕收剂结构设计
• 3.1.1 极性基
• 3.1.2 非极性基
• 3.2 DFT计算
• 3.3 化合物的合成
• 3.3.1 合成原理
• 3.3.2 合成步骤
• 3.3.3 结构表征
• 3.4 本章小结
• 第四章 化合物对矿物浮选性能研究
• 4.1 单矿物浮选性能
• 4.1.1 一水硬铝石的浮选性能
• 4.1.2 高岭石的浮选性能
• 4.1.3 伊利石的浮选性能
• 4.2 矿物浮选行为的比较
• 4.2.1 体系酸碱度的影响
• 4.2.2 捕收剂浓度影响
• 4.2.3 浮选时间对回收率的影响
• 4.3 人工混合矿物的浮选
• 4.3.1 一水硬铝石与高岭石的混合矿浮选
• 4.3.2 一水硬铝石与伊利石的混合矿浮选
• 4.4 实际一水硬铝石型铝土矿的浮选
• 4.5 本章小结
• 第五章 化合物与矿物作用机理研究
• 5.1 HCDA在矿物表面吸附量的测定
• 5.2 矿物表面的X-射线光电子能谱研究
• 5.3 矿物表面电性研究
• 5.3.1 一水硬铝石ξ-电位与pH之间的关系
• 5.3.2 铝硅酸盐矿物ξ-电位与pH之间的关系
• 5.4 红外光谱研究
• 5.5 捕收剂与一水硬铝石的作用模型
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录