论文摘要
在一定条件下硫化矿捕收剂对未经硫化的白铅矿具有捕收性,特别是乙黄药在一定条件下也可实现对未经硫化的白铅矿的捕收。同时,在采用胺法浮选锌含氧盐矿物时,使用中性表面活性剂与胺配制成的捕收剂可明显消除矿泥对浮选过程的影响。本文以白铅矿、菱锌矿和异极矿3种典型的铅锌含氧盐矿物为研究对象,采用乙黄药、乙基钠黑药、25号黑药、丁铵黑药、十二伯胺、十八伯胺、N-十二烷基乙二胺、C5-9羟肟酸和TW-706为捕收剂,硫化钠、氢氧化钠、盐酸、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、正己醇、正辛醇、异辛醇、FeCl3、CaCl2、AlCl3、Pb（NO3）2为调整剂,系统地研究了在不同捕收剂体系中铅锌含氧盐矿物的浮选行为,并在此基础上进行了白铅矿-菱锌矿,白铅矿-异极矿人工混合矿的浮选分离试验,通过对溶液化学、捕收剂结构性能、胺醇复合捕收剂亲油亲水平衡、矿物表面化合键的强弱、矿物晶体前线轨道能量的定量计算,结合矿物表面ζ电位测量、红外光谱分析、矿物表面XPS分析、溶液表面张力测试的结果,分析了药剂与矿物间的作用机理。研究结果表明,在适当条件下未经硫化钠活化的白铅矿在乙黄药、乙基钠黑药、25号黑药和丁铵黑药为捕收剂的浮选体系中均能上浮。乙黄药为捕收剂时,采用浮选硫化物矿物时的药剂用量无法使白铅矿上浮,但当乙黄药用量增大20倍左右后,白铅矿具有良好的浮游性；当白铅矿具有良好浮游性时,4种捕收剂用量的关系为乙黄药>乙基钠黑药>25号黑药>丁铵黑药。硫化钠对白铅矿具有强烈的活化作用,适量的硫化钠能够大幅降低乙黄药、乙基钠黑药、25号黑药和丁铵黑药的用量。用十二胺作捕收剂时,无论是否添加硫化钠,白铅矿均具有良好的浮游性。对于菱锌矿和异极矿,无论硫化钠存在与否,乙黄药、乙基钠黑药、25号黑药和丁铵黑药对菱锌矿和异极矿均无捕收作用。十二胺、十八胺为捕收剂时,菱锌矿和异极矿均具有良好的浮游性,且十八胺的用量要小于十二胺的用量,十二胺、十八胺浮选异极矿时的用量要小于浮选菱锌矿时的用量。一元醇对胺体系中锌含氧盐矿物的浮选行为有明显影响,添加醇后能够降低捕收剂的用量,且正构醇的效果大于异构醇；对于正构醇,其影响随醇分子中碳原子数增大而增强；正辛醇的添加方式对锌含氧盐矿物的浮游性无明显影响,当正辛醇以25.0%的摩尔比取代十二胺和十八胺组成胺醇复合捕收剂时,可获得与单独使用十二胺和十八胺相同的浮选效果。适量的硫化钠对菱锌矿和异极矿均有活化作用,同时可降低捕收剂的用量。十二胺为捕收剂时,Fe3+、Al3+、Pb2+、Ca2+对菱锌矿和异极矿均有抑制作用。N-十二烷基乙二胺、C5-9羟肟酸和TW-706对白铅矿均有捕收能力。白铅矿-菱锌矿、白铅矿-异极矿人工混合矿浮选分离试验的结果表明,在无硫化钠条件下,使用丁铵黑药为捕收剂,松醇油为起泡剂,可实现白铅矿与锌含氧盐矿物的分离。对白铅矿-菱锌矿人工混合矿,在矿浆pH值为7.0,丁铵黑药用量为100.0mg/L,松醇油用量为29.4mg/L的条件下,人工混合矿的分离指数达到最大（12.8）,此时精矿中Pb、Zn的品位分别为72.97%和3.34%,回收率分别为91.90%和6.50%。对白铅矿-异极矿人工混合矿,在相同条件下,人工混合矿的分离指数也达到最大（15.7）,此时精矿中Pb、Zn的品位分别为75.30%和2.19%,回收率分别为90.90%和3.90%。溶液化学计算、动电位测量、红外光谱测试、矿物表面XPS测试、溶液表面张力测试以及矿物晶体量子化学计算的结果表明：乙黄药、乙基钠黑药、25号黑药、丁铵黑药在白铅矿的表面均发生化学吸附,其作用机理为捕收剂通过其分子内极性基中的S原子与白铅矿表面的Pb原子键合形成PbS实现对矿物的捕收。4种捕收剂对白铅矿捕收能力的差异是由其结构决定的,特别是非极性基的疏水能力对其捕收性能影响较大,乙黄药分子间非极性基疏水缔合作用增强导致的疏水性增大是乙黄药在高用量下对白铅矿具有捕收性的原因。用十二胺和十八胺浮选菱锌矿和异极矿时,胺类捕收剂与菱锌矿和异极矿之间发生物理吸附,其作用机理为带正电荷的胺阳离子与带负电荷的矿物表面发生静电吸附实现对矿物的捕收；N-十二烷基乙二胺通过物理吸附实现对菱锌矿和异极矿的捕收,C5-9羟肟酸和TW-706则通过极性基与矿物表面的金属原子形成螯合物实现对矿物的捕收。硫化钠对白铅矿的活化是通过与白铅矿表面的Pb原子反应生成PbS而实现,对菱锌矿和异极矿的活化则是通过HS-吸附在矿物表面降低矿物表面ζ电位实现。醇对胺浮选菱锌矿和异极矿的影响主要是通过降低胺的临界胶束浓度（CMC）和降低溶液体系的表面张力实现。金属阳离子对菱锌矿和异极矿的抑制作用主要是通过金属阳离子和金属的氢氧化物附着在矿物表面提高矿物表面的毛电位实现。白铅矿、菱锌矿和异极矿晶胞中M-O键（M为金属原子）的共价性大小是影响矿物表面金属原子与捕收剂极性基键合能力大小的因素之一,矿物晶胞的前线轨道能量是决定白铅矿、菱锌矿和异极矿浮选分离难易程度的因素之一。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 我国铅锌资源现状1.2 氧化铅锌矿选矿技术的进展1.2.1 氧化铅锌矿浮选理论的进展1.2.2 氧化铅锌矿物浮选研究的进展1.2.3 氧化铅锌矿石选矿工艺的进展1.3 本文的研究目的和主要研究内容第二章 试验材料和研究方法2.1 试验样品的制备2.1.1 单矿物的制备2.1.2 人工混合矿的制备2.2 试验用试剂及设备2.2.1 试剂2.2.2 仪器与设备2.3 试验方法2.3.1 单矿物浮选试验2.3.2 人工混合矿浮选分离试验2.3.3 矿物动电位测定2.3.4 红外光谱测试2.3.5 X射线光电子能谱（XPS）测定2.3.6 溶液表面张力的测定2.3.7 量子化学计算的方法第三章 铅锌含氧盐矿物的浮选行为研究3.1 乙黄药为捕收剂时铅锌含氧盐矿物的浮选行为3.1.1 乙黄药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.1.2 pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.1.3 硫化钠用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.1.4 硫化钠存在时pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.1.5 硫化钠存在时乙黄药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.2 乙基钠黑药为捕收剂时铅锌含氧盐矿物的浮选行为3.2.1 乙基钠黑药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.2.2 pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.2.3 松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.2.4 硫化钠用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.2.5 硫化钠存在时pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性影响3.2.6 硫化钠存在时乙基钠黑药用量对铅锌含氧矿物浮游性的影响3.2.7 硫化钠存在时松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3 25号黑药为捕收剂时铅锌含氧盐矿物的浮选行为3.3.1 25号黑药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.2 pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.3 松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.4 硫化钠用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.5 硫化钠存在时pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.6 硫化钠存在时25号黑药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.3.7 硫化钠存在时松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4 丁铵黑药为捕收剂时铅锌含氧盐矿物的浮选行为3.4.1 丁铵黑药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.2 pH对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.3 松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.4 硫化钠用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.5 硫化钠存在时pH值对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.6 硫化钠存在时丁铵黑药用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.4.7 硫化钠存在时松醇油用量对铅锌含氧盐矿物浮游性的影响3.5 十二胺为捕收剂时白铅矿的浮选行为3.5.1 十二胺用量对白铅矿浮游性的影响3.5.2 pH值对白铅矿浮游性的影响3.5.3 硫化钠用量对白铅矿浮游性的影响3.5.4 硫化钠存在时pH值对白铅矿浮游性的影响3.6 小结第四章 胺体系中锌含氧盐矿物的浮选行为4.1 十二胺为捕收剂时锌含氧盐矿物的浮选行为4.1.1 十二胺用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.1.2 矿浆pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.1.3 硫化钠用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.1.4 硫化钠存在时矿浆pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.1.5 硫化钠存在时十二胺用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.1.6 硫化钠作用时间对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2 十八胺为捕收剂时锌含氧盐矿物的浮选行为4.2.1 十八胺用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2.2 矿浆pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2.3 硫化钠用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2.4 硫化钠存在时矿浆pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2.5 硫化钠存在时十八胺用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.2.6 硫化钠作用时间对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.3 十二胺体系中一元醇对异极矿浮选行为的影响4.3.1 同分异构脂肪醇对异极矿浮游性的影响4.3.2 不同碳链长度的正构脂肪醇对异极矿浮游性的影响4.3.3 醇存在时十二胺用量对异极矿浮游性的影响4.3.4 复合捕收剂中醇的摩尔含量对异极矿浮游性的影响4.4 十八胺体系中一元醇对异极矿浮选行为的影响4.4.1 不同碳链长度的正构脂肪醇对异极矿浮游性的影响4.4.2 醇存在时十八胺用量对异极矿浮游性的影响4.4.3 复合捕收剂中醇的摩尔含量对异极矿浮游性的影响4.5 十二胺体系中一元醇对菱锌矿浮选行为的影响4.5.1 同分异构脂肪醇对菱锌矿浮游性的影响4.5.2 不同碳链长度的正构脂肪醇对菱锌矿浮游性的影响4.5.3 醇存在时十二胺用量对菱锌矿浮游性的影响4.5.4 复合捕收剂中醇的摩尔含量对菱锌矿浮游性的影响4.6 十八胺体系中一元醇对菱锌矿浮选行为的影响4.6.1 不同碳链长度的正构脂肪醇对菱锌矿浮游性的影响4.6.2 醇存在时十八胺用量对菱锌矿浮游性的影响4.6.3 复合捕收剂中醇的摩尔含量对菱锌矿浮游性的影响4.7 正辛醇添加方式对锌含氧盐矿物浮选行为的影响4.7.1 正辛醇添加方式对异极矿浮游性的影响4.7.2 正辛醇添加方式对菱锌矿浮游性的影响4.8 十二胺为捕收剂时金属阳离子对锌含氧盐矿物浮选行为的影响3+对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>4.8.1 Fe3+对锌含氧盐矿物浮游性的影响3+对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>4.8.2 Al3+对锌含氧盐矿物浮游性的影响2+对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>4.8.3 Pb2+对锌含氧盐矿物浮游性的影响2+对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>4.8.4 Ca2+对锌含氧盐矿物浮游性的影响4.9 小结第五章 几种捕收剂对锌含氧盐矿物的捕收性能5.1 N-十二烷基乙二胺为捕收剂时锌含氧盐矿物的浮选行为5.1.1 N-十二烷基乙二胺用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响5.1.2 N-十二烷基乙二胺作捕收剂时pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响5-9羟肟酸为捕收剂时锌含氧盐矿物的浮选行为'>5.2 C5-9羟肟酸为捕收剂时锌含氧盐矿物的浮选行为5-9羟肟酸用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>5.2.1 C5-9羟肟酸用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响5-9羟肟酸作捕收剂时pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响'>5.2.2 C5-9羟肟酸作捕收剂时pH值对锌含氧盐矿物浮游性的影响5.3 TW-706对锌含氧盐矿物浮选行为的影响5.3.1 TW-706用量对锌含氧盐矿物浮游性的影响5.3.2 TW-706作捕收剂时pH值对锌含氧盐矿物物浮游性的影响5.4 小结第六章 人工混合矿浮选分离试验6.1 白铅矿与异极矿的分离6.2 白铅矿与菱锌矿的分离6.3 小结第七章 机理分析7.1 白铅矿与几种捕收剂之间的作用7.1.1 白铅矿表面的XPS分析7.1.2 白铅矿与几种捕收剂作用前后的红外光谱分析7.1.3 白铅矿的晶体结构及其在水中的溶解7.1.4 几种捕收剂的结构性能计算7.1.5 白铅矿在水中的ζ电位7.2 十二胺和十八胺与锌含氧盐矿物之间的作用7.2.1 锌含氧盐矿物表面的XPS分析7.2.2 锌含氧盐矿物与十二胺作用前后矿物表面的红外光谱分析7.2.3 菱锌矿和异极矿的晶体结构及其在水中的溶解7.2.4 十二胺与锌含氧盐矿物表面的作用7.3 硫化钠与铅锌含氧盐矿物的作用7.3.1 硫化钠与铅锌含氧盐矿物作用前后的红外光谱7.3.2 硫化钠的溶液化学7.3.3 铅锌含氧盐矿物与硫化钠作用前后矿物表面的ζ电位7.4 一元醇对十二胺浮选锌含氧盐矿物的影响7.4.1 醇的结构对表面张力的影响7.4.2 表面张力对十二胺浮选锌含氧盐矿物的影响7.4.3 胺醇体系的几种指数计算7.5 金属阳离子的溶液化学7.6 3种捕收剂与锌含氧盐矿物之间的作用7.6.1 3种捕收剂的红外光谱7.6.2 菱锌矿和异极矿与N-十二烷基乙二胺作用后的红外光谱5-9羟肟酸作用后的红外光谱'>7.6.3 菱锌矿和异极矿与C5-9羟肟酸作用后的红外光谱7.6.4 菱锌矿和异极矿与TW-706作用后的红外光谱7.7 铅锌含氧盐矿物晶体的量子化学计算7.7.1 矿物晶体模型的构建7.7.2 Mulliken布居分析7.7.3 前线轨道分析7.8 小结第八章 结论参考文献致谢攻读博士学位期间发表的论文作者简介
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