英语原文共 9 页
用油酸钠作为捕收剂浮选钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的研究
刘伟军，张杰，王伟庆，邓杰，陈冰燕，吴焱，舒庆雄，杨黄，刘静（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳621010 西南科技大学固体废物处理与资源循环利用教育部重点实验室，四川绵阳621010 国土资源部钒钛磁铁矿综合利用重点实验室，四川成都610000）
摘要
采用微孔化实验，zeta电位测量，傅里叶变换红外（FT-IR）分析，X射线光电子能谱（XPS）分析和人工混合矿物浮选实验，研究了使用油酸钠作为捕收剂的钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的浮选方法。矿物微量浮选实验的结果表明，当pHgt; 4.0时，钛铁矿表现出良好的可浮性，钛辉石在pH4.0-6.0和pHgt; 10.0时具有一定的可浮性，镁橄榄石在pH5.0-7.0和pHgt; 9.0时具有一定的可浮性。FT-IR和XPS分析结果表明，油酸钠主要与Fe相互作用，所以钛铁矿可浮选，钛辉石表面的Ca和Mg也可以和油酸钠发生化学反应，镁橄榄石表面的Mg在酸性条件下可以与油酸钠发生化学反应，不过，油酸钠主要与钛辉石表面上的Ca和Mg反应，油酸钠主要在碱性条件下与钛铁矿和镁橄榄石表面上的Mg反应。人工混合矿物浮选实验结果表明，在把pH设定为5.4时，TiO2 的精矿品位从16.92％提高到30.19％，也就是说在弱酸性环境下是从钛辉石和镁橄榄石中浮选分离钛铁矿的适宜条件。
1、介绍
攀枝花（中国四川省）地区拥有最大的钒钛磁铁矿矿床。钒钛磁铁矿储量超过 1.0times;1010，钛的储量为8.7times;108 t，TiO2储量占中国总储量的91%以上(Han et al., 2011; Hou et al., 2011;Zhang et al., 2013).。钛资源有两种类型，一种是钒钛磁铁矿中的钛部分被铁取代，因此难以通过磁选回收，另一种类型是钛在磁选分离过程中以粒状钛铁矿的形式出现在铁尾矿中 (Chen et al., 2013; Zhou et al., 2013)。
红格地区拥有攀枝花最大的钒钛磁铁矿矿床(Luan et al., 2014)，而随着钒钛磁铁矿勘探深度的增加，红格地区橄榄石含量也随之增加，辉长岩矿石也转变为橄辉霞岩矿石。大多数研究结果表明辉长岩中的主要硅脉石矿物是钛辉石，而对于橄辉霞岩矿石，主要的硅脉石矿物是钛辉石和橄榄石(Bai et al., 2012; Cheng et al., 2014; Zhao and Zhou, 2007)。钛铁矿和硅脉石矿物的物理分离方法是基于重选、强磁选、电选或以上方法的组合。由于物理性质相似，这些物理分离方法难以实现钛铁矿与硅脉石矿物的有效分离，目前，浮选是钛铁矿和硅脉石矿物最常见的分离方法(Zhang et al., 2011; Bulatovic and Wyslouzil, 1999; Drzymala et al., 1983)。油酸钠作为脂肪酸捕收剂，广泛用于从硅脉石矿物中浮选分离钛铁矿(Bulatovic and Wyslouzil, 1999; Hanumantha Rao and Forssberg, 1991)。然而，与硅脉石矿物相比，钛铁矿在常规浮选条件下表现出一定的可浮性，即使使用大量的捕收剂也是如此。出于这个原因，浮选实验研究了钛铁矿和钛辉石，以提高钛铁矿的浮选回收率。 Mehdi Irannajad使用预处理方法（微波辐射）改变钛铁矿的表面性质，从而改善其在不同脉石矿物（包括橄榄石，辉长岩，透闪石和石英）存在下的浮选回收率。通过XPS分析塑造钛铁矿表面，照射钛铁矿表面，使Fe2 转化为Fe3 ，从而提高钛铁矿的浮选回收率 (Fan et al., 2009; Irannajad et al., 2014). Fan and Rowson (2000)。使用硝酸铅作为活化剂，有效地和有选择性地改善钛铁矿的可浮性。添加Pb（NO3）2 增加了钛铁矿的zeta电位，这可能是因为油酸根离子吸附到活化的钛铁矿的亥姆霍兹层中。此外，矿浆中含有高含量的微细粒钛铁矿和硅脉石矿物明显影响了钛铁矿的浮选效果。Zhang et al. (2009)指出当钛辉石颗粒尺寸lt;10 um时明显影响了钛铁矿的浮选回收;然而，当钛辉石粒度在10到100 um之间时略微影响了钛铁矿的浮选回收率。随着钛辉石含量的增加，钛铁矿的回收率下降。
据我们所知，使用油酸钠作为捕收剂的钛铁矿，钛辉石和橄榄石的浮选研究很少。由于捕收剂可能与橄榄石表面的Fe和Mg反应会提高橄榄石的浮选回收率，因此很难实现钛铁矿和橄榄石的有效分离。关于橄辉霞岩矿石选矿的研究表明，使用传统方法只能有40％的钛精矿和36％的回收率(Jinhua et al., 2011)。产品检测结果显示，在铁精矿中MgO含量很高，所以要想有效分离很困难。因此，钛铁矿与硅脉石矿物表面性质的差异应得到广泛的研究。在硅脉石矿物中，主要研究了钛辉石的表面性质对其浮选效果的影响。Zhu et al. (2011)指出通过表面溶解可以增加钛铁矿和钛辉石之间的可浮性差异。在弱酸性溶液中，钛辉石表面上的Ti和Fe的含量小于Ca和Mg的含量。由于油酸钠在弱酸性溶液中与Ca和Mg相互作用，因此钛辉石的可浮性降低。采用物理分离方法难以实现橄榄石的有效分离。因此，应研究钛铁矿，钛辉石和橄榄石的浮选方法，以提高钛铁矿的浮选回收率。本研究的目的是通过浮选试验，zetapotential测量，FT-IR分析，XPS分析和人工混合矿物浮选实验，使用油酸钠作为捕收剂来探索钛铁矿，钛辉石和橄榄石的浮选方法。
- 实验
2.1.物料
实验中使用的高品位钛铁矿和钛辉石样品来自攀枝花钒钛磁铁矿的磁选尾矿。使用低强度磁分离，高强度磁分离和重力分离重复纯化得到样品。由于具有相似的物理性质，橄榄石难以与硅脉石矿物分离。因此，纯镁橄榄石从粗橄榄岩中精选而不是橄榄石。将纯化钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石样品在球磨机中干磨。图1表示纯化钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石样品的粒度分布结果（用激光衍射粒度分析仪Beckman Coulter检测，LS13320）。该图表明纯化的钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石样品在实验中具有广泛的尺寸分布，样品的化学成分列于表格1。基于表格1 和理论上的样品的化学成分（朱等，2011)，钛辉石和镁橄榄石的纯度为90％，而钛铁矿的纯度高于95％ ，图2显示了纯化的钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石样品的X射线衍射（XRD）图。这表明钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的衍射峰与标准衍射峰的模式匹配良好：分别为钛铁矿 (No. 3-781), 钛辉石(No. 24-203), 镁橄榄石(No. 7-74)。根据x射线衍射的结果分析钛铁矿、钛辉石和镁橄榄石的纯度很高。
2.2试剂
以油酸钠(CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COONa)作为用于微浮选试验的阴离子捕收剂。H2SO4和NaOH用于矿浆pH值的调节。所有的化学物质都是分析级，实验中使用的水均为超纯水。
2.3微浮选试验
微矿物浮选实验在40mL悬挂浮选槽中进行，将2g纯化的矿物颗粒置于浮选槽中，然后加入35mL超纯水，用氢氧化钠和硫酸来调节悬浮液pH,时间3分钟，然后加入捕收剂并搅拌3分钟，在浮选之前测量悬浮液的pH，浮选时间4分钟，过滤并干燥后称量浓缩物，然后计算回收率。实验进行三次测量，并将它们的平均值作为最终结果。
2.4. Zeta电位测量
使用Zetasizer Nano Zs90（England）测量zeta;-电位。在测量期间连续监测悬浮液的电导率和pH，并将环境温度保持在22℃。将纯矿物颗粒用玛瑙研钵磨至2um以下。用30mg纯矿物颗粒和50mL超纯水制成悬浮液。通过磁力搅拌5分钟来调节制备的悬浮液，在此期间测量悬浮液的pH。沉降10分钟后，获得稀释的细颗粒悬浮液的上清液用于zeta电位测量。进行三次zeta电位测量，并将它们的平均值作为最终结果。
2.5. FT-IR光谱测量
使用Spectrum One（Version BM）FT-IR（USA）光谱仪获得FT-IR光谱，以分析捕收剂和矿物之间相互作用的性质。将大约10％（质量分数）的固体样品与光谱级KBr混合。光谱的波数范围是400-4000cm-1。以2cm-1分辨率扫描测量32次记录光谱。
将纯矿物颗粒（2.0g）置于具有硫酸和氢氧化钠作为pH调节剂的树脂玻璃槽中。接下来，将纯化的样品用油酸钠再调节3分钟。随后，使用具有相同pH的超纯水将固体样品洗涤三次。经洗涤的样品在55℃下真空干燥用于FT-IR分析。
2.6. XPS实验
XPS分析使用Kratos AXIS Ultra XPS系统进行，该系统配备有150W单色铝X射线源。每次扫描都是0ev到1350ev的调查扫描，停留时间为8 s，带通电能为150 eV，步长为1 eV，执行1次扫描。对于高分辨率分析，扫描次数增加，带通能量以50meV的步长降低至30eV，并且停留时间改变为0.5s。
将纯矿物颗粒（2.0g）置于具有硫酸和氢氧化钠作为pH调节剂的树脂玻璃槽中。接下来，将纯化的样品用油酸钠再调节3分钟。随后，使用具有相同pH的超纯水将固体样品洗涤三次。经洗涤的样品在55℃下真空干燥用于XPS分析。
2.7. 人工混合矿物浮选实验
人工混合的矿物由0.67g纯化的钛铁矿，0.67g纯化的钛辉石和0.67g纯化的镁橄榄石组成。人工混合矿物浮选实验在40mL悬挂浮选槽中进行。将人工混合的矿物质（2.01g）置于浮选槽中，然后用35mL超纯水填充。通过硫酸 或氢氧化钠调节悬浮液的pH 3分钟，加入捕收剂（2.0times;10-4M）并搅拌3分钟，然后测量悬浮液的pH。浮选进行4分钟，过滤和干燥后称量浓缩物和尾矿，然后分别进行称重。通过化学分析方法分析TiO2 的等级，根据TiO2的产率和品位计算浓缩物和尾矿的浮选回收率。在相同条件下的三次浮选实验中的平均值被用作人工混合矿物浮选的结果。
3. 结果和讨论
3.1. 微浮选
图3使用油酸钠（2.0times;10-4M）显示钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的浮选
回收率与pH的函数。结果表明，钛铁矿的可浮性优于钛辉石和镁橄榄石。在pHgt; 4.0时，钛铁矿的可浮性良好。钛辉石在pH4.0-6.0和pHgt; 10.0时具有一定的可浮性，并且镁橄榄石在pH5.0-7.0和pHgt; 9.0时具有一定的可浮性。
图4表明油酸钠浓度对钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石在pH为5.0-6.0下对浮选回收率的影响。图4表明油酸钠浓度的增加明显提高了钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的浮选回收率。然而，油酸钠浓度在2.0times;10-4M以上时钛铁矿和钛辉石的浮选回收率缓慢增加，因此，该油酸钠浓度（2.0times;10-4M）在所有微量浮选实验中使用。
3.2. zeta;电位
图5表示在有无油酸钠的情况下钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的zeta;-电位随pH的变化。在不存在油酸钠的情况下，结果表明钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的零电荷点（PZC）分别位于pH 5.8,3.8和2.8。在有油酸钠存在下，钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的zeta;电位在pH 3.0-12.0时为负。钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的zeta电位大幅下降可归因于油酸盐离子吸附在其表面的亥姆霍兹层上（Mehdilo等，2013)。
图5还表明，加入油酸钠后，钛铁矿的zeta;电位降低大于钛辉石和镁橄榄石的zeta;电位降低。该结果表明，钛铁矿表面吸收的油酸钠大于硅脉石矿物表面吸收的油酸钠。因此，油酸钠和钛铁矿之间的相互作用强于油酸钠和硅脉石矿物之间的相互作用。结果几乎与钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的可浮性相同。
3.3. FT-IR分析
图6显示了油酸钠，钛铁矿，钛辉石和镁橄榄石的FT-IR光谱。在油酸钠的FT-IR光谱中，2922.5cm1 和2852.5cm-1 的条带可分别归因于 -CH2- 和 -CH3 组 的 C-H 伸缩振动。在 1712.9cm-1 ， 1562.2cm-1 ，1446.6cm-1和1424.6cm-1 处的条带可归因于-COO-振动。在这些带中，1712.9cm-1处的带可归因于C=O伸缩振动，而1562.2cm-1处的带可归因于-COOC-不对称伸缩振动。1446.6cm-1和1424.6cm-1的波段可归因于-COOC-对称伸缩振动。在722.1cm-1 的带可归因于 -（CH2)n-变形(Naacute;jera, 2007; Tandon et al., 2001)。几个钛铁矿的特征带在700 cm-1处观察到，并且还观察到钛辉石和镁橄榄石的一些特征带（刘等人，2013)。图7显示了在不同pH水平下加了油酸钠的纯钛铁矿样品的FT-IR光谱。与纯钛铁矿的FT-IR光谱相比较（图6），光谱(图6)显示额外的油酸钠C-H和-COO-拉伸强度。在pH值为2.3时，2927.0 cm-1 和2856.0 cm-1 的新谱带先前归因于C-H伸缩振动;然而，频段频率没有变化。该结果表明油酸钠被吸附在矿物表面上。1
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
