浮选配位化学模型、溶液化学计算和扩展的DLVO理论在浮选机理研究中的应用进展

当把实验室的理论研究成果应用于生产实践时,经常发现两者间存在明显的差异,使得浮选研究,尤其是纯矿物研究的实用性大大降低,造成理论研究与实际应用结果存在差异的原因在于浮选过程的复杂性,研究中不仅要关注药剂在矿物表面吸附的化学原理,还需要对浮选所处的化学环境(溶液条件、伴生矿物)进行综合的考虑分析。近年来,随着矿物浮选配位化学模型的提出和溶液化学理论的不断完善,给实现理论研究指导实际生产的目标提供了可能性。因此,收集总结了国内外关于矿物浮选配位化学模型、溶液化学计算和扩展的DLVO理论在矿物浮选机理研究中的应用实例,从理论内容、计算过程和应用实例等方面进行介绍并加以评论,以期对将来的浮选研究起到一定的参考作用。

陕西师范大学溶液化学与功能材料团队提出新型钛调节策略

日前,陕西师范大学化学化工学院溶液化学与功能材料团队翟全国教授课题组在国际顶级学术期刊《化学》(Chem)上连续发表两项研究成果,陕西师范大学均为唯一署名单位。钛基金属-有机框架(Ti-MOFs)由于其优异的稳定性和光活性在气体捕获、存储和光催化转化方面受到广泛关注,然而,Ti(Ⅳ)离子在结晶过程中具有极高的反应活性使得Ti-MOFs的精准合成受到了很大阻碍。为解决此难题,溶液化学与功能材料团队提出了新型钛调节策略,实现了系列Ti调节MOFs(TiM-MOFs)晶体的精准合成和可控结构转变,在可见光条件下可将烟道气一步高效催化转化为环状碳酸酯。相关成果发表在2024年2月的Chem期刊上,论文的通讯作者为袁文玉副研究员和翟全国教授,第一作者为博士研究生范书聪。

一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离的溶液化学

分析了我国铝土矿中一水硬铝石和铝硅酸盐脉石矿物的晶体结构与表面性质。一水硬铝石与铝硅酸盐脉石矿物晶体结构的差异、表面断裂的Al—O和Si—O键及表面离子活性区的差别 ,可影响矿物表面的润湿性与可浮性 ,类质同象及各种晶格杂质离子也将影响浮选剂与矿物表面的相互作用和矿物可磨性。提出了正浮选、反浮选铝硅分离的技术原型 ,用溶液化学计算研究了其基本原理。结果表明 :通过溶液化学计算可确定阴离子捕收剂正浮选脱硅时捕收剂 ,分散剂和 pH三者之间的匹配关系 ;矿物的PZC与捕收剂的pKa 值是阳离子捕收剂反浮选的主要控制参数 ;阴离子捕收剂反浮选时 ,铅盐和钙盐是浮选铝硅酸盐较理想的活化剂。

一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离溶液化学 Ⅰ—晶体结构与可浮性

系统分析了我国铝土矿中含硅脉石矿物高岭石、伊利石、叶蜡石的晶体结构与表面性质 ,讨论了晶体结构与铝硅酸盐矿物表面断裂键的特性、润湿性、电性及可浮性的关系 ,以及晶格杂质与可磨性对浮选行为的影响。结果表明三种矿物晶体边面上晶面的单位面积断裂键数皆有如下关系 :NSi-O( 110 ) <NSi-O( 0 10 ) <NSi-O( 10 0 ) ,NAl-O( 110 ) <NAl-O( 0 10 ) <NAl-O( 10 0 ) ,它从理论上解释了高岭石、叶蜡石和伊利石三种矿物晶体边面上润湿性的各向异性 ,一水硬铝石及铝硅酸盐矿物晶体结构的差异 ,使表面断裂的Al—O、Si—O键及表面离子活性区存在差别 。

磷灰石常温浮选溶液化学的研究

采用十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）作为油酸浮选的增效剂，进行了磷灰石石英人工混合矿分离实验。当ＳＤＢＳ为油酸用量的１０％时，在低温（１０℃）条件下，可使浮磷回收率提高４０％左右，达到单独使用油酸加温浮磷相同的效果。溶液化学研究表明：作为增效剂的ＳＤＢＳ，可促进油酸分散和溶解，同时抑制磷灰石溶解，降低钙离子浓度，从而促进油酸根离子在矿粒表面吸附。

煤泥水中主要金属离子的溶液化学研究

对煤泥水水质普查和溶液化学特征分析得出 ,煤泥水正常的 pH值范围为 7 0～ 8 5 ,在煤泥水中以游离态形式存在的主要有钙、镁、钾、钠金属离子 ,钙离子是黏土颗粒表面吸附的主要离子。溶液化学计算表明 ,虽然黏土颗粒界面区域钙离子的Ksp ,s小于溶液中Ksp,但由于ci,s小于pHs 所对应的形成沉淀的最小浓度 ,因此钙离子在黏土颗粒表面不能以表面沉淀形式存在。

孔雀石／菱锌矿浮选溶液化学研究

研究了孔雀石和菱锌矿的动电和浮选行为，浮选试验和溶液化学计算表明，Ｎａ２Ｓ硫化作用的主要组分是ＨＳ－，ＨＳ－与矿物表面反应的自由能变化最负的ｐＨ范围与硫化浮选ｐＨ范围一致。孔雀石溶解Ｃｕ２＋在菱锌矿表面的化学反应，可导致菱锌矿表面产生ＣｕＣＯ３沉淀，使菱锌矿表面电性类似于孔雀石表面，菱锌矿在孔雀石澄清液中的浮选受到活化。而菱锌矿溶解Ｚｎ２＋使孔雀石在菱锌矿澄清液中的浮选受到抑制。

碳钢缝隙内溶液化学和阳极极化行为研究

为研究缝隙腐蚀的溶液化学和缝中金属阳极极化行为，设计一种楔形缝隙模拟装置．以碳钢为研究对象，分别测试了在３．５％（ｗｔ）ＮａＣｌ溶液中缝内各位置的电极电位、Ｃｌ－浓度、ｐＨ值以及缝外阳极极化时电流密度的变化．结果表明：非极化状态下，距离缝口约２ｃｍ处的金属电位最负，最容易被腐蚀．缝外阳极极化促进缝隙腐蚀，并使得缝内溶液Ｃｌ－和Ｈ＋富集更严重；缝口金属受极化影响，腐蚀加剧。

溶液化学对高岭土吸附腐植酸影响的实验研究

对溶液化学(pH值,离子强度和溶液组成)如何影响高岭土吸附腐殖物质(HS)的实验,结果表明,溶液化学显著影响有机物在矿物表面覆盖的形成和属性:随pH值的增加,腐植酸(HA)在高岭土上的吸附率降低;随离子强度增加,高岭土对HA的吸附率呈现增加趋势;由于溶液中高岭土的含量腐植酸含量,HA的吸附等温线显示出随HA的增加吸附量增加的趋势。

萤石-白钨矿浮选分离体系中硅酸钠的溶液化学行为

针对传统溶液化学计算法难以处理复杂溶液体系的问题,采用Newton-Raphson数值计算法对复杂溶液体系进行溶液化学计算,利用硅酸钠添加总浓度代替活度绘制新型组分浓度图,研究硅酸钠在萤石白钨矿浮选分离中的作用机理。通过进行纯矿物浮选实验、Zeta电位测试,结合组分浓度图,初步确定硅酸钠在油酸钠浮选分离萤石白钨矿中的主要抑制机理是在萤石表面选择性地生成了硅酸钙沉淀,相关的XPS分析结果进一步证实了这一结论。结果表明,在适量硅酸钠抑制条件下可以选择性地分离萤石和白钨矿,该溶液化学新方法在分析和预测盐类矿物浮选过程中具有很好的实践指导意义。

水玻璃与磷灰石、方解石作用的溶液化学研究

本文通过浮选实验,ζ-电位与吸附量测定及溶液平衡计算,研究了水玻璃与磷灰石及方解石的相互作用。方解石的溶解度较大,溶解后钙离子浓度较大,水玻璃水解组分HSiO_3及SiO_3^(2-)与方解石表面Ca^(2+)发生化学反应,生成硅酸钙沉淀,硅酸钠在方解石表面的吸附量远大于在磷灰石表面的吸附量。水玻璃使方解石表面负ζ-电位显著增大,在pH>9.5,对方解石有选择性抑制作用。

阴离子捕收剂浮选一水硬铝石溶液化学机理

利用激光动电位测定一水硬铝石的等电点为pH =6 2。用阴离子捕收剂十二烷基磺酸钠和油酸钠浮选一水硬铝石 ,十二烷基磺酸钠与一水硬铝石以静电作用为主 ,并发生半胶束吸附 ,最佳浮选范围为pH <6 2 ;而油酸钠浮选一水硬铝石时为化学吸附 ,当油酸钠浓度为 1× 10 - 4 mol L时 ,一水硬铝石最佳浮选范围为pH =5～ 9。溶液化学计算得到的油酸钠浮选一水硬铝石的pH值上限和下限与试验结果一致。

电解制备高效聚合铝的溶液化学因素

采用电化学方法合成聚合氯化铝(PAC),通过在线有效控制电解过程的关键参数,可以制备出高碱化度(B)、高Al_b(或Al_(13))含量的PAC液体产品。本文研究了PAC电合成的重要溶液化学因素,如电解液的性质,浓度、组成、pH、离子迁移,形态转化等,从而提出了制备设定浓度和碱化度的PAC的最佳溶液化学条件,并证明溶液化学因素与电量参数之间具有必然联系。

天青石精矿制备碳酸锶工艺及其溶液化学机理

研究了天青石精矿复分解法制备碳酸锶的工艺及溶液化学作用机理。当以Na2CO3为转化剂,SrSO4转化率最高可达97.77%;而用(NH4)2CO3作转化剂时,SrSO4转化率最大仅为78.66%。溶液化学研究结果表明:在复分解反应体系内,反应的实际转化剂为CO32-离子;当溶液pH值大于10.3时,溶液中CO32-离子占主要部分,有利于SrSO4的转化;当溶液pH值低于8.5时,溶液中CO32-的摩尔分数接近于零,SrSO4的转化反应趋于停止。pH值测定结果表明:当温度低于25℃时,(NH4)2CO3溶液的pH值在8.63～8.79之间,而Na2CO3溶液的pH值保持在11.0以上。反应体系内pH值的差异是导致以Na2CO3作转化剂时SrSO4转化率显著高于以(NH4)2CO3作转化剂的根本原因。

白钨矿／萤石浮选行为的溶液化学研究

本文根据溶液化学原理，通过浮选实验、ξ－电位测定及俄歇电子能谱分析，研究了白钨矿、萤石的溶解组分与其表面的相互作用，确定了萤石／白钨矿表面转化的临界ｐＨ值及其对矿物表面电性与浮选行为的影响规律。研究了两性捕收剂的解离平衡与其捕收性能的关系。确定了无机抑制剂抑制萤石的最佳ｐＨ条件。

煤炭的浮选溶液化学分析

对煤炭浮选过程所涉及的浮选溶液化学问题进行了简单评述,主要分析了矿物表面的润湿性、气泡表面的选择性矿化以及浮选药剂与矿物的作用三方面内容。

苯甲羟肟酸捕收白钨矿浮选溶液化学研究

用浮选溶液化学的观点论述了白钨矿与苯甲羟肟酸溶解组分的logC -pH图 ,从理论上分析白钨矿表面的ζ -电位与矿浆 pH值的关系。浮选溶液化学研究结果表明 ,用苯甲羟肟酸捕收白钨矿过程中 ,当pH <1.3时 ,虽然白钨矿表面带正电 ,但苯甲羟肟酸没有解离 ,不利于苯甲羟肟酸阴离子的吸附 ;在 4.7<pH <13 .7区间内 ,白钨矿表面金属定位离子为Ca2 + ,有利于苯甲羟肟酸静电吸附 ,且通过化学键合 。

胶磷矿-白云石体系中离子的溶液化学行为研究

考察了胶磷矿-白云石体系中溶解离子对矿浆酸碱性的调控行为机理,分析了无机阴离子在矿浆体系中的赋存状态及发挥调整作用的有效组分,进一步解释了药剂与矿物表面的作用机理。

锰结核浸出液中铜镍钴离子浮选的溶液化学研究

通过溶液化学计算确定了从锰结核浸出液中浮选铜镍钻离子的有效捕收剂，用量及pH范围。乙基黄药、丁基黄药和二乙基二硫代氨基甲酸钠（硫氮九号）是铜离子浮选的有效捕收剂，了基黄药和硫氮九号是镍钻离子浮选的有效捕收剂，用乙基黄药可浮选镍钻，但必须过量。AI3+、Fe2+和Mn2+等共存离子通过其水解作用而对铜镍钻离子浮选产生不利影响。离子浮选的最佳pH范围为2．5～4。

辛基羟肟酸捕收一水硬铝石的浮选溶液化学研究

用浮选溶液化学的观点论述了辛基羟肟酸与一水硬铝石溶解组分的log C-p H图,从理论上分析辛基羟肟酸在一水硬铝石表面的吸附方式,并由红外光谱进行验证。浮选溶液化学和红外光谱分析结果表明,一水硬铝石与辛基羟肟酸的最佳作用区间为5.5<p H<8.5,此时一水硬铝石定位离子为Al-OH和AlO-,辛基羟肟酸阴离子[B-]离子通过化学作用吸附在一水硬铝石表面,且在p H=8.4左右达到最大值。