三種含鈣礦物晶體各向異性與浮選行為關(guān)系的基礎(chǔ)研究.pdf

1、含鈣礦物之間的浮選分離是當(dāng)今選礦難題之一。通常，浮選礦漿中常見的礦物暴露面包括破碎和細(xì)磨產(chǎn)生的解理面及礦物晶體形貌中常暴露的晶面。白鎢礦、方解石和螢石三種含鈣礦物均具有復(fù)雜的晶體習(xí)性，暴露出大量表面物理化學(xué)性質(zhì)各異的晶面和解理面。研究三種含鈣礦物晶體各向異性，比較分析三種礦物晶體常見暴露面之間表面性質(zhì)存在的差異，對(duì)于從原子-分子層面理解和解釋陰離子、陽離子捕收劑與含鈣礦物的作用機(jī)理、解決含鈣礦物選擇性浮選分離難題，具有重要的理論指導(dǎo)意義

2、。
　　本研究借助MS5.0軟件計(jì)算并建立了各晶面未飽和鍵密度和表面能之間的關(guān)系，據(jù)此預(yù)測(cè)并借助XRD測(cè)試確認(rèn)了三種礦物常見的解理面和暴露面。通過AFM觀察、接觸角測(cè)量、MD模擬和單礦物浮選試驗(yàn)等手段，研究了三種礦物晶體常見暴露面的微觀形貌、潤(rùn)濕性和表面自由能，及油酸鈉和十二烷基胺(DDA)在弱堿性條件下與三種礦物常見暴露面的作用差異及機(jī)理，并比較分析了兩種捕收劑與三種礦物的作用差異。重要研究發(fā)現(xiàn)及結(jié)論如下:
　　1.DFT

3、模擬計(jì)算表明，三種礦物表面未飽和鍵密度與表面能之間呈正比例關(guān)系。礦物晶體電性中和面的層間距越大，斷裂鍵密度越小，越容易沿此方向產(chǎn)生解理和裂開;表面能越小的晶面越容易在晶體的最后穩(wěn)定形貌中暴露。分析表明，白鎢礦{001}和{112}面，方解石{214}、{018}和{104}面，螢石{111}和{100}面分別為三種礦物晶體的最常見暴露面，與XRD測(cè)試結(jié)果一致。
　　2.AFM觀察表明，白鎢礦{112}解理面較{001}解理面更光滑

4、，表明沿{112}面更容易產(chǎn)生解理。方解石{018}面上觀察到了沿[441]鍵鏈方向的雙晶生長(zhǎng)紋;方解石{104}解理面與空氣和蒸餾水接觸后，表面重構(gòu)和溶解現(xiàn)象較明顯。螢石{100}晶面觀察到了與棱平行的嵌木地板式條紋，{111}解理面存在高度約為0.315 nm（F--Ca2+-F-離子層高度）整數(shù)倍的臺(tái)階。與蒸餾水作用后，{100}面呈階梯性溶解，而{111}面的溶解現(xiàn)象不明顯，這與垂直于表面的偶極矩帶電情況有關(guān)。每種礦物常見暴露面

5、潤(rùn)濕性大小與蒸餾水在暴露面上的粘附功成正比，表面自由能與表面未飽和鍵密度呈正比例關(guān)系。
　　3.MD模擬表明，陰離子捕收劑油酸離子與礦物表面Ca質(zhì)點(diǎn)形成橋環(huán)配位構(gòu)型時(shí)化學(xué)吸附能最大，雙配位次之，單配位最低。油酸離子在每種礦物常見暴露面上的吸附密度和吸附能越大，表面疏水性越強(qiáng)，與AFM觀察結(jié)果和接觸角測(cè)量結(jié)果一致。與濃度低于1×10-4mol/L的油酸鈉作用后，三種礦物常見暴露面的疏水性和純礦物浮選回收率大小順序皆為:螢石＞方解石＞

6、白鎢礦，可由油酸離子在三種礦物表面的吸附能、吸附密度及每種礦物表面斷裂鍵的鍵能等因素解釋。
　　4.MD模擬表明，陽離子捕收劑DDA分子可在三種礦物表面吸附，主要依靠分子中的N與礦物表面Ca質(zhì)點(diǎn)之間的靜電吸引，-NH2中的H與表面O(F)質(zhì)點(diǎn)形成N-H…O(F)氫鍵起輔助作用。礦物表面電性對(duì)DDA組分在三種礦物表面的吸附起決定影響。Zeta電位測(cè)試表明，弱堿性pH值下，DDA陽離子-分子同時(shí)吸附在帶負(fù)電的白鎢礦表面，而帶正電的方解

7、石和螢石表面則只有DDA分子吸附，與AFM觀察和接觸角測(cè)量結(jié)果基本一致。MD模擬表明，與方解石相比，螢石與DDA分子的作用能更大，在DDA溶液中Zeta電位的增幅更大。因此，在pH為7.0-8.0的條件下，DDA對(duì)三種含鈣礦物的捕收性能強(qiáng)弱順序?yàn)?白鎢礦＞螢石＞方解石。
　　5.從潤(rùn)濕性和吸附能的角度考慮，在三種礦物的浮選實(shí)踐中，增大白鎢礦{001}面、同時(shí)減少方解石{018}面和螢石{100}面在礦物粉末樣中的暴露比例，有利于實(shí)