1、鋁土礦脫硫捕收劑的分子構(gòu)筑及其作用機(jī)理研究隨著高品質(zhì)鋁土礦資源不斷開(kāi)發(fā) , 高硫鋁土礦逐漸成為我國(guó)拜耳法生產(chǎn)氧化 鋁的主要原料。高硫鋁土礦硫含量大于 0.7 wt%, 含硫礦物主要以黃鐵礦形式存 在。高硫鋁土礦直接利用不利于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 , 必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)先脫硫。浮 選脫硫是實(shí)現(xiàn)高硫鋁土礦提質(zhì)降硫的有效手段 , 浮選藥劑那么是影響浮選效果好壞 的關(guān)鍵因素。本研究在考察高硫鋁土礦物化特征的根底上 , 根據(jù)浮選藥劑分子結(jié)構(gòu)理論 , 設(shè)計(jì)并合成了一系列新型巰基咪唑類(lèi)浮選脫硫捕收劑 ; 運(yùn)用量子化學(xué)密度泛函理 論(DFT),分析計(jì)算了藥劑與礦物作用的前線(xiàn)軌道能量判據(jù)；通過(guò)單礦物浮選試驗(yàn) 考察了藥劑

2、作用下黃鐵礦、白云母、一水硬鋁石等單礦物的浮選行為 ,系統(tǒng)研究 了藥劑的浮選性能；通過(guò)吸附試驗(yàn)、分子動(dòng)力學(xué)模擬及EDLVO理論,揭示了捕收劑 在黃鐵礦 -水表界面的作用機(jī)制 ； 最后將新型藥劑用于高硫鋁土礦浮選脫硫。 具體 研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用X熒光光譜(XRF)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、 巖相分析對(duì)高硫鋁土礦物化特征進(jìn)行分析表征。結(jié)果說(shuō)明,高硫鋁土礦總S含量為2.87 wt%,鋁硅比(A/S)為3.36。有用礦物 為一水硬鋁石 , 含硅脈石礦物為白云母 , 硫主要以黃鐵礦形式存在 ； 礦物顆粒細(xì)小 且嵌布緊密 , 屬于典型難選低品質(zhì)高硫鋁土礦。通過(guò)破碎和細(xì)磨 , 礦石在

3、一定程度上實(shí)現(xiàn)了單體解離。 (2) 根據(jù)浮選藥劑分子 結(jié)構(gòu)理論,設(shè)計(jì)了巰基咪唑極性基及不同碳鏈結(jié)構(gòu)和空間尺寸的非極性基 ,構(gòu)筑 了一系列新型巰基咪唑類(lèi)兩性捕收劑 ,分別為:具有長(zhǎng)碳鏈小幾何尺寸的捕收劑 (M1), 具有長(zhǎng)碳鏈大尺寸的捕收劑 (M2), 具有短碳鏈的含羥基捕收劑 (M3), 具有短 碳鏈的含羧基捕收劑 (M4)DFT計(jì)算結(jié)果說(shuō)明,捕收劑分子的反響活性順序?yàn)椋篗2>M1 >M4>M3, 主要鍵合原子為極性基上的S原子和N原子。四種捕收劑與黃鐵礦的前線(xiàn)軌道作 用能 E1均小于白云母和一水硬鋁石。根據(jù)所設(shè)計(jì)的藥劑分子結(jié)構(gòu) , 采用一步合成法綠色合成了巰基咪唑類(lèi)捕收劑。

4、 傅里葉紅外吸收光譜(FTIR)、核磁共振波譜(NMR)紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)、 熱重-差熱分析(TG-DSC)測(cè)試結(jié)果說(shuō)明,成功合成的巰基咪唑類(lèi)捕收劑具有紫外 吸收特性和較好的熱穩(wěn)定性。(3) 單礦物浮選研究說(shuō)明 , 巰基咪唑類(lèi)兩性捕收劑作用下 , 黃鐵礦的浮性回收 率高于一水硬鋁石和白云母以及其他脈石礦物高嶺土和石英。 具有長(zhǎng)碳鏈大尺寸 的捕收劑M2對(duì)黃鐵礦的浮選別離效果最好，這與量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果一致。四種巰基咪唑類(lèi)捕收劑浮選黃鐵礦較優(yōu)的條件分別為 ： 酸性、堿性、強(qiáng)堿性、 中性。捕收劑M1和M4在較低用量時(shí)黃鐵礦浮選回收率較高，提高捕收劑M2和 M3的用量可以提高黃鐵礦的浮選

5、回收率。(4) 定量吸附研究說(shuō)明 , 巰基咪唑類(lèi)捕收劑在黃鐵礦外表的吸附量均高于一 水硬鋁石和白云母 ,這是黃鐵礦浮選回收率高于一水硬鋁石和白云母的原因。具 有長(zhǎng)碳鏈大尺寸的捕收劑 M2在黃鐵礦外表的吸附量高于小尺寸、短碳鏈的捕收 劑M1 M3和 M4,這與量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果及分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果一致。捕收劑M2在黃鐵礦外表的吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，等溫平衡吸附 符合基于多層吸附的 Freundlich 吸附等溫線(xiàn)模型 , 吸附過(guò)程屬于非自發(fā)的吸熱 過(guò)程,升高溫度有利于吸附。(5)采用SEM FTIR、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、接觸角測(cè)定和 Zeta 電位分析等測(cè)試研究說(shuō)明 , 巰基咪唑捕

6、收劑類(lèi)捕收劑在黃鐵礦表 面均勻分布 ; 捕收劑作用后的黃鐵礦外表疏水性增加 ,外表負(fù)電位減小巰基咪唑類(lèi)捕收劑與黃鐵礦的作用機(jī)理主要為外表化學(xué)反響和螯合作用。 表 面化學(xué)反響主要是巰基與黃鐵礦外表的 Fe 原子形成共價(jià)鍵。螯合作用主要通過(guò)巰基咪唑上的 N原子和S原子與Fe原子進(jìn)行化學(xué)配位。 EDLVC研究說(shuō)明,巰基咪唑類(lèi)捕收劑主要通過(guò)增加黃鐵礦顆粒的表界面疏水作用 力及疏水性促進(jìn)黃鐵礦顆粒聚團(tuán)上浮。(6) 通過(guò)開(kāi)展高硫鋁土礦浮選脫硫試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn) , 新型捕收劑均具有較好的脫硫效果,長(zhǎng)碳鏈大尺寸的捕收劑M2的脫硫效果最好。在一步浮選脫硫的根底上 通過(guò)工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了同步浮選脫硫脫硅 ,優(yōu)化的工藝條件為 :磨礦粒度 (-0.074 mm為74%體系溫度為30C,攪拌速度為2200rpm,礦漿pH為9,改性淀粉抑制劑 用量50 g/t,活化劑用量為20 g/t,捕收劑為M2用量為120 g/t,捕收劑CTAB用 量為 100g/t, 起泡劑用量為 120 g/t 。最終得到鋁精礦的 S 含量為 0.27