【摘要】：氧化鋅礦是鋅資源的重要組成部分,其中菱鋅礦是氧化鋅礦的重要代表之一。隨著鋅需求量的不斷增加,氧化鋅礦的開發(fā)利用成為必然。長期以來,菱鋅礦的浮選理論研究一直是國內(nèi)外研究的熱點。菱鋅礦一般采用硫化-胺法浮選或硫化-黃藥法浮選回收,但由于這兩種方法都存在各自的缺點,因此并沒有得到廣泛的工業(yè)應用。與硫化-胺法相比,硫化-黃藥法要求菱鋅礦礦物表面硫化得較完全,而菱鋅礦的硫化又比較困難,因此,如何有效地強化菱鋅礦的硫化,獲得穩(wěn)定的硫化表面,成為菱鋅礦硫化-黃藥法的關(guān)鍵。鑒于銨鹽在氧化銅礦浮選的成功應用,本文首次應用無機銨鹽對菱鋅礦進行強化硫化浮選,因此,銨鹽對菱鋅礦的強化硫化作用有必要深入研究。本論文以菱鋅礦為研究對象,首先應用溶液化學原理研究了鋅離子和硫離子的化學反應平衡,明確了不同pH值下兩種離子的優(yōu)勢組分構(gòu)成及分布；首次應用銨鹽對菱鋅礦進行強化硫化浮選并取得了良好的浮選效果,應用SEM-EDS和XPS表面分析對菱鋅礦在強化硫化后各樣品進行了研究；通過密度泛函理論(DFT)計算研究了菱鋅礦自身的電子結(jié)構(gòu)、表面原子與鍵的布居等性質(zhì)；基于菱鋅礦表面原子結(jié)構(gòu)特性,應用密度泛函理論(DFT)計算深入研究了S2-和HS-對菱鋅礦的硫化機理及銨鹽對菱鋅礦的強化硫化機理,完善了菱鋅礦的強化硫化理論基礎(chǔ)。最后,通過DFT計算了菱鋅礦硫化和強化硫化后分別與異戊基黃藥(IX)的作用,從量子化學的角度闡述了硫化及強化硫化后菱鋅礦表面對IX吸附的影響。菱鋅礦硫化礦漿溶液中鋅離子和硫離子存在的形式及優(yōu)勢組分受溶液pH值控制。對于菱鋅礦適宜浮選pH值(10-12),溶液中的S絕對多數(shù)以HS-的形式存在和部分S2-的形式存在；而在此pH值范圍內(nèi),菱鋅礦將部分羥基化,溶液中的鋅主要以Zn(OH)2和少量的Zn2+、Zn(OH)+和Zn(OH)3-的形式存在。在銨鹽對菱鋅礦強化硫化浮選的試驗中,發(fā)現(xiàn)四種銨鹽對菱鋅礦的浮選都有促進作用,使菱鋅礦上浮率提高了15～25百分點,其中促進效果依次為：氯化銨硝酸銨硫酸銨碳酸氫銨。動態(tài)跟蹤硫離子濃度變化的試驗結(jié)果表明,菱鋅礦使得硫離子消耗速度加快,而在菱鋅礦-銨鹽-硫化鈉體系中,硫離子消耗速度變得更快。菱鋅礦在不同條件下的溶解試驗表明,菱鋅礦在氯化銨溶液中鋅離子濃度比在純水中要高出近一倍,在硫化鈉溶液比在純水中要少一個數(shù)量級,而在銨鹽和硫化鈉共同作用下,溶液中的鋅離子濃度比在純水中要少兩個數(shù)量級、比在硫化鈉溶液中少一個數(shù)量級,這表明菱鋅礦表面強化硫化后,溶解性顯著降低。對菱鋅礦的硫化和強化硫化表面進行了EDS半定量分析,結(jié)果顯示直接硫化和強化硫化后的菱鋅礦表面S原子濃度分別為2.0%和8.55%,強化硫化后礦物表面S含量明顯增多。菱鋅礦硫化和強化硫化后表面產(chǎn)物的XPS分析表明,硫化和強化硫化后的菱鋅礦表面都檢測到了S2-的峰,強化硫化后,菱鋅礦表面的S所占的面積比和原子濃度比分別為8.99%和9.12%,這兩個值均大于直接硫化的4.72%和5.84%,這再次證明了無機銨鹽存在時菱鋅礦表面更容易被硫化。菱鋅礦電子結(jié)構(gòu)研究表明,理想的菱鋅礦帶隙較寬,計算值為3.529 eV,晶體表面不導電；菱鋅礦中Zn原子優(yōu)化后的電子構(gòu)型為Zn3p0.563d9.994s0.23, Zn原子所帶電荷為+1.22 e,為電子給體；C原子優(yōu)化后的電子構(gòu)型為C 2s0.922p2.44, C原子所帶電荷為+0.64 e,為電子給體；O原子優(yōu)化后的電子構(gòu)型為O 2s1.802p4.82,O原子所帶電荷為-0.62 e,為電子受體。菱鋅礦晶體中既存在離子鍵又存在共價鍵。硫、硫氫根和銨根離子與硫離子在菱鋅礦表面原子吸附作用的密度泛函理論計算表明,硫能吸附在菱鋅礦表面的Zn原子上,但吸附不強,而硫氫根在菱鋅礦表面上的吸附要強于硫在菱鋅礦表面上的吸附,銨根離子和硫離子在菱鋅礦表面上的吸附要強于硫離子和硫氫根離子在菱鋅礦表面的吸附。菱鋅礦硫化和強化硫化后與IX作用的DFT計算表明,IX能在未硫化的菱鋅礦表面吸附,但是吸附很微弱。在硫化和強化硫化的菱鋅礦表面能吸附,吸附強度依次為：銨鹽強化硫化硫氫根硫化直接硫化,這表明強化硫化后的菱鋅礦更容易被異戊基黃藥捕收。本論文的研究結(jié)果發(fā)展和完善了菱鋅礦硫化和強化硫化浮選基礎(chǔ)理論,較深刻理解了菱鋅礦硫化和強化硫化本質(zhì)的不同,對菱鋅礦的浮選具有重要意義和理論價值。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD952;TD923

【參考文獻】

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本文編號：2731515