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新型铝 土矿捕 收 剂 的 作用机 理探讨本章经过IR, Zeta电位，药剂结构与性能关系以及一水硬铝石的浮选溶液化学的研究进一步揭示了药剂DBCA与一水便铝石，高岭石和叶腊石的作用机理，同时提出了药剂DBCA与一水硬铝石的吸附模型4.1研究方法4.1.1动电位的测试动电位的测试在Delsa-440SX电位仪（布鲁克海文公司，美国）矿物样品在 玛瑙迫击炮进一步地面不到矿物悬浮液含0.01 %（质量分数）的固体是在 一个烧杯分散15 min,使用1 xlO3 mol/L的硝酸钾溶液作为支持电解质，然后 加入盐酸或氢氧化钠调整理想的pH值被测量误差在5 mV的测量后，每个 条件至少有测三个样4.1.2药剂与矿物作用的红外光谱分析红外光谱是用FT-IR-750红外光谱仪获得的（美国Nicolet公司）KBr压片，用来表征试剂，及药剂与矿物之间的相互作用矿物样品在玛瑙研钵中磨成低于2“m,然后再与DBCA作用4.2结果与讨论421 DBCA与矿物作用的红外光谱分析图4・1是DBCA与一水硬铝石，高岭石，伊利石作用前后的红外光谱图 根据DBCA的红外光谱特征吸收峰出现在3250-3550 cm"处（・OH, >NH）, 1679 cm」（>C=O）和其他等等，根据DBCA的红外吸收条件，出现或者消失的特征吸 收峰在一水硬铝石，高岭石和伊利石的表面可以观察到，不同的波数的转移发生 在试剂和不同矿物之间。

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers / cm*1Kaolinite4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500图4・1矿物用药剂处理和没有用药刑处理的红外光谱图⑻一氷硬铝石；（b）高岭石：（c）伊利石Fig.4-1 FPIR spectra of mineral with and without reagent⑻ Diaspore; (b) Kaolinite; (c) Illite对于 DBCA,在 3250-3550 cm4处的吸收堆消失，这可能是药剂中的・COOH与-CONHOH的・OH的与一水硬铝石的・OH发生反应脱水的结果⑹在同当时, 药剂中的>C=0的吸收峰从1679cm-1向下移动至1650 cm",这可以解释为,X>O的氧原子所提供的孤对电子与一水硬铝石的铝离子形成配位化学键高岭石与DBCA作用的光谱图展现出一个波数在1640 cmd处的吸收峰（即 未经DBCA处理时是1638cm1）,这可能是DBCA的・NHOH在高岭石表面上形 成了 N・H・・・O氢键所造成的I砌类似高岭石，DBCA与伊利石之间的氢键形成也 -样，在那里，1637 转移到低波数和较高强度的1635 cm“处。

总之，对于DBCA而言，DBCA特征吸收峰对一水硬铝石有更多的移动， 而两个铝矿物的转移只略有增加因此，这可能说明，DBCA和一水硬铝石之间 的相互作用主要是化学吸附，而在髙岭石，伊利石是氢键或物理吸附由于化学 键强于氢键或物理吸附，一水硬铝石的回收率很高而对于两个铝矿物的冋收率相 对低，这与浮选药剂DBCA与浮选结果相一致4.2.2 DBCA对矿物动电位的影响图4・2描述了一水硬铝石，高岭石和伊利石未经DBCA处理或处理之后的 pH值和动电位之间的关系结果表明等电点（IEP）： 6.2> 3.8和3.0分别为一 水硬铝石，髙岭石，伊利石的等电点（没有与DBCA作用），这与以前的文献报 逍【67刚—致与奇岭石，伊利石相比，一水硬铝石具有较高的电位当PH> IEP 时，一水硬铝石的动电位迅速随pH值负增长而增加，而当pH值达到10时，它 几乎保持不变然而.高岭石，伊利石的动电位明显下降随着pH值的增长，当 pH达到6或以上时，不再有显著的变化5当矿物与DBCA作用后，在不同pH值下，一水硬铝石，高岭石和伊利石的 动电位变化几乎与没有使用DBCA作用相同，但在测试pH值范围内，一水硬铝 石具有更负动电位比高岭石或伊利石。

这些结果表明DBCA可以对矿物表面吸 附因此，DBCA对一水硬铝石具有很高的捕收能力而对铝硅矿则表现出很低的 活性，由此可以得岀结论，对一水硬铝石为化学吸附，而对铝硅矿是物理的或氢 键，这与从红外光谱得到的结果一致在相邻的反平行排布的水分子之间形成的闭合连接大大减弱了与溶液中的 水分子相互作用，因此，表面具有弱的疏水性在零电位时.即矿物表面上相反 符号离子有序分布时，矿物表面疏水性最大在大多数情况下，矿物表面零电荷 的电位可由能量值最低时对应的矿物/水“密闭”体系平衡状态条件计算出此时, 应该考虑矿物表面阳离子和阴离子所有可能的解离和水解反应，根据反应平衡常 数・水的离子积和平衡方程，如果有必要还包括电中和方程，列岀和解出方程式 组，方程式组中的方程式个数等于系统中未知变量的个数解出所列方程式组，20100-30-40-50-60-702420AE 二&二U3」odS2ZpH value100•10•20•30•40-5014240•50-60-7068pH value>E 二EEJOd bp/>E 二.slod20pH value-20•30图4・2矿物与药剂作用和没有用葯剂作用的动电位与pH值之间的关系(a)—水硬铝li； (b)高岭石；(c)伊利石Fig.4-2 Relationship between zeta potential and pH value with or without DBCA(a) Diaspore; (b) Kaolinite; (c) Illinite确定与系统自由能最低和矿物表面零电荷对应的pH值。

为此还需要考虑在该pH 下定位离子An"的浓度，计算出矿物表面的零电荷对应的电位：E =aMe +卩 An7 McaAnp + 卩 丫「(1)E = E-01059/rlg [AnT] (2)计算出的矿物零电荷电位pH值与密闭的矿物/水体系中矿物可溶性最低和Zeta电位为零所对应的pH值是相符的在敞开的体系中，Zeta电位为零与等离子平衡相符的，但等离子平衡不是总与表面零电荷pH值对应应用所获得的方 程式组也可以计算出其它pH下体系中任何离子的浓度423吸附量的测量标准曲线的绘制：配制5xl04mol/L的DBCA水溶液,从其中分别取5, 10, 15, 20和25 mL的溶液置于50 mL的容量瓶中定容，配出”10= 2xl0^, 3x10二 4幻0“和SxlO^mol/L的标准溶液浓度与紫外吸光度之间的关系如表4・1所示表4・1・药刑DBCA的浓度与紫外吸光度之间的关系Table3・3. Reagent (DBCA) of solubility and the relationship between UV absorbance溶液的浓度/lOPnol/L吸光度/ L/mol cm10.4820.931.542.0452.67绘制标准曲线如图4・3所示。

Concentration, 10 4mol/Leoueqjosqe >D图4・3.吸光度与pH之间的标准曲线Fig-4-3. Absorbance standard curve between pH4.2.4矿物表面浮选药剂吸附量在50mL的烧杯中加入0・5g的一水硬铝石，再加30mL水搅拌，接着加DBCA, 使得其浓度为C|=3xl04moVL,调节pH值，即在pH分别在3, 5, 7, 9, 11下测定 容后过滤，测量滤液的吸光度C2根据标准线可以得岀药剂在矿物表面的吸附浓 度让后根据：『=(c"2)V/m即可得出药剂在矿物表面的吸附量表42吸附量求取Table4-2. Got f from r=(C]-C2)V/mPHAcyiO^mol/LCi/10"mol/LCi-c^/IO^mol/Lr/10-3moVgC2IC22C23A,a2Ajeg]C]*C22C16riG r330.961.221.31.381.781.931.62L221」9.727.326.651.061.341.351.241.961.9731.761.04110.66.24670.7311.121.351.031.631.9731.971.37111.88.22691.131.41.351.641.972.0531.361.030.956.366.185.7111.331.451.361.9422.1331.0610.876.366.175.2根据数据绘制pH与吸附量之间的曲线如图4-4所示。

图4-4.DBCA崔矿物表面的吸附量与pH的关系Fig.4-4. Adsorption of DBCA on minerals as a function of pH图4・4是DBCA在三种铝硅矿物表面上的吸附量与pH的关系图，由图可知, 随着pH值的增加，DBCA在一水硬铝石和高岭石上的吸附量增大，但是当pH 大于7后，吸附虽呈现下降趋势；pH值的变化对DBCA在伊利石上的吸附1：的影响不大药剂在三种矿物表面的吸附量大小顺序为：一水硬铝石〉高岭石＞伊 利石，这与浮选实验一致捕收剂分子中含有凌基和轻岳基，竣基一COOH中的 0原子.轻肪基一C(O)NHOH中的C=0原子和一NHOH中的0原子均含有未成 键电子，这三个原子能与金属离子键合同时这些原子之间正好相隔5・6个原子, 符合形成四元坏或者五元环的空间条件，因此药剂与矿物作用后可以形成两环 螯合物三种矿物表面的・A】・0•键大小顺序为一水硬铝石〉高岭石＞伊利石，当 药剂分子与矿物表面的・A1・O•键接触时，药剂分子中配位原子与铝离子配位生成 稳定的螯合物，这解释了捕收剂对含铝高的一水硬铝石具有较强的捕收能力，而 对髙岭石和伊利石的捕收能力较弱的原因。

从图4/中可以看岀，与2X10"4 mol/L的DBCA溶液作用后.三种铝硅矿物的接触角都增大了，表明有捕收剂吸附在矿物表面，使矿物的疏水性能得到增 强在疑肪酸捕收剂溶液中矿物表面谎水顺序为一水硬铝石〉离岭石＞伊利石, 表明轻眄酸可以作为正浮选捕收剂实现一水硬铝石与其他两种铝硅酸盐矿物的 分离，浮选结果也说明了这一点4.2.5 DBCA在矿物表面上吸附层的洗去分析在浮选由定性概念认识向定量规律建立过渡时，有可能解决浮选中药剂用量 优化工艺课题，使药剂用量降得最低，同时解决选矿中的生态问题用现代测试 手段所获得的多年研究成果已经确定，捕收剂与矿物表面相互作用的结果是捕收 剂的化学吸附、价饱和化合物的形。