【摘要】：鉬是一種不可再生的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源,以其優(yōu)異的性能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。輝鉬礦是鉬元素的主要礦物來源,具有天然可浮性。高嶺石作為典型層狀硅酸鹽礦物,常和輝鉬礦共生。在輝鉬礦浮選過程中,浮選體系除含有高嶺石礦物顆粒外還存在大量鈣離子,這些鈣離子對輝鉬礦-高嶺石的分散、凝聚產(chǎn)生影響,從而影響浮選效果�；诖�,本文以鈣離子作用下的輝鉬礦-高嶺石浮選化學(xué)為研究對象,研究輝鉬礦-高嶺石分離時的鈣離子作用規(guī)律,并通過溶液化學(xué)分析、膠體界面力計算及測量、離子吸附分析等研究,從微觀角度解釋說明鈣離子作用對輝鉬礦-高嶺石浮選化學(xué)的影響機理,為固-液界面以及固-固界面相互作用提供認知基礎(chǔ),并為實現(xiàn)輝鉬礦高效回收提供理論依據(jù)。首先,通過Zeta電位測試、表面接觸角測試、表面自由能計算等方法表征了輝鉬礦以及高嶺石的表面化學(xué)性質(zhì),結(jié)果表明:輝鉬礦的零電點大于高嶺石的零電點;輝鉬礦的基面疏水性大于端面;基面表面自由能分量中,色散分量幾乎占據(jù)100%;輝鉬礦的端面的極性部分約占其總量的7%;高嶺石表面有較高的色散分量和較低的極性分量。其次,以煤油為捕收劑,在弱酸性條件下分別研究了輝鉬礦與高嶺石的浮選性能與表面物理化學(xué)性質(zhì)的鈣離子作用,結(jié)果表明:隨鈣離子濃度增加,輝鉬礦的回收率降低,高嶺石的回收率增加;鈣離子主要以Ca~(2+)和它的羥基絡(luò)合物CaOH~+形式在礦物表面吸附;鈣離子吸附后,輝鉬礦端面接觸角改變量大于基面;鈣離子在輝鉬礦以及高嶺石表面的吸附動力學(xué)符合準(zhǔn)一級動力學(xué)模型,吸附等溫線符合Freundlich吸附等溫模型,說明鈣離子在礦物表面為多層吸附。再次,基于單礦物浮選性能與表面物理化學(xué)性質(zhì)的鈣離子作用研究基礎(chǔ)上,考察了輝鉬礦-高嶺石浮選分離的鈣離子作用,并借助礦物分散試驗、Zeta電位分布試驗以及SEM-EDS分析了鈣離子作用的本質(zhì)原因,結(jié)果表明:輝鉬礦浮選回收率及品位均隨著高嶺石含量和鈣離子濃度的增加而降低;去離子水中,輝鉬礦和高嶺石未發(fā)生異相凝聚。鈣離子存在時,輝鉬礦-高嶺石通過鈣離子形成的液橋發(fā)生異相凝聚。緊接著,通過AFM測試以及EDLVO理論計算從微觀角度揭示了輝鉬礦-高嶺石浮選分離中的鈣離子作用機制,結(jié)果表明:隨著鈣離子濃度的增加,輝鉬礦端面的電勢變化量大于輝鉬礦基面;AFM測量的輝鉬礦表面-輝鉬礦顆粒、輝鉬礦表面-高嶺石顆粒的力曲線和EDLVO理論計算結(jié)果吻合度較高;EDLVO理論計算結(jié)果顯示輝鉬礦與高嶺石顆粒間的引力主要由疏水作用力貢獻;隨著鈣離子濃度增加,顆粒間靜電斥力變小,顆粒間吸引力增大;高嶺石顆粒優(yōu)先粘附于輝鉬礦基面。然后,通過量子化學(xué)計算從原子角度明確了鈣離子在礦物表面的吸附機理,結(jié)果表明:游離Ca~(2+)更傾向于吸附在輝鉬礦S-(100)面Mo原子上方,Ca原子和表面的S原子通過3d-2p軌道雜化成鍵;CaOH~+幾乎不能自發(fā)的吸附在輝鉬礦(001)表面,而可以吸附在Mo-(100)表面S原子上方;對于高嶺石而言,游離的Ca~(2+)以及CaOH~+更傾向于吸附在帶有更多負電荷的Si(001)面,且在Si(001)面的空位吸附時體系結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定;Ca~(2+)主要通過Ca原子與高嶺石Si(001)表面的O原子形成3d-2p雜化軌道以及3p-2s雜化軌道吸附在礦物表面,而CaOH~+則主要通過Ca原子與O原子形成3p-2s雜化軌道吸附。最后,通過浮選試驗研究了輝鉬礦-高嶺石浮選的鈣離子作用調(diào)控規(guī)律,并通過分散試驗、表面電位試驗、溶液化學(xué)計算揭示了調(diào)整劑作用機理,結(jié)果表明:六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉作為調(diào)整劑時,輝鉬礦的浮選效果要優(yōu)于碳酸鈉和水玻璃;調(diào)整劑用量增加,可以減弱輝鉬礦與高嶺石異相凝聚行為;調(diào)整劑在高嶺石上的吸附作用強于輝鉬礦,四種調(diào)整劑導(dǎo)致高嶺石表面電位降低幅度為六偏磷酸鈉多聚磷酸鈉水玻璃碳酸鈉;水玻璃作用時,浮選溶液中沒有硅酸鈣沉淀生成,但是碳酸鈉、六偏磷酸鈉均可以生成不溶性鈣鹽影響礦物的親水性。該論文有圖108幅,表26個,參考文獻168篇。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD923;TD954
【圖文】：

博士學(xué)位論文礦物晶體結(jié)構(gòu)與表面物理化學(xué)性質(zhì)(Crystal StructurSurface Property of Minerals)物的浮選性能通常和它的表面物化性質(zhì)息息相關(guān)，而造成表面物化根本原因是因為礦物本身不同的晶體結(jié)構(gòu)以及不同的礦物解理方式 礦物晶體結(jié)構(gòu)1）輝鉬礦晶體結(jié)構(gòu)鉬礦的化學(xué)式為 MoS2，它的晶體結(jié)構(gòu)主要分為 2H 型、3R 型以及，其中 3R 型輝鉬礦并不常見。2H 型輝鉬礦主要形成于矽卡巖晚階段。3R 型輝鉬礦主要形成于呈浸染狀于花崗巖中。3R 型有序度高H 型以及 3R 型輝鉬礦晶體結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。

1 緒論四個 O 原子相連，每個硅氧四面體中的三個 O 原子屬于和相鄰四下的一個 O 原子朝向統(tǒng)一并形成一平面層。一個鋁氧八面體層與一層相結(jié)合，形成一個單分子層。分子層間由復(fù)雜的層間力（范德華子鍵）相連接。高嶺石晶體通�？朔䦟娱g力、沿著平行層的方向解分子層疊合便形成了高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)。高嶺石晶體一般呈現(xiàn)鱗片狀、有一些高嶺石重結(jié)晶形成板狀結(jié)構(gòu)。

圖 1-3 輝鉬礦基面的 AFM 圖[15]Figure 1-3 AFM figures of molybdenite faces[15]1) 疏水性質(zhì)有研究已經(jīng)表明，輝鉬礦的天然可浮性主要是因為它的基面硫原子[19]。當(dāng)輝鉬礦浮選速率降低時，精礦中硫含量降低，而且尾礦的硫含量要低于精礦[20]。國內(nèi)外學(xué)者通過不同方式制備輝鉬礦的測試樣品、測試輝鉬礦的接觸角，得到了不同的結(jié)論。多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果表明，輝鉬礦天然形成的基面接觸角為 80°左右[21, 22]。張其東[23]在研究中表明輝鉬礦表面潤濕接觸角在 pH 為 2~12 范圍內(nèi)變化范圍不大，數(shù)值均在 70°左右；pH 小于 7 時，輝鉬礦表面的接觸角大小不隨 pH值變化；pH 大于 7 時，輝鉬礦表面接觸角變小，推測輝鉬礦表面發(fā)生氧化形成了水化膜。王暉等[24]的研究成果表明液體在輝鉬礦壓片表面的接觸角為 92.95°，表明輝鉬礦疏水性很強。輝鉬礦-水界面相互作用自由能的分量以及范德華分量均小于零，認為輝鉬礦表面與水之間存在范德華引力和疏水引力，表面形成水化膜。隨著 pH 增加，輝鉬礦基面的接觸角會顯著降低，如圖 1-4 所示。隨著粒度的降低，輝鉬礦接觸角降低，代表輝鉬礦疏水性減弱[18]。

【參考文獻】

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本文編號：2755877