捕收劑LKD-1對石英和滑石的作用機理

代淑娟，于連濤，李曉安，沈海濤，韓佳宏

（1.遼寧科技大學礦業工程學院，遼寧 鞍山 114051；2.中國科學院金屬研究所，遼寧 沈陽 110016）

捕收劑LKD-1對石英和滑石的作用機理

代淑娟1，于連濤1，李曉安1，沈海濤2，韓佳宏1

（1.遼寧科技大學礦業工程學院，遼寧 鞍山 114051；2.中國科學院金屬研究所，遼寧 沈陽 110016）

以石英和滑石純礦物為研究對象，研究胺類捕收劑LKD-1（為多種胺的混合物并含有助溶成分）對石英與滑石的作用機理，并運用Zeta電位測定儀及紅外光譜儀分析藥劑對礦物的作用機制。結果表明：LKD-1的作用使得石英及滑石的ζ電位升高，說明藥劑在石英及滑石表面存在靜電吸附作用；石英與藥劑作用后的紅外光譜圖中各峰位均未發生位移，說明胺類陽離子捕收劑與石英作用的方式不是化學吸附；滑石與藥劑作用后出現了N-H伸縮振動的吸收峰，因此，滑石與藥劑的作用既存在物理吸附又存在化學吸附。

胺類捕收劑；石英；滑石

石英與滑石常作為脈石礦物，它們普遍存在于各種金屬礦和非金屬礦中，是選礦中較為常見的需要重視的脈石礦物，在常見的礦物中約有40%是硅酸鹽礦物。在當代礦物加工領域中浮選法是應用最廣泛的高效分離硅酸鹽礦物的方法，特別是隨著入選礦石中有用礦物的品位越來越低，礦物共生關系復雜，遇到的硅酸鹽礦物種類越來越多，因此對浮選法提出了更高的要求。可見，系統地研究捕收劑對石英與滑石的浮選行為對浮選理論與工業實踐均有十分重要的意義。

1 試驗礦樣

石英純礦物化學式為SiO2，具有架狀結構。試驗中所使用的石英純礦物取自遼寧鞍山地區，經人工破碎、揀選后獲得。滑石純礦物化學組成為Mg3［Si4O10］（OH）2，成分含量為 MgO 占31.7%、SiO2占63.5%、H2O占4.8%，試驗中所使用的滑石純礦物取自遼寧地區。對兩種純礦物樣品進行了X射線熒光光譜儀（XRF）及X射線衍射（XRD）分析，結果見表1及圖1。

表1 試樣XRF多元素分析結果

圖1 試樣XRD分析

由表1及圖1表明，石英純礦物中最主要礦物成分是石英，其他礦物由于含量極低，在X射線衍射結果中未能體現，石英純礦物純度大于98%；滑石純礦物中最主要礦物成分滑石，滑石純礦物純度大于98%，滿足試驗要求。

2 試驗方法

2.1 浮選試驗

純礦物浮選試驗使用掛槽式XFGC型浮選機。每次取純礦物3g，加入蒸餾水25mL，浮選攪拌轉速為1800r／min，再以鹽酸調節礦漿pH 值并攪拌1min，然后加入捕收劑浮選。泡沫產品及浮選槽內產品分別烘干，稱重，計算回收率。試驗流程見圖2。

圖2 純礦物的浮選試驗流程圖

2.2 動電位測量

將礦物磨至2μm以下，稱取50mg加入燒杯中，再加50mL蒸餾水，用磁力攪拌器攪拌5min后取0.5mL溶液在Zeta電位測定儀內進行測量，分別考察LKD-1在不同pH值下對其純礦物電動電位的影響。

2.3 紅外光譜測定

藥劑與礦物作用前后的紅外光譜在Perkin Elmer Spectrum One FT-IR Spectrometer 紅外光譜儀上用漫反射法測定。樣品的制備過程為：在浮選槽內加入礦樣及浮選藥劑，調解pH值后攪拌5min，待完全沉淀后進行真空抽濾，待礦樣完全風干后用研缽磨至2μm以下，礦樣與光譜純的KBr混合均勻后加到壓片磨具上加壓、制片。

3 試驗結果與討論

3.1 LKD-1對礦物表面電性的影響

礦物表面的晶格離子在水分子作用下向介質中擴散，可使礦物表面帶有電荷，礦物表面的電性影響礦粒的聚結與分散，影響礦物表面的親水性，還會影響藥劑在礦物表面的吸附等［1］。

LKD-1在水溶液中會發生解離反應，其中中性分子和離子之間的比例的大小取決與本身的解離常數和介質的pH值。研究表明在酸性pH區，胺主要以離子形式存在；當pH＞5后，胺分子才逐漸形成；在pH值為5～6的浮選礦漿里，胺存在的主要形式是RNH3＋和（RNH3）22＋，以及少量分子形式的RNH2；胺的臨界pH值為9.4，在pH＞9.4的強堿性溶液中，胺主要是以胺分子或分子離子共聚物的形式存在。

3.1.1 LKD-1對石英純礦物表面電性的影響

石英屬于典型的框架結構礦物，其晶體結構四面體中均以其四個角上的O2－分別與相鄰的四面體共用形成三維空間框架結構。石英在受力后會造成Si-O鍵大量斷裂，導致礦物表面暴露大量的Si4＋和O2－，從而使得礦物表面帶有電荷；石英在水溶液中還可以吸附定位離子，導致石英表面帶有電荷；石英在不同的pH值條件下，也可產生不同的吸附或者解離作用，形成不同的表面電性，又因為這些吸附或者解離屬于可逆過程，因此石英能在較寬的pH 值下呈負電性［2］。

石英固體表面荷電的本質，實際是其表面存在≡Si-和-O-懸空鍵，使得表面具有過剩的表面能［3］。故當石英顆粒與水溶液作用時，首先顆粒表面發生水化或羥基化反應，見式（1）、式（2）。

≡SiOH0表面在一定的pH值條件下，可在水溶液中發生質子化或去質子化反應而分別呈結合形態，見式（3）、式（4）。

在純水中，當pH＜2.5時，石英表面為SiOH＋2，顯正電性；當pH＞2.5時，石英表面主要為SiO－，顯負電性。

LKD-1與石英作用前后在不同pH值條件下的ζ電位的測定結果見圖3。

圖3 石英與LKD-1作用前后的ζ電位與pH值

從圖3可以看出，石英純礦物表面動電位隨著pH值不斷升高而降低，pH＝2.7時，石英動電位為零，當介質pH值大于石英的零電點（pH＝2.7）時，石英表面為SiO－，顯負電性與胺類陽離子RNH3＋或（RNH3）22＋發生靜電吸附，導致石英疏水，所以用陽離子捕收劑LKD-1能將石英浮起。石英與LKD-1作用后，動電位隨著pH值的不斷升高先降低后升高，在pH＝3.5時動電位為零，并且石英ζ電位整體偏高，這說明了十二胺在石英表面存在靜電吸附，當pH值大于11.4后，石英的ζ電位反而升高，說明藥劑與石英的作用增強了。由此可知，適量的LKD-1捕收劑通過靜電吸附作用在石英純礦物上，可改變其ζ電位的符號，使石英的ζ電位升高，其用量越大，石英ζ電位越大。

3.1.2 LKD-1對滑石純礦物表面電性的影響

滑石為三層結構的鎂硅酸鹽礦物，在滑石的晶格結構中，硅氧四面體連結成層，構成六方網狀層，活性氧朝向一端，每六個網狀層的活性氧通過“氫氧鎂石”層連結，形成“雙層”［3］。雙層內電荷平衡，聯結牢固；雙層之間以余鍵吸引，聯結不牢固。因此，在雙層間易解裂，具有天然疏水性，天然可浮性很好［4］。LKD-1與滑石作用前后在不同pH值條件下的ζ電位的測定結果如圖4所示。

從圖4可以看出，滑石純礦物表面動電位隨著pH值的升高而降低，且在大部分pH值范圍內顯負電性，其原因是在滑石結構中，結構單元內電荷是平衡的，在礦物解離后形成由面和棱邊組成的滑石表面，其棱邊暴露的Si4＋和O2－具有較強的鍵合羥基的能力。當pH＝2.1時，滑石動電位為零，在pH值為5.5時測得其ζ電位為－14.78mv。滑石在LKD-1作用下于pH＝5.1時取得零電點，滑石的ζ電位整體向堿性方向移動，這說明了LKD-1在滑石表面存在靜電吸附。選用適量陽離子捕收劑在pH值為5.5時，可改變滑石純礦物ζ電位的符號，試驗結果表明，LKD-1使滑石的ζ電位升高，其用量越大，滑石ζ電位越大。

3.2 LKD-1與礦物作用的紅外光譜分析

3.2.1 LKD-1與石英純礦物作用前后的紅外光譜分析

石英與LKD-1作用前后的紅外光譜如圖5所示。

圖4 滑石與LKD-1作用前后的ζ電位與pH值

圖5 石英與LKD-1作用前后的紅外光譜

從圖5可以看出，石英純礦物與LKD-1作用前后，石英的各峰位均未發生位移，但在單礦物浮選試驗中，捕收劑對石英的捕收作用很明顯。峰位的無變化一方面說明胺類陽離子捕收劑與石英作用的方式不是穩定的化學吸附，另一方面捕收劑在干燥過程中隨著水溶液揮發或者是直接升華了，這也表明胺類捕收劑與石英的作用是不牢固的靜電吸附或分子吸附。

3.2.2 LKD-1與滑石純礦物作用前后的紅外光譜分析

滑石為三層結構硅酸鹽礦物，滑石與LKD-1作用前后的紅外光譜如圖6所示。

圖6 滑石與LKD-1作用前后的紅外光譜

從圖6可以看出，滑石純礦物與LKD-1作用后，出現2926.08cm－1和2858.42cm－1的峰值是N-H伸縮振動的吸收峰；489.84cm－1的一個峰值是Si-O的彎曲振動的吸收峰。藥劑吸附后Si-O鍵的彎曲振動峰從489.84cm－1變為471.33cm－1，均發生了紅移，即振動減弱，引起滑石表面裸露在外的Si-O鍵的伸縮振動，減弱了Si-O鍵的彎曲振動效應。通過滑石及滑石與藥劑作用后的紅外光譜分析，在pH值為5.5時，滑石與捕收劑LKD-1作用后存在化學吸附。

4 結論

1）通過胺類捕收劑LKD-1對石英和滑石作用前后的動電位測定可知，LKD-1的作用使得石英的零電點由pH＝2.7移至pH＝3.5，并且隨著藥劑用量增大，石英ζ電位升高的越多；LKD-1的作用使得滑石零電點由pH＝2.1移至5.1，并且使滑石ζ電位整體升高，說明藥劑在石英及滑石表面存在靜電吸附作用。

2）通過對石英和滑石純礦物與LKD-1作用前后的紅外光譜分析可知，石英的各峰位均未發生位移，說明胺類陽離子捕收劑與石英作用的方式不是化學吸附。滑石純礦物與藥劑吸附后Si-O鍵的彎曲振動峰減弱發生了紅移，滑石與捕收劑LKD-1作用后既存在物理吸附又存在化學吸附。

［1］ 陳斌.新型捕收劑對鈦鐵礦的浮選研究［D］.長沙：中南大學，2010.

［2］ 邱楊率.高純石英選礦提純試驗研究［D］.武漢：武漢理工大學，2012.

［3］ PALANIANDY S，AZIZLIK A M.Mechanochemical effects on tale during fine grinding process in a jet［J］.International Journal of Mineral Processing，2009，92（1-2）：22-33.

［4］ 盧毅屏，陳志友，馮其明.等.表面活性劑對微細滑石的分散作用［J］.中南大學學報：自然科學版，2006，37（1）：217-220.

Research into mechanism of quartz and talc in system of LKD-1collector

DAI Shu-juan1，YU Lian-tao1，LI Xiao-an1，SHEN Hai-tao2，HAN Jia-hong1
（1.School of Mining Engineering，University of Science and Technology Liaoning，Anshan 114051，China；
2.Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China）

A study on the principles of amine collector LKD-1（a mixture of different amines with soluble ingredients）by being given to quartz and talc，and on the essence of the reagent by Zeta potential meter and infrared spectrometer.Results showed that LKD-1made zeta potential of quartz and talc rised，and electrostatic adsorption is found on the surface of them.Consideration of no displacement of each peak position infrared spectrum diagram，the adsorption is not chemical adsorption.Whereas a N-H stretching vibration absorption peak was found after the process of interaction of talc and tegent，consequently，there are both physical adsorption and chemical adsorption about the effect of talc and reagent.

amine collector；quartz；talc

TD97

A

1004-4051（2015）10-0141-04

2014-08-25

代淑娟（1967－），女，遼寧新民人，博士，教授，主要從事礦物加工理論、工藝及資源微生物技術研究。E-mail：shujuandai＠163.com。