（矿物加工工程专业论文）钛铁矿与钛辉石的表面溶解对矿物可浮性的影响研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 微细粒钛铁矿比表面积大，在浮选矿浆中的表面溶解将改变矿 物的表面性质与浮选矿浆的溶解化学环境，影响矿物的分离。攀枝 花钛铁矿中细粒矿物含量高( 1 9 h m 占3 5 左右) ，矿物溶解行为复 杂，严重恶化钛铁矿与硅酸盐脉石的分离。论文研究了钛铁矿与钛 辉石表面离子的溶解行为；系统考查了p h 调整剂种类、矿物溶解以 及溶解离子对钛铁矿和钛辉石浮选行为的影响及其影响机理；并分 析及明确了油酸钠浮选钛铁矿与钛辉石体系中，不同矿浆p h 值条件 下，影响钛铁矿与钛辉石浮选分离的因素，以及油酸钠与钛铁矿和 钛辉石表面离子的作用原理。得到以下研究结果。 ( 1 ) 钛铁矿的可浮性强于钛辉石。采用h 2 s 0 4 作为p h 调整剂 可增大钛铁矿与钛辉石的可浮性差异。在p h 为5 5 6 的弱酸性和 p h 为9 1 0 的弱碱性条件下存在钛铁矿与钛辉石浮选分离的可能 性。 ( 2 ) 浮选过程中，钛铁矿与钛辉石表面的金属离子c a 2 + 、m 9 2 + 、 a 1 3 + 、f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) 均能大量溶出，溶出量都随p h 值升高而降 低，且钛辉石表面离子的溶出量均显著大于钛铁矿。离子溶出量高 低顺序为c a 2 + m 9 2 + f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) a 1 3 + t i 4 + ，c a 2 + 、m 9 2 + 在p h a 1 3 + f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) t i 4 + ，w h e r e b yc a 2 + ， m 9 2 “a v er 锄a r k a b l es o l u b i l i 够w h e np h 1 1 ，a 1 3 + a n df e ( f e 2 + ，f e 3 + ) h a v ear i g h ta m o u n to fr e a s eo n l yw h e np h 一p再一：e30 硕i 二学位论文第二章试验样品、试剂、仪器及研究方法 d i a m e t e r 哪 图2 4 - 2 0p m 钛辉石单矿物粒度分布曲线 f i g 2 4 - 2 0 p mp a r t i c l es i z cd i s t r i b u t i 伽c u r v eo ft i t a n 卸西t e 2 2 试验药剂和仪器 试验所用捕收剂为油酸钠，用量为2 1 0 o 儿，试验用水为一次蒸馏水。 表2 2 试验主要设备一览表 t ：出1 e2 2t _ l l em a i ni i l s t n 】m e n t su s e di i lt e s t 1 7 硕士学位论文第二章试验样品、试剂、仪器及研究方法 表2 - 3 试验所用药剂 ! 垒q ! 宝三：2 壁垒g 翌堡2 1 墅2 塑r 吼婴! 也业! p 呈2 望 名称化学式品级生产厂家 2 3 试验的研究方法 2 3 1 浮选试验 浮选试验是在容积为4 0 m l 的x f g 型挂槽式浮选机上进行，浮选温度为 2 5 。每次试验称取矿样2 9 置于浮选槽内，加入适量蒸馏水，搅拌1 m i n 后加 p h 调整剂搅拌3 m i i l ，再加捕收剂搅拌3 m i n ，经f 5 0 c 型精密p h 计测定p h 值 后，浮选3 m i n 。浮选过程采取手工刮泡，浮选完成后将刮出的泡沫( 精矿) 烘 干、称量、化验、计算回收率。试验流程如图2 5 所示。 硕士学位论文第二章试验样品、试剂、仪器及研究方法 矿样2g 1 m i n ： ( 搅拌 3 m i l l ：( p h 调整j ( 3 m i i l l o 的中性和强碱性条件下具有 一定的可浮性。 在p h 为5 5 6 的弱酸性和p h 为9 1 0 的弱碱性条件下存在钛铁矿与钛 辉石浮选分离的可能性，实现两种矿物浮选分离的p h 区间窄，必需在钛铁矿 与钛辉石的浮选体系中加入钛辉石的抑制剂。 ( 2 ) 钛铁矿与钛辉石经h 2 s 0 4 溶解作用后其可浮性都变差，钛铁矿与钛辉 石在p h m 矿+ f e ( f c 2 + ，f e 3 + ) a 1 3 + t i 4 + ， 其中c a 2 + 、m 孑+ 在p h f e ( f e 2 + ，f c 3 + ) a 1 3 + t i 4 + 。 钛铁矿与钛辉石矿物表面金属离子的溶解行为的差异，与金属离子在两 硕上学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 种矿物表面的含量及存在形式的差异有关。 4 2 矿物表面溶解对矿物可浮性的影响 由钛铁矿与钛辉石矿物溶解性研究可知，在浮选过程中，将有大量的金属 阳离子自矿物表面溶解于浮选矿浆中。为了研究研究钛铁矿与钛辉石表面溶解 对矿物可浮性的影响，设计了如下对比浮选试验。 试验矿样为三种：未经处理的原矿样；溶解作用后的矿样；脱除 溶解离子后的矿样。其中矿样和矿样的具体处理方法如下：每次称取所制 得纯矿样2 9 置于烧杯中，加入3 0 m l 的蒸馏水，用h 2 s 0 4 调节矿浆溶液p h 值， 用磁力搅拌器搅拌1 0 m i n 后测得p h 值为5 6 ，将此矿浆直接用于浮选，称为溶 解作用后的矿样，即矿样；将此矿浆于离心机内在3 5 0 0 r a p s 转数下离心1 0 i n i i l 后，将上清液倒出后所剩的固体矿物用于浮选，称为脱除溶解离子后的矿样， 即矿样。考查三种矿样在不同p h 值下的可浮性，结果如图4 2 所示。 可以看出，未经处理的钛铁矿原矿在p h 5 5 的p h 范围钛铁矿都保持了 较好的可浮性。经h 2 s 0 4 溶解作用后，其可浮性在p h 为6 9 5 的弱酸性、弱 碱性及中性条件下有所降低。脱除溶解离子后，钛铁矿的浮选行为与溶解作用 后直接浮选具有相同的变化趋势，但在p h 9 的范围内却更加抑制了钛铁矿的浮选。 未经处理的钛辉石原矿在p h 为6 9 和p h 1 0 的中性和强碱性条件下具 有一定的可浮性。经h 2 s 0 4 溶解作用后，在p h 9 5 的强碱性条件下钛辉石的 可浮性没有变化，而在p h 9 5 的强碱性条件下不浮。 溶解作用及脱除溶解离子后矿物的浮选行为发生了变化，与矿物表面离子 的溶解，以及溶解离子在一定条件下以某种形式在矿物表面的吸附有关。矿物 经h 2 s 0 4 溶解作用后其可浮性降低，说明矿物表面与油酸钠作用的主要活性质 点离子被溶解于矿浆溶液中，且没有再以一定形式吸附于矿物表面。脱除溶解 离子后与溶解作用后直接浮选相比，在一定的p h 条件下，矿物的可浮性进一 步降低甚至不可浮，则说明在此p h 条件下，已于弱酸性条件下溶解出来的某 种离子，将以一定形式返吸附于矿物表面而使矿物保持一定的可浮性。 因此，不难得知，已于p h 值为5 6 的弱酸性条件下从钛铁矿与钛辉石表面 溶解的某些金属离子，将在p h 9 5 的强碱性条件下，以某种存在形式返吸附 与矿物表面；值得注意的是，这些离子只是强碱性条件下钛铁矿表面与油酸钠 硕士学位论文第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 作用的主要活性吸附点之一，但却是强碱性条件下钛辉石表面能与油酸钠作用， 使其具有较好可浮性的活性吸附点。 ( a ) 钛铁矿；m ) 钛辉石 图铊矿物可浮性与p h 值的关系( 油酸钠浓度为2 l o o l l ) f i g 4 2r e l a t i o n s h i pb e 似e 朗m i l l 啪ln o a t a b i l i t ) ，加dp h v a l u e ( c ( s o d i u mo l e a t e 户2 l0 r 4 m o l 1 0 由以上浮选试验研究可知： 钛铁矿与钛辉石表面离子大量溶解后，其可浮性变差。一定p h 条件下 某些溶解离子可以某种形式再吸附于矿物表面，使矿物具有一定可浮性。 在p h 9 5 的强碱性条件下返吸附于钛辉石表面的离子，是其表面能与 油酸钠作用而使其具有较好可浮性的活性质点；却只是钛铁矿表面与油酸钠作 用的主要活性质点之一。 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 4 3 溶解离子对矿物可浮性的影响 从以上两节的试验研究及分析可知，钛铁矿与钛辉石表面晶格离子在浮选 过程中均具有较大的溶解度，溶解离子进入溶液使浮选矿浆的溶液化学环境发 生变化，从而影响着矿物的浮选行为。因此，为了明确钛铁矿与钛辉石矿物表 面溶解离子c a 2 + 、m f + 、a l ”、f e 3 + 和f e 2 + 中各离子对矿物的可浮性产生的具体 影响、如何影响的以及可能采取的消除措施，将在如下两个浮选体系中添加各 种金属离子，考查其对矿物浮选行为的影响：钛铁矿与钛辉石原矿样；在 p h 值为5 6 的弱酸性条件下充分搅拌溶解至达到溶解平衡后，脱除矿浆中的溶 解离子后的钛铁矿与钛辉石矿样。 4 3 1 钙离子对矿物可浮性的影响 图4 3 为在原矿样以及矿物经溶解作用并脱除溶解离子的浮选体系中加入 c a 2 + 后，钛铁矿、钛辉石可浮性与矿浆p h 的关系。可以看出，在原矿浮选体系 中加入c a 2 + 后，钛铁矿的可浮性变化不大；而在p h 7 3 5 的碱性条件下，显著 活化了钛辉石的浮选。 在经搅拌并离析掉溶解离子后的浮选体系中加入c a 2 + 则可使钛铁矿的可浮 性基本恢复到原矿样的水平；而对于钛辉石，其可浮性则只能恢复到溶解后直 接浮选的水平。 图4 - 4 为p h = 5 5 0 5 7 7 的条件下，矿物可浮性与向原矿样中加入的c a 2 + 用量的关系。可以看出，在此酸性条件下，所加入的c a 2 + 用量高低对钛铁矿与 钛辉石的可浮性均没有影响。 硕士学位论文第四章表面溶解对矿物叮浮性的影响 ( a ) 钛铁矿；( b ) 钛辉石 图4 3 添加钙离子后矿物可浮性与p h 的关系 ( 油酸钠浓度为2 1 0 。4 m o l l ，c a 2 + 浓度l l o 。3 m o l l ) f i g 4 - 3r e l a t i o n s h i pb e t 、饥m _ i 1 1 e m l 日o a t a b i l 时埘t l lc a i c i 啪i 孤dp hv a l 眦 ( c ( s o d i 啪0 1 e a t e 户2 1 0 。4 m o l i 。，c ( c a 2 + ) = l lo 3 m 0 1 1 0 图4 _ 4 矿物可浮性与钙离子浓度的关系( 油酸钠浓度为2 1 0 o l l ；p h 值为5 5 0 5 7 7 ) f i g 4 _ 4r e l a t i 伽s h i pb e 铆e 锄m i n e r a lf l o a t a b i l i t y 觚dc o n c 锄缸t i o no fc a l c i u mi o n ( c ( s o d i 啪o l e a t e ) = 2 l o 。4 m o l l ；p h = 5 5 0 5 7 7 ) 由以上试验研究可知： 在p h 9 5 的强碱性条件下，添加适量的c a 2 + 即可显著活化钛铁矿与 钛辉石的浮选行为；c a 2 + 对于可浮性原本就较好的钛铁矿原矿、酸性环境中的 钛辉石的浮选行为几乎没有影响 c a 2 + 是p h 9 5 的强碱性条件下钛铁矿与钛辉石矿物表面与油酸钠作用 硕士学位论文第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 的主要活性质点之一。 4 3 2 镁离子对矿物可浮性的影响 图禾5 、4 6 即分别为在原矿样以及矿物经搅拌并离析掉溶解离子的浮选体 系中加入m 矿+ 后，钛铁矿、钛辉石可浮性与矿浆p h 的关系及在p h = 5 5 0 5 7 7 的条件下，矿物可浮性与向原矿样中加入的m 孑+ 用量的关系图。可以看出，镁 离子对钛铁矿与钛辉石可浮性的影响跟钙离子的影响相似。 ( a ) 钛铁矿；( b ) 钛辉石 图4 _ 5 添加镁离子后矿物可浮性与p h 的关系 ( 油酸钠浓度为2 l o o 儿m 9 2 + 浓度1 l o - 3 m o l l ) f i g 4 5r e l a t i o n s h i pb e t 骶锄m i l l e m lf l o a 诅b i l i 哆岍mm a 印e s i 锄i 伽锄dp hv a l u e ( c ( s o d i 啪o l t e ) = 2 1 0 。4 m o l l ，c ( m 9 2 + 产l l o 3 m o l i j 硕上学位论文第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 图4 6 矿物可浮性与镁离子浓度的关系( 油酸钠浓度为2 x l o o l l ；p h 值为5 5 0 5 7 7 ) f i g 4 - 6r e l a t i o n s h i p b e t 、e 饥m i n e m ln o a 油i l i 哆a 1 1 dc 彻c t m t i o no f m a 朗e s i 锄i 吼 ( c ( s o d i 砌o l e a t e ) = 2 1 0 4 m o l l ；p h = 5 5 0 5 7 7 ) 由以上试验研究可知： 在p h 9 5 的强碱性条件下，添加适量的m 矿+ 即可显著活化钛铁矿与 钛辉石的浮选行为；m 矿+ 对于可浮性原本就较好的钛铁矿原矿、酸性环境中的 钛辉石的浮选行为几乎没有影响 强碱性环境下m 矿+ 的存在组分是钛铁矿与钛辉石矿物表面与油酸钠作 用的有效组分。 4 3 3 铝离子对矿物可浮性的影响 图4 _ 7 分别为在原矿样以及矿物经搅拌并离析掉溶解离子的浮选体系中加 入砧”后，钛铁矿、钛辉石可浮性与矿浆p h 的关系。在钛铁矿原矿以及脱除 溶解离子后矿样中加入a 1 3 + ，均将在p h 6 的区 间内均可以得到一定的活化；且可在p h 为5 9 5 的范围内显著活化钛辉石的 浮选。f e 2 + 对钛铁矿原矿的可浮性没有影响，但可在整个浮选的p h 范围内活化 钛辉石原矿的浮选 图4 1 2 为在p h = 5 5 0 5 7 7 的条件下，矿物可浮性与向原矿样中加入的f e 3 + 用量的关系图，可以看出，f e 2 + 在此浮选区间对钛铁矿的浮选没有影响。适量 的f e 2 + 活化钛辉石的浮选行为，当其用量增大至2 1 0 0 m o l l 后却可抑制钛铁矿 与钛辉石的浮选。 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 l 砷 莲 墼柏 回 莲 静 擎 回 o p h 值 ( a ) 钛铁矿；( b ) 钛辉石 图4 _ 1 l 添加亚铁离子后矿物可浮性与p h 的关系 ( 油酸钠浓度为2 1 0 r 4 m o 儿，f e 2 + 浓度5 1 0 4 m o l l ) f i g 4 - l lr e l a t i o n s h i pb e m 唧m i i l e m ln o a t a b i l i t ) r 诵t l l 矗：仃0 眦si 伽衄dp h 词u e ( c ( s o d i 啪o l e a t e 产2 1 0 o 儿c ( f e 2 + 户5 l o 。4 m o l l ) 鲫 钟 柏 m o 硕士学位论文 第网章表面溶解对矿物可浮性的影响 图4 1 2 矿物可浮性与亚铁离子浓度的关系( 油酸钠浓度为2 x 1 0 o l l ；p h 值为5 5 0 5 7 7 ) f i g 4 l2r e l a t i o n s h i pb e t 、张m i n e m lf l o a t a b i l 毋姐dc o n c 饥n 锄i o no ff a t 0 u si 伽 ( c ( s o d i 啪o l e a t 妒2 1 0 4 m o l l ；p h = 5 5 0 5 7 7 ) 由以上试验研究可知： 浮选过程中，矿物表面及矿浆溶液中的f c 2 + 会氧化成f c 3 + ，因此添加f e 2 + 将表现出f e 3 + 对矿物浮选行为的影响。 f e 2 + 对于具有较好可浮性的钛铁矿浮选行为几乎没有影响。f e 2 + 可在p h 为5 9 5 的范围内显著活化钛辉石的浮选。因此，在p h 为5 9 5 的环境中f e 2 + 的存在组分也将是起活化作用的有效组分。 4 4 金属离子的溶液化学 浮选过程中，矿浆溶液中的金属离子的存在形式及其物理化学行为对矿物 的浮选行为具有重要影响，如金属离子在溶液中发生水解反应，生成各种羟基 络合物和氢氧化物沉淀，可能是浮选剂( 活化剂或抑制剂) 的有效组分。且由 前几节矿物溶解及溶解离子对钛铁矿与钛辉石可浮性的影响研究可知，矿物表 面c a 2 + 、m 矿、f e ”、f e 2 + 和a 1 3 + 均可以在一定的p h 值条件下，吸附在矿物表 面抑制或活化矿物的浮选行为。为了明确矿物表面的这几种主要溶解离子c a 2 + 、 m 孑+ 、f e 3 + 、f e 2 + 和a 1 3 + 对矿物浮选行为产生影响的活性组分，可以通过金属离 子的溶液化学计算【5 9 】【6 0 1 ，绘出不同浓度下的各种金属离子在溶液中不同p h 值 下各组分的浓度对数图。 以f e 3 + 离子为例，通过以下溶液平衡关系计算溶液中f e 3 + 发生水解反应后 各组分的浓度。 ( 1 ) 均相体系 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 f 一+ 离子的水化平衡可写成如下形式： + + 盯哦蜊+ 届= 参品 似1 ) 矽+ 2 汀地( 吼+ 及= 器 件2 ) 式中bl ，b2 ，称为累积稳定常数。设 m 】代表溶液中各组分浓度之和，则 【m 】= 凡3 + 】+ 【凡明2 + 】+ 凡( 鲫) ；1 = 【凡3 + 】( 1 + 屈【伽- 】+ 屈【明一】2 ) ( 4 3 ) 定义副反应系数q 。为 ”器- l + 届阿m 陋】2 ( 4 - 4 ) 各组分的浓度为 2 警2 而高丽 c ) 。 口。1 + 屈【鲫- 】+ 2 伽- 】2 一 l o 叫4 = d 阿一】 日+ 】 明一】- 1 0 州 ( 4 6 ) l o g 【凡3 + 】= l o g 【m 】一l o g ( 1 + 屈【鲫一】+ 殷【倒一】1 ) ( 4 7 ) l o g r 明2 + 】= l o g 届+ 1 0 9 凡】+ l o g 【 明一 ( 4 8 ) l o g 屁( o 吁) ；】= l o g 屐+ l o g 乃3 + 】+ 2 】0 9 【d 吁 ( 4 9 ) ( 2 ) 多相体系 溶液中，f e 3 + 形成氢氧化物沉淀时，各组分与f e ( o h ) 3 ( 。) 处于平衡： 凡( 0 忖) 3 ( ， = 屁3 + + 3 0 何一墨o = 【凡3 + 【0 曰一】3 ( 4 1 0 ) 凡( 明) 3 ( ，) = 凡鲫2 + + 2 伽一k ，l = 【凡鲫2 + 】【伽一】2 ( 4 1 1 ) 凡( 钾) 3 = 凡( g 啊) ；+ a 啊一k ，2 = 尼( 6 忖) ；】 c 吁- 】 ( 4 1 2 ) 州鲫) 3 ( 枷= + + 3 鲫一 属= 俐 ( 4 - 1 3 ) 凡( 0 日) 3 t 叼) = 孱k ，o 各组分的浓度为 ( 4 1 4 ) l o g 【凡 】= l o g k ，o 一3 l o g 鲫一】 ( 4 1 5 ) l o g 【屁鲫2 + 】= l o g 0 l 一2 l o g 鲫一】 ( 4 1 6 ) 1 0 9 【凡( 鲫) ；】_ l o g k ，2 一l o g 【伽_ 】 ( 4 1 7 ) l o g 【凡( 伽) 3 i 叼) 】1 0 9 展k 曲 ( 4 - 1 8 ) 按同样的方法，由式( 4 6 ) ( 4 9 ) 至( 4 1 5 ) ( 4 18 ) 和表4 1 的常数可以分别 求出不同浓度下的c a 2 + 、m 9 2 + 、灿3 + 、f e 3 + 、f e 2 + 在溶液中各水解组分的浓度与 柏 硕上学位论文第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 p h 的关系，并绘出l o g c - p h 图，如图4 一l 4 5 所示，可得各水解组分存在的 p h 条件如表4 - 2 所示。 表4 1 金属离子羟基络合物的稳定常数( 2 5 ) t a b l e4 - la c 饥m u l a t i o ns t a b i l i 哆c o n s t a n t so f t l l eh y d r o x o - c o m p l e xo f m e t a l l i ci o n s ( 2 5 ) 表4 - 2 金属离子水解组分存在条件( 2 5 ) t a b l e4 2e x i s t e i l c ec o n d i t i o n so fl h eh y d r o x o - c o m p l e xo f m e t a l l i ci o n s ( 2 5 ) 金属离子在矿浆中的存在形式十分复杂，主要有以下三个方面：吸附在 矿物表面上，其形式是与矿物晶格发生键合，或者是生成氢氧化物表面沉淀； 与捕收剂作用形成络合物或沉淀：与水作用，发生电离、水解或生成体 相沉淀。一般来说，上述三种作用同时存在。向矿浆溶液中加入或自矿物表面 溶解的金属离子除了以离子态存在外，其余的有两个去向：吸附或沉淀在矿 物表面。这部分金属离子可能直接与矿物晶格原子发生键合，也可能以羟基络 合物或氢氧化物沉淀的形式吸附在矿物表面；与氢氧根或捕收剂作用生成体 相沉淀f 6 i 】【6 2 1 。 金属离子通过羟基络合物的形式在矿物表明吸附的结果是金属离子与表面 一个氧发生键合，而通过氢氧化物表面沉淀物的形式在矿物表面的吸附，是表 面的两个氧与金属离子键合( 或螯合作用) ，显然，此种吸附更牢固。由于矿物 电场的存在，金属氢氧化物在矿物表面的溶度积小于它在溶液中的溶度积，金 属离子在矿物表面将比在溶液中更容易生成氢氧化物沉淀。所以，吸附或沉淀 在矿物表面的金属离子，将远多于生成体相沉淀的金属离子【5 9 1 。 4 1 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 宴 星 苔 p h 值 图4 _ 1 3 钙离子水解组分的浓度对数图( c a 2 + 浓度为l 1 0 。3 m o l l ) f i g 4 一1 3c 0 n c 锄n 吼i o nl o g 撕t 胁i cd i a 野瑚o f c a i c i u mi o nh y d r o l y 功t i o nc 伽叩0 n 朗t s ( c ( c a 2 + 户l l o 。3 m o l l ) 3 j o e ￥ u p h 值 图4 1 4 镁离子水解组分的浓度对数图( ( m 9 2 + 浓度为1 l o 。m o l l ) f i g 禾1 4c 0 n c 饥舡a 6 l o g 撕t l l | n i cd i a g r a mo f m a 印c s i 锄i h y d r o l y 盟t i o nc 0 叫，o n 锄t s ( c ( m 矿+ 户l l o 一3 m o l 几) 4 2 硕士学位论文第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 p h 值 图4 - 1 5 铝离子水解组分的浓度对数图( a 1 3 + 浓度为5 1 0 4 m o l l ) f i g 4 - l5c c 的廿蚰l o g 撕n l l n i cd i a 掣a mo fa l 岫i n i 啪i h y d r o l y 动t i 衄c o m p 彻t s ( c ( a 1 3 + 户5 1 0 。4 m o l 1 0 喜 星 吾 p h 值 图4 1 6 铁离子水解组分的浓度对数图( f e 3 + 浓度为5 x 1 0 4 m o i l ) f i g 4 一1 6c o n c e l l t r a t i 叩l o g a r i t h m i cd j a 鲥啪o f 衲ni o nh y d r o l y z a t i c 锄p o n e n t s ( c ( f c 3 + 户5 1 矿i m o l l ) 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 图4 1 7 亚铁离子水解组分的浓度对数图( f 矿浓度为5 1 0 4 m o l l ) f i g 4 一1 7c c 朗仃a t i o nl o g 捌t h m i cd i a g r a mo f 矗硼0 1 珞i h y d r o l y 动t i 蚰c o m p 伽锄t s ( c ( f e 2 + ) = 5 x1 0 一m o l i 。) 根据第四章金属离子对矿物浮选行为的影响，分析c a 2 + 、m 孑+ 在溶液中的 浓度对数图( 图4 1 3 、图4 1 4 ) 可知，钛铁矿与钛辉石表面c a 2 + 、m 矿十大量溶 液后，p h 9 5 条件下的活化作用同样也证实了这一点。至于钛辉石 原矿的可浮性从p h = 7 3 5 就已经开始被活化，比c a 2 + 、m 矿+ 羟基络合物和氢氧 化物沉淀形成的p h 要小。这是因为金属氢氧化物开始在矿物表面沉积的p h 值 可能低于在溶液中发生沉淀作用的p h 值【6 3 j 。 硕士学位论文 第四章表面溶解对矿物可浮性的影响 参考a 1 3 + 在溶液中的浓度对数图( 图4 1 5 ) 可知，各种形式存在的a 1 3 + 都 能抑制钛铁矿的浮选。参考f e 3 + 在溶液中的浓度对数图( 图4 1 6 ) 可知，氢氧 化物沉淀形式存在的f e 3 + 是p h 为4 9 5 条件下钛铁矿与钛辉石具有较好可浮 性的有效组分。但同时也可以看到，a l ”在p h 5 5 0 、f e ”在p h 3 8 0 后均完 全以氢氧化物沉淀形式存在，p h 9 5 后a 1 3 + 、f e 3 + 对钛铁矿与钛辉石的浮选行 为是没有影响的，这应该跟矿物表面的a 1 3 + 、f e 3 + 、c a 2 + 、m 矿与油酸根阴离子 反应的能力大小及矿物表面起主要活性吸附点的不同有关。 浮选过程中，溶液中的f e 2 + 将大部分氧化为f e 3 + ，因此其对矿物浮选行为 的影响类似于f e 3 + 的影响行为，图4 9 图4 1 2 的浮选结果也证明了这一点。 4 5 本章小结 本章系统研究了钛铁矿与钛辉石的溶解行为，以及矿物溶解与溶解离子对 矿物可浮性的影响。 ( 1 ) 浮选过程中，钛铁矿与钛辉石表面的金属离子c a 2 + 、m 孑+ 、a 1 3 + 、f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) 均能大量溶出，钛辉石表面离子的溶出量均显著大于钛铁矿，且 离子溶出量都随p h 值升高而降低。离子溶出量高低顺序为c a 2 + m 孑+ f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) a 1 3 + t i 4 + 。 ( 2 ) 钛铁矿与钛辉石表面离子大量溶解后，浮选行为均有显著变化；脱除 溶解离子后矿物浮选行为显著变差，钛辉石在p h 9 5 的强碱性条件下不浮。 ( 3 ) 钛铁矿与钛辉石表面溶解离子主要以羟基络合物和氢氧化物沉淀的形 式吸附于矿物表面，活化或抑制矿物的浮选。 从以上钛铁矿与钛辉石的的表面溶解与可浮性研究及分析可知，浮选过程 中，钛铁矿与钛辉石表面阳离子c a 2 + 、m 孑+ 、f e 3 + 、f e ( f e 2 + ，f e 3 + ) 和a 1 3 + 具 有强烈的溶解行为，且对矿物的浮选行为具有重要的影响作用。为了明确在不 同p h 值条件下，特别是弱酸l 生及弱碱性条件下，油酸钠与钛铁矿和钛辉石表 面的这些离子的作用原理，将对药剂作用前后钛铁矿与钛辉石的表面化学性质 进行了系统的研究。 4 5 硕士学位论文第五章油酸钠在矿物表面的吸附机理 第五章油酸钠在矿物表面的吸附机理 通过前两章钛铁矿与钛辉石表面溶解行为，矿物溶解及溶解离子对矿物可 浮性试验研究，以及溶解离子的溶液化学分析，可知： 浮选过程中，弱酸性条件下钛辉石表面的主要元素c a 2 + 、m 9 2 + 因大量溶出 而减少，导致可浮性显著变差；钛铁矿表面的主要元素f e 的溶解性差，且能大 量氧化成f e 3 + ，因此可浮性几乎没有受到影响。碱性条件下钛铁矿与钛辉石表 面的离子溶解性均较差，且溶液中的c a 2 + 、m 孑+ 均能以羟基络合物和氢氧化物 沉淀的形式吸附于矿物表面显著活化其浮选，因此碱性条件下矿物的表面溶解 对矿物的浮选行为几乎没有影响。 为了揭示不同p h 值条件下油酸钠与矿物表面各离子的作用原理，本章将 借助矿物表面z e t a 电位、x 射线光电子能谱及红外光谱的现代测试手段，以及 油酸钠与矿物表面离子的热力学分析，对钛铁矿与钛辉石表面溶解及油酸钠作 用前后矿物表面化学性质的变化进行了系统研究。 5 1油酸钠及溶解离子对矿物表面电性的影响 5 1 1 油酸钠对矿物表面电性的影响 图5 1 油酸钠作用前后为钛铁矿与钛辉石表面- 电位测试结果。由图可知， 钛铁矿与钛辉石表面测得的零电点分别为p h = 6 0 和p h = 3 8 左右。在整个研究 的p h 范围内，加入油酸钠均使钛铁矿与钛辉石在相同p h 值下的争电位发生负 移，特别是在可浮性好的p h 区间争电位负移的幅度更大；其中，钛铁矿表面 的( - 电位负移的幅度远比钛辉石表面的争电位要大。说明油酸根在钛铁矿、钛 辉石表面均发生了吸附，但是这种药剂的吸附在钛铁矿表面远比在钛辉石表面 要更多。 硕一l ：学位论文 第五章油酸钠在矿物表面的吸附机理 图5 1 油酸钠作用前后矿物表面争电位与p h 的关系( 油酸钠浓度2 l o o l l ) f i g 5 1r e l a t i o n s h i pb e 觚啪z c t ap o t e i l t i a lo f m i i l 锄la c t e ( 1b ys o d i u m o l e a t e0 rn o t 锄dp h v a l u e ( c ( s 0 d i 啪o l e a t e 户2 xl o - 4 m o l 】d 5 1 2 钙离子对矿物表面电性的影响 加入c a 2 + ，钛铁矿和钛辉石的零电点没有改变，且在零电点之前矿物表面 ( - 电位几乎没有变化，这是因为矿物在零电点之前荷正电，所以带同种电荷的 c a 2 + 很难吸附在矿物表面。p h 大于零电点后，矿物表面荷负电，在p h 8 碱性条件下，c a 的羟基络合物及其氢氧化物沉淀更容易进入 表面双电层，并化学吸附于矿物表面而使矿物表面 电位正移【6 4 j 。这与钙离子 在溶液中的水解平衡计算结果图4 1 3 中，c a 2 + 的羟基络合物和氢氧化物沉淀形 成及存在的条件p h 9 是基本相符的。 有油酸钠的体系中，加入c a 2 + 钛铁矿在碱性条件下的甚、翠墨1p 硕士学位论文第五章油酸钠在矿物表面的吸附机理 ( a ) 钛铁矿；( b ) 钛辉石 图5 2 有无钙离子时矿物表面争电位与p h 的关系 ( 油酸钠浓度2 x1 0 4 m o l l ；c a 2 + 浓度l l o 3 m o l l ) f i g 5 2r e l a t i o n s h i pb e t 、j l r e 饥z e t ap o t 锄t i a lo fm i i l 锄1 w i n l0 r 谢t l l o u tc a l c i 岫i s 锄dp h v a l u e ( c ( s o d i 啪o l t e ) = 2 l0 4 m o l l ，c (