改性水玻璃和脉石矿物作用机理

1、改性水玻璃和脉石矿物作用机理5.1改性水玻璃的组分在水璇覇溥液中吐酸阴豪子AnXAnOi)是主要的存在昭式以单莊龍阴离子H揭iO,为例*疏脱化过程如式(5.1)所示.OOH:HOSiOH2"*田0Si"OHO0(I><n)（5J）OH一HQSiOJiOH（【1【）OH-hOSiOH:IOH（IV）氧冉子与氧烙合后，硅-氧<Si-O)犍长增皿开配碰在Si周IU的键氏皆增如则配位败即可增抑，因至少任(IV)式的离产内®的配位数可増至&而可写为(V)：水玻璃嚴化肯生股硅酸的答级解离方思式利解爲常数表达式如式(52).(53).(5,4)所示*H

2、5SiO4*=H*+HjSiOKofH'KHiSiOHHjSiOxT(57)H5=H*+HiSiO/KHH'HHjSiO訂/（MSiOJ（5.3）HjSiO,=FT+HiSiOi2*K2-Hl（H2SiO42J/HjSiO4<5.4）改性水玻璃中的硅酸在溶液中聚合机理如F： 在碱性条件下，硅般存在的形式为（丨）和（II）,两者骨帝负电荷，故可以认力不起作用或作用极糧. 在弱必性、中性、弱酸性条件下，確酸存在的形式主要为（II）和（山），两者相遇立即发生聚合作用.方程式如式（5.5）所示.OHOH()+()H0SiOSiOHOH(5.5)OHOH(VI)在废性条件卜.（11

3、1）相（V）相互作用.发生的反应如式（5.6）所示.OHHOH2（ni）*（v）（ni）*（v）(5.6)7H2°iAi/OHyOHHOH：（VD）由此m见.硅酸聚合作用有两种类型的机理，一是在强殻溶液中.另一是在弱酸性溶液中.后者依反应（5.5）进行，有0H雋子释放出，故任罠合过程中洛液的pH值增高，而依式（5.6）反应的溶液pH值则略有下降.两种反应同时井进时，pH值就无明显改变.此外，嶷合作用的活化能，所成談胶的可連性证的聚合是芮种截然不同的机理，所形成的双聚体也以同样的机理进行聚合，也就是说，在弱酸性涪液中，（VI）可与一价负离子（I!）聚合而成三硅酸.在酸性洛液中，（训）可

4、与（山）结合也形成三聚体.三聚体及其多聚体的聚合也依问样的机理进行.因此，硅酸的聚合作用町用一紋反应式表示如式（5.7）和（5.8）所示.在碱性、中性、弱酸性濬液中，HA«-+H2Aot+OH（5.7）式中的A,和A。衷Oro+iSim（OH）2m2On.|Sifl（OHhB2>4i=U,3在祓性溶液中,HjA«*+H2AntH%J+2HQ(5.8)这里的Am和码农示Si/OH心?F和【SMOHbm-；m,n的童义同上.总而言之，狂战的聚合机理有两冲：一冲是在破性、中性、弱段性溶液中，为硅酸的中性分子和一价负离子通过氧联作用实现聚合.荷负电：另一种是在战性溶液中，为硅

5、議中性分子和一价正离子通过总联反应实现聚合，何正电。本课題浮选试验的矿浆pH值大于7,属于戚性洛液。根据上述的硅酸聚合机理可知，在破性条件下，改性水玻璃中硅酸的聚合主耍是通过氧联作用实现的，两者聚合按式(5.5)发生，聚合作用的一般反应式如(5.7)所示.蛀酸的聚合不仅仪生成单聚体，同时还有大星的多聚体产生，它是一个相当复杂的过程卩9")由此可见，改性水玻須溶液中的组分足菲常复杂的，其中不但有H2SiO42HjSiO,、MSiO.、HjSiO/,其中主要是HjSiO/和H4SS而且还有大量的聚合物.5.2改性水玻璃和硅酸盐矿物作用机理硅酸盐矿物的晶体结构特征及表面特性硅酸盐矿物结构中

6、的基本结构单元是SiOj四面体。Si的康子組态是3s'3pl当Si原子形成四价阳离于时其组态为3sV-空出全部的四个s、p轨追，这四个sp轨道形成了四个sp，杂化轨道氧的原子组态是2sz2p4,当形成负二价阴离子时其组态为2s22p6,四个sp轨道上均具有成对的电子.在(sio4ffl面体中si"的四个誠杂化轨道与o2m个成对电子轨道结合形成牢固的共价健结合的络阴用子团Si04广任(SiOd四面体中，Si-03中40%是离子健，60%是共价键，从电价配进的舟度看，帝正电荷S产赋于每一个氧离子的电价为】，即等于氧离子电价的一半，氧离子另一半电价既可以用来联系其他的面体阳离子，也

7、可以与另一个硅离子相联。因此.SiO"四血体既可以孤立地被其他阳离子包囲起来，也可以彼此以共仰顶的方式连结起来形成各种形式的硅氧骨干，这就是妊酸盐矿物结构种类繁多的版因.根据其硅氧骨干的构型可分为岛状、环状、链状、层状和架状5大结构类型。乞类结构硅酸盐矿物的晶体化学待征如表5所示也于各类结构硅酸盐矿物晶体结构特征不同，根据硅酸盐矿物的晶体化学原理可知，它们表面特性也会产生很大筮异.各类结构硅酸抹矿物的主要表面转性如表5.2所«5.1各矣紿沟林酸赴歹物的晶体化学牯征Table!IThecryuilchemicalcharacieristicsofvariousstructur

8、eslicatcminerals代1/420%.1：I星很环状结构睦状坊鞫墓拿錯构元(SO广阴010旷00/(23)他2)心）l(Al,Si)OJS0X佗1)结枸中共用筑无共用礼或共0尼环共用两車睦共用对个共用三个氧艾用囚个氧的俺顶玫用一个H个歙，取足耳共罠取E共用三用三个氣个氛帖构中阳码子高足倫、饪紀位R-HHf形式各科离子总式务种西予£式氏电价、高JE位的阳离子部尋在的阳凤子结为中AlMSi復少（代解分取代0&那分欣代2-1MftfftRSS.4«的取代程懂滋.£自达釘取代50%少収代茨5.2各类结构碎酸盘旷物的主耍表血特性Table52Themain

9、surfa8charactcnshcsofvarioussfructurcsilicicmmcrah焙构类単主0炭面转性岛状條构Snowe以瞒虫emwr金氣4发生斯製表is有多价金gin离了ix*/Lxm正电性燧$电廉高.表H具自建亲水性.績件条件下套H召负伦.坏欣给构沿金W阳离子连It的坏何砾鬼，E时环也发生强分B：分40*臥袈农面件舍嵐用离子区存住.水中性条件下农曲背员匕炎4性苓电点牧低磧状蛤构主芟祜连損钱的大半栓.低电偷阳离子氣tt赴靳裂.即議与逐2何发生斷E同时链也发生审型觸分sio«««.Safi金Xia离子区存任水中衣面负电fttttf.部分阳离子搐績

10、于木，楽女性违.且浪而呈各向异性零电层状结恂沿破力较刃的生斯袈丧筍音负电璇中性.表面特性枚为®*.水中衣側负电性除U电点Kft：石Q或繪石床面v«|r»ft.匝水thSL尖状结沟S8键及生大JRKK!.丁韌在水焙祓中的#电水中电性H表面具有9亲木惑.改性水玻璃对硅酸盐矿物的作用用硫酸作为水玻璃的改性剂.其与水玻璃作用容易形成硅毂，反应如式（5.9）所示。Na2SiOj+H2SO4-H2SiO）+NaiSO。（5.9）H2SiOj分子的生成和聚合，形成较多的细小硅酸胶粒，能増强对矿物的抑制效果或提高犷泥的分散作用.狂酸的聚合反应比较复杂，通常在碱性条件下和弱酸性条件

11、下，主要通过氧联作用实现聚合并荷负电：在强酸性条件下，则主耍通过氏联反应实现聚合而荷正电.改件水玻璃对硅酸盐矿物的抑制作用主要是帝负电荷的硅酸胶粒（或称胶态硅酸）以及»3SiO<-与矿物表面金属阳离子发生作用而吸附.从而増加了表面负电性【纲.使旷物强烈亲水.碓酸胶粒在矿物表而主要发生静电吸附；HjSiOZ主菱通过化学键力与/物衷面金属阳海了发生継合产生化学吸附”人胶态旺酸和H'SiO,与硅酸盐矿物具有相同的酸根，比较容易吸附圧这些犷物表面，R吸附比较牢固，所以改性水玻璃是妊酸窪矿物的良好抑制剂.左煤油浮选体系中，考察未改性水玻璃的用口对曲矿浮选的够响,试验结果如图4.3

12、所示.结果表明，当水玻璃用承为2kg/t时.秸矿中钳的品位为7.71%,回收率达到最大值$9.28%。半水玻单用層大于2kg/l时，在这个范例内，前若水玻庸用量的增大，苗矿中钳的品位里上升趋势.回收率有所下降，这表明水玻璃对硅祓盐廉石矿物的抑制作用增强，廉因是葩着水玻璃用虽的增加，通过氛联作用聚合而成的带负电荷硅酸胶料以及HjSiOj在溶液中的含金及在矿物表面的吸附金也大大增加.当水玻璃用量小于2kg/t时，在这个范圉内，水玻璃对矿泥分散作用明显，航若水玻璃用量的;&大，精矿中钳的品位呈下降档势，回收率显著上升.这表明水玻璃对犷泥的分散作用倉践，原因是水玻璃降低了矿物表面的动电位，増大

13、了矿物表面的酣曲斥力,n$4J.辰样用煤油作为捕收剂，考察改性水玻璃的用量对钳“泮选的形响，试验结果如图4.6所示.结果表明，当改性水玻璃用疑为l.4k&t时，精0中钳的品位为7.81%,回收率达到展大值89.49%.与未改性的水玻璃相比，水玻璃的用登减少为】k”t,精矿中的|的品位提高0.1%,同时回收宰也能提高0.2%显然，水玻璃对硅腋盘脉石矿物的抑制作用增强，原因是硫殻对水玻璃进行改性后，便溶液中帝负电荷硅酸咬粒以及HsSiO<在溶液中的含量大大增加，同时在物农面的吸附量也有所增加.因此，对水玻璃的改性过程，实际上是一个脣化提离水玻璃抑制能力的过程。本论文针对原子进行了工艺

14、“物学研究，考察J所用钳矿石的一些性质，以及研究了改性水玻璃对宙矿浮选的影响和它与脉石矿物的作用机理，得出了以下结论：（1）矿石中钥的品位为0.23%,其他伴生共生元索有硫、铜、铁等.钳的化学物相分析结果表明：矿石中的钳主娶以瞌化矿物存在，盈化钳在矿石中宙的占有率为94.58%,其他相中的用为5.42%（2）矿石的矿物组成相对简弟.矿石中钳、铁、铜等元素都主夏以独立矿物存在.钳的独立矿物主烫为辉钳矿：铁的独立矿物为黄铁矿：钢的独立矿协主耍为黄铜矿：豚石T物主要为石英和钾长石、钠长石以及镁橄榄石尊硅酸盐类矿物。（3）改性水玻膚试验和浮选试验硏究表明，用硫槻作为无机改性剂，与水玻璃用量的接佳配比为

15、2：5（即水玻璃用最为1k0l、加酸港为0,4kg/t）.在600r/min条件下改性时间为lOrnin。（4）改性水玻璃的有效期试验袤明，改性水玻堪的有效期为一周左右，现场使用时最好现配观用.（5）通过朝阳新华用矿矿石的浮选对比试验研究衷明，便用未故性水玻璃时，水玻璃用穴为2kg/t.煤油用星为2101,2*油用最为375前；使用改性水玻璃时，水玻璃用量廉少为15煤油用做减少为150的；2油用量嬴少为312.5叭（6）采用一段粗选、一段扫选、四段精选工艺流程进行开閒试脸，获得最终钳精矿品位为39.8%,何收率为36.37%,产率为0.20%：矿钳品位为0.028%,何收率为12.50%,产芈为96.41%与未改性水玻璃相比.在同样的浮选条件下，不仅可以障低浮选药剂的用量，还可以提高钳矿浮选的工艺指标.（7）尾矿沉降对比试验硏究衷明.在相冋的试验条件下，浮选开路试验的尾矿矿浆平均沉降速度为l.21cm/min,而来自现场的尾矿几乎不沉降，尾矿沉降雄的问题得到明显改售.（8）改性水玻璃的组分研究衷明，当矿浆PH值在8左右时，改性水玻璃洛液