李克卿 孫浩然 黃睿雯 王余蓮 袁志剛 蘇德生

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110159;2.沈陽(yáng)理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110159;3.遼寧省超高功率石墨電極材料專(zhuān)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心,遼寧 丹東 118100;4.遼寧丹炭科技集團(tuán)有限公司,遼寧 丹東 118100)

鎂作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍工建設(shè)的基礎(chǔ)金屬材料,享有“21世紀(jì)綠色工程材料”和“國(guó)防金屬”的美譽(yù)[1-2]。中國(guó)菱鎂礦石儲(chǔ)量居世界首位,工業(yè)上的鎂金屬主要來(lái)自于菱鎂礦石。目前,隨著優(yōu)質(zhì)菱鎂礦資源的消耗和不合理利用,大量被廢棄或堆積閑置的低品位菱鎂礦成為鎂金屬的主要來(lái)源[3]。因此,低品位菱鎂礦高效綜合利用成為科研工作者的研究熱點(diǎn)。

浮選是利用有用礦物與脈石礦物表面特性差異來(lái)使其相互分離的方法,由于浮選法適用范圍較寬和脈石礦物去除率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于低品位菱鎂礦提純[4]。脫除菱鎂礦中主要含硅脈石礦物石英(SiO2)是提高菱鎂礦品質(zhì)的關(guān)鍵。

現(xiàn)階段,常以胺類(lèi)陽(yáng)離子藥劑為捕收劑通過(guò)反浮選實(shí)現(xiàn)菱鎂礦與石英的分離[5-7]。菱鎂礦與石英的分離機(jī)理在于,當(dāng)?shù)V漿pH值高于4時(shí),相比于菱鎂礦,石英表面具有較負(fù)的表面電性,帶有正電荷的胺類(lèi)陽(yáng)離子捕收劑可通過(guò)靜電和氫鍵的方式選擇性吸附在石英表面,使石英表面疏水,實(shí)現(xiàn)二者的分離[8-9]。因此,胺類(lèi)陽(yáng)離子捕收劑空間位阻、靜電效應(yīng)及起泡性等理化特性是藥劑選擇的主要考慮因素,而這些特性是由分子結(jié)構(gòu)所決定的。

本文利用單礦物浮選試驗(yàn)開(kāi)展了不同烷基伯胺陽(yáng)離子捕收劑十二胺、十六胺和十八胺以及不同烷基季銨陽(yáng)離子捕收劑十六烷基三甲基氯化銨(HTAC)和十八烷基三甲基氯化銨(STAC)等5種捕收劑作用下菱鎂礦反浮選脫除石英的效果對(duì)比,篩選出菱鎂礦高效脫硅鈣新型浮選藥劑,并結(jié)合Zeta電位、接觸角和XPS等檢測(cè)手段得出5種捕收劑分選性差異原因,為菱鎂礦反浮選脫除石英的藥劑選擇提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣品與藥劑

試驗(yàn)所用菱鎂礦和石英取自遼寧大石橋。來(lái)樣經(jīng)破碎、振動(dòng)篩分,制備出74～44 μm粒級(jí)礦樣,用于試驗(yàn)研究。對(duì)制備好的樣品進(jìn)行XRD和化學(xué)多元素分析,結(jié)果見(jiàn)圖1和表1。菱鎂礦和石英的主要成分分別為MgCO3和SiO2,且純度分別達(dá)到96.94%和98.70%,符合單礦物浮選試驗(yàn)要求。

表1 單礦物化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multielement analysis results of single mineral

圖1 單礦物XRD圖譜Fig.1 X-ray diffraction pattern of single minerals

試驗(yàn)所用藥劑如表2所示。試驗(yàn)用水均由Thermo Fisher Scientific超純水系統(tǒng)制得,超純水的pH值在5.3～5.8之間,其電導(dǎo)率為18 MΩ·cm。其中,配置十二胺溶液時(shí),加入1∶1濃鹽酸使其完全溶解,并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值為6.0左右,得到十二胺捕收劑溶液;配置十六胺和十八胺時(shí),加入5%的鹽酸溶液使其完全溶解,并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值為6.0左右,得到十六胺和十八胺捕收劑溶液。

表2 試驗(yàn)主要試劑Table 2 Main reagents list of test

1.2 浮選試驗(yàn)

菱鎂礦和石英單礦物及二元混合礦浮選試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 浮選試驗(yàn)流程Fig.2 Flotation test process

單礦物及人工混合礦(菱鎂礦與石英質(zhì)量比9∶1)在XFG掛槽式浮選機(jī)(浮選槽容積30 mL)中進(jìn)行浮選,每次浮選試驗(yàn)礦樣為2.0 g,添加去離子水20 mL。首先攪拌礦漿2 min,按照?qǐng)D2所示浮選試驗(yàn)流程依次調(diào)節(jié)pH值、添加捕收劑,最后進(jìn)行3 min刮泡。試驗(yàn)中,設(shè)定浮選機(jī)轉(zhuǎn)速1 800 r/min,去離子水添加量20 mL。試驗(yàn)完成后烘干所得精礦并分析。

針對(duì)浮選后所得精礦通過(guò)化學(xué)多元素分析測(cè)定化學(xué)成分(MgO或SiO2),計(jì)算回收率。為了評(píng)價(jià)所選用的捕收劑在菱鎂礦-石英體系中的浮選選擇性,本研究采用了高丁選擇性指數(shù)(SI),并通過(guò)式(1)獲得[11-13]。

式中,SI為高丁選擇性指數(shù);Rm為精礦中菱鎂礦回收率,%;Jd為尾礦中石英回收率,%。

1.3 Zeta電位檢測(cè)

使用Zeta Finder分析儀對(duì)樣品表面Zeta電位進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)過(guò)程中先將20 mg礦樣研磨成粒度約為5 μm的樣品,隨后將樣品添加到體積為40 mL、濃度為1×10-3mmol/L的KCl電解質(zhì)溶液中進(jìn)行攪拌[14],攪拌時(shí)間10 min。攪拌過(guò)程中按照浮選試驗(yàn)流程對(duì)樣品處理。最后,溶液靜置5 min,對(duì)上清液進(jìn)行測(cè)量。

1.4 靜態(tài)接觸角檢測(cè)

使用Theta Flex分析儀(Biolin)對(duì)樣品表面接觸角進(jìn)行測(cè)量。按照浮選試驗(yàn)流程,將2 g(粒度74～44 μm)樣品添加到20 mL去離子水中,然后攪拌2 min,并調(diào)節(jié)礦漿pH值,添加相應(yīng)捕收劑,并攪拌礦漿3 min。然后過(guò)濾溶液,用蒸餾水沖洗固體礦樣3次,并在溫度為313 K的條件下干燥。在490 000 N的壓力下,用電動(dòng)臺(tái)式機(jī)將粉末樣品壓制成?1.0 cm×0.2 cm的圓柱形產(chǎn)品[15]。通過(guò)使用接觸角測(cè)量?jī)x的顯微鏡將直徑約為2～3 mm的水滴滴在樣品表面,進(jìn)行接觸角測(cè)量。

1.5 X射線光電子能譜分析

使用Thermo Scientific VG ESCALAB 250Xi光譜儀測(cè)定不同pH值條件下浮選藥劑處理前后樣品的XPS光譜。以284.80 eV的C 1s峰值作為內(nèi)部結(jié)合能標(biāo)度進(jìn)行校正[16-17]。首先,將2 g(粒級(jí)約5 μm)樣品置于20 mL去離子水中,按照浮選試驗(yàn)流程對(duì)樣品進(jìn)行處理,處理完成后以3 000 r/min的速率離心10 min,并進(jìn)行固液分離。固體礦物用去離子水洗滌3次,在313 K的溫度下干燥,進(jìn)行XPS檢測(cè)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單礦物浮選試驗(yàn)

2.1.1 礦漿pH值對(duì)礦物可浮性的影響

通過(guò)單礦物浮選試驗(yàn)分別考察十二胺(30 mg/L)、十六胺(40 mg/L)、十八胺(60 mg/L)、HTAC(30 mg/L)、STAC(60 mg/L)體系下,礦漿pH值對(duì)菱鎂礦和石英回收率的影響,結(jié)果如表3所示。

表3 礦漿pH值對(duì)菱鎂礦和石英回收率的影響Table 3 Effect of pulp pH value on the recovery of magnesite and quartz

對(duì)表3數(shù)據(jù)計(jì)算,不同捕收劑體系下pH值對(duì)菱鎂礦和石英的回收率差值的影響如圖3所示。

圖3 不同浮選體系下礦漿pH值對(duì)菱鎂礦和石英回收率差值影響Fig.3 Effect of pulp pH value on the recovery differential value between magnesite and quartz under different flotation systems

由圖3可得,對(duì)于十二胺體系,礦漿pH值為3時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值最大,為44.90%;對(duì)于十六胺,礦漿pH值為7時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值最大,為24.37%;對(duì)于十八胺,礦漿pH值為5時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值最大,為16.55%;對(duì)于HTAC,礦漿pH值為7時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值最大,為86.73%;對(duì)于STAC,礦漿pH值為5時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值最大,為62.93%。并且,不同礦漿pH值條件下,菱鎂礦與石英可浮性差異大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十六胺體系＞十八胺體系。

2.1.2 捕收劑用量對(duì)礦物可浮性差異的影響

設(shè)定不同體系礦漿pH值分別為:十二胺體系為5、十六胺體系為7、十八胺體系為5、HTAC體系為7、STAC體系為5,通過(guò)單礦物浮選試驗(yàn)得出不同捕收劑用量條件下,菱鎂礦和石英回收率如表4所示。

經(jīng)表4數(shù)據(jù)計(jì)算,不同捕收劑體系下捕收劑用量對(duì)菱鎂礦和石英浮選回收率差值(ε石英-ε菱鎂礦)的影響如圖4所示。

圖4 不同浮選體系下捕收劑用量對(duì)菱鎂礦和石英回收率差值的影響Fig.4 Effect of collector dosage on the recovery differential value between magnesite and quartz under different flotation systems

由圖4可知,十二胺用量為30 mg/L時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值較大,為42.65%;十六胺用量為30 mg/L時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值較大,為34.45%;十八胺用量為80 mg/L時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值較大,為24.28%;HTAC用量為30 mg/L時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值較大,為86.73%;STAC用量為60 mg/L時(shí),菱鎂礦浮選回收率與石英浮選回收率差值較大,為62.93%。在捕收劑用量為10～30 mg/L時(shí),菱鎂礦與石英可浮性差異大小順序?yàn)?HTAC體系＞十二胺體系＞STAC體系＞十六胺體系＞十八胺體系;在捕收劑用量大于30 mg/L時(shí),菱鎂礦與石英可浮性差異大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十六胺體系＞十八胺體系。

綜上可得,在不同浮選體系條件下,HTAC對(duì)菱鎂礦和石英的可浮性差異較大,能較好地選擇性捕收菱鎂礦和石英,十八胺則對(duì)菱鎂礦和石英的可浮性差異較小。通過(guò)兩種礦物回收率差值對(duì)比可知,伯胺(R-NH2)和季銨(R-N(CH3)3)陽(yáng)離子捕收劑對(duì)菱鎂礦和石英的選擇性隨著碳原子的增加逐漸降低,并且在同等烷基條件下,帶支鏈的陽(yáng)離子捕收劑選擇性好于無(wú)支鏈的陽(yáng)離子捕收劑。

2.2 人工混合礦浮選試驗(yàn)

2.2.1 礦漿pH值對(duì)高丁選擇性指數(shù)的影響

為了進(jìn)一步研究不同捕收劑對(duì)礦物可浮性效果的影響,采用高丁選擇性指數(shù)衡量不同捕收劑在菱鎂礦-石英二元混合礦浮選分離過(guò)程中的選擇性。設(shè)定不同捕收劑用量分別為:十二胺30 mg/L、十六胺40 mg/L、十八胺60 mg/L、HTAC 30 mg/L、STAC 60 mg/L,通過(guò)人工混合礦浮選試驗(yàn)得出單一變量礦漿pH值對(duì)高丁選擇性指數(shù)的影響,結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同浮選體系下礦漿pH值對(duì)高丁選擇性指數(shù)的影響Fig.5 Effect of pulp pH value on selectivity index under different flotation systems

由圖5可知,不同礦漿pH值條件下,十二胺、十六胺和十八胺的高丁選擇性指數(shù)變化較小,分別維持在3.2、2.0和1.7左右;對(duì)于HTAC,礦漿pH值為3～11時(shí),HTAC選擇性指數(shù)由6.96增加至16.81,礦漿pH值大于11時(shí),其選擇性指數(shù)趨于穩(wěn)定;對(duì)于STAC,礦漿pH值為3～7時(shí),STAC選擇性指數(shù)由3.55增加至5.10,礦漿pH值為7～11時(shí),STAC選擇性指數(shù)由5.10降低至3.38。礦漿pH值為3～5時(shí),不同捕收劑選擇性指數(shù)大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十八胺體系＞十六胺體系;礦漿pH值為5～11時(shí),不同捕收劑選擇性指數(shù)大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十六胺體系＞十八胺體系。

2.2.2 藥劑用量對(duì)高丁選擇性指數(shù)的影響

設(shè)定不同體系的礦漿pH值分別為:十二胺體系為5、十六胺體系為7、十八胺體系為5、HTAC體系為7、STAC體系為5,通過(guò)人工混合礦浮選試驗(yàn)得出單一變量捕收劑用量對(duì)高丁選擇性指數(shù)的影響,結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知:在捕收劑用量為10～50 mg/L時(shí),不同捕收劑的選擇性指數(shù)大小順序?yàn)?HTAC體系＞十二胺體系≈STAC體系＞十六胺體系＞十八胺體系;在捕收劑用量大于50 mg/L時(shí),不同捕收劑的選擇性指數(shù)大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十六胺體系＞十八胺體系。

綜上可得,在不同浮選體系條件下,HTAC捕收劑選擇性指數(shù)較大,在菱鎂礦-石英二元混合礦浮選體系中,HTAC能較好地實(shí)現(xiàn)菱鎂礦和石英的分離,相反,十八胺的選擇性指數(shù)較小,當(dāng)菱鎂礦和石英同時(shí)存在時(shí),十八胺分離二者的作用較差。通過(guò)選擇性指數(shù)對(duì)比可知,伯胺(R-NH2)和季銨(R-N(CH3)3)陽(yáng)離子捕收劑對(duì)菱鎂礦和石英的選擇性捕收能力隨著碳原子數(shù)的增加逐漸降低,并且在同等烷基條件下,帶支鏈陽(yáng)離子捕收劑的選擇性捕收性能優(yōu)于無(wú)支鏈陽(yáng)離子捕收劑。

由單礦物及人工混合礦浮選試驗(yàn)可知,菱鎂礦-石英在不同浮選體系下的最佳分離試驗(yàn)條件及其所對(duì)應(yīng)的可浮性差異情況如表5所示。

由表5可知,不同捕收劑最佳分離條件下所對(duì)應(yīng)的單礦物及混合礦可浮性差異順序?yàn)?HTAC＞STAC＞十二胺＞十六胺＞十八胺。HTAC高丁選擇性指數(shù)最高,為14.26,表明其對(duì)菱鎂礦和石英選擇性較強(qiáng),當(dāng)HTAC用量為30 mg/L、礦漿pH值為7.0時(shí),菱鎂礦-石英的單礦物和混合礦浮選試驗(yàn)的回收率差值分別為86.73%和86.04%,說(shuō)明較其余捕收劑,HTAC能較好地從菱鎂礦中脫除石英。

2.3 礦物表面Zeta電位分析

陽(yáng)離子捕收劑荷正電,礦物表面吸附陽(yáng)離子捕收劑時(shí),表面電位會(huì)隨之改變,因此通過(guò)測(cè)量藥劑作用前后菱鎂礦和石英表面動(dòng)電位變化,可分析捕收劑在菱鎂礦和石英表面的吸附能力[18]。通過(guò)檢測(cè),不同捕收劑作用下菱鎂礦和石英表面Zeta電位隨礦漿pH值變化的關(guān)系曲線如圖7和8所示。

圖7 不同捕收劑作用下菱鎂礦表面Zeta電位隨礦漿pH值變化關(guān)系曲線Fig.7 Relation curve of surface Zeta potential of magnesite with pulp pH value under the action of different collectors

由圖7可知,無(wú)捕收劑添加時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=6.3;添加捕收劑十二胺時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=9.1;添加捕收劑十六胺時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=8.4;添加捕收劑十八胺時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=8.6;添加捕收劑HTAC時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=6.4;添加捕收劑STAC時(shí),菱鎂礦的表面零電點(diǎn)為pH=7.9。不同條件下菱鎂礦表面電位零電點(diǎn)的大小順序?yàn)?十二胺＞十八胺＞十六胺＞STAC＞HTAC＞無(wú)藥劑。由此可得,相比于菱鎂礦單獨(dú)存在時(shí),各個(gè)帶有正電荷官能團(tuán)的捕收劑均在菱鎂礦表面發(fā)生吸附,致使菱鎂礦表面正電荷增加和表面零電點(diǎn)正向偏移,且十二胺使菱鎂礦表面零電點(diǎn)正向偏移較大,說(shuō)明對(duì)菱鎂礦表面吸附十二胺的量較多,而HTAC則正向偏移較小,說(shuō)明菱鎂礦表面吸附HTAC的量較少。

由圖8可知,無(wú)捕收劑添加時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=2.5;添加捕收劑十二胺時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=7.1;添加捕收劑十六胺時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=5.8;添加捕收劑十八胺時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=3.5;添加捕收劑HTAC時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=8.0;添加捕收劑STAC時(shí),石英的表面零電點(diǎn)為pH=7.8。不同條件下石英表面零電點(diǎn)大小順序?yàn)?HTAC＞STAC＞十二胺＞十六胺＞十八胺＞無(wú)藥劑。由此可得,相比于石英單獨(dú)存在時(shí),各個(gè)帶有正電荷官能團(tuán)的捕收劑均在石英表面發(fā)生吸附,致使石英表面正電荷增加和零電點(diǎn)均正向偏移,且HTAC使石英表面零電點(diǎn)正向偏移較大,說(shuō)明對(duì)石英表面吸附HTAC的量較多,而十八胺則正向偏移較小,說(shuō)明石英表面吸附十八胺的量較少。

圖8 不同捕收劑作用下石英表面Zeta電位隨礦漿pH值變化關(guān)系曲線Fig.8 Relation curve of surface Zeta potential of quartz with pulp pH value under the action of different collectors

2.4 礦物表面接觸角分析

接觸角是礦物表面親疏水性的一種直觀表現(xiàn),接觸角的大小極大地影響著礦物的可浮性。通過(guò)檢測(cè),不同捕收劑作用下菱鎂礦和石英表面接觸角的大小如表6所示。

表6 不同捕收劑作用下礦物表面接觸角數(shù)值Table 6 Numerical values of mineral surface contact angles under the action of different collectors

由表6可知,自然條件下菱鎂礦和石英的接觸角分別為18°和13°,具有較高的親水性[19]。對(duì)于菱鎂礦,不同捕收劑作用下疏水性大小順序?yàn)?十二胺(47°)＞STAC(34°)＞十六胺(31°)＞十八胺(29°)＞HTAC(26°),由此可得,相比于自然條件下的菱鎂礦,不同捕收劑作用下菱鎂礦的接觸角均增加,說(shuō)明各捕收劑的添加均使菱鎂礦表面疏水性增加,且十二胺為捕收劑時(shí),菱鎂礦的疏水性較好,HTAC為捕收劑時(shí),菱鎂礦的疏水性較差;對(duì)于石英,不同捕收劑作用下疏水性大小順序?yàn)?HTAC(91°)＞十二胺(89°)＞STAC(79°)＞十六胺(66°)＞十八胺(61°),由此可得,相比于自然條件下的石英,不同捕收劑作用后石英的接觸角均增加,說(shuō)明各捕收劑的添加均使石英表面疏水性增強(qiáng),且HTAC為捕收劑時(shí),石英的疏水性較好,十八胺為捕收劑時(shí),石英的疏水性較差;對(duì)于菱鎂礦-石英接觸角差異,不同捕收劑作用下二者疏水性差異的大小順序?yàn)?HTAC(65°)＞STAC(45°)＞十二胺(42°)＞十六胺(35°)＞十八胺(32°),由此可得,當(dāng)HTAC為捕收劑時(shí),HTAC能較地選擇性增加石英表面接觸角,增加與菱鎂礦表面疏水性差異,實(shí)現(xiàn)與菱鎂礦浮選分離的目的。

2.5 礦物表面XPS分析

為研究5種捕收劑在礦物表面的吸附強(qiáng)度,在表5所示的藥劑條件下對(duì)菱鎂礦和石英處理,并對(duì)其表面的陰離子元素O的XPS能譜進(jìn)行分析,結(jié)果如圖9和10所示。

圖9 不同藥劑處理后菱鎂礦表面O元素X射線光電子能譜Fig.9 X-ray photoelectron spectroscopy of O element on the surface of magnesite after treatment with different agents

由圖9可知,自然條件下,菱鎂礦表面O 1s的峰值所對(duì)應(yīng)結(jié)合能為530.59 eV[6];經(jīng)十二胺處理后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能為529.75 eV;經(jīng)十六胺處理后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能為531.35 eV;經(jīng)十八胺處理后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能為530.78 eV;經(jīng)HTAC處理后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能為530.66 eV;經(jīng)STAC處理后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能為530.70 eV。相比于自然條件,5種捕收劑作用后的菱鎂礦O 1s峰結(jié)合能偏移量大小順序?yàn)?十二胺＞十六胺＞十八胺＞STAC＞HTAC,由此表明,十二胺在菱鎂礦表面的結(jié)合能力較強(qiáng),當(dāng)十二胺為捕收劑時(shí),菱鎂礦的可浮性較好,HTAC則對(duì)菱鎂礦的結(jié)合強(qiáng)度較弱。

由圖10可知,自然條件下,石英表面O 1s的峰值所對(duì)應(yīng)結(jié)合能為530.50 eV;經(jīng)十二胺處理后的石英O 1s峰結(jié)合能為529.45 eV[7,11];經(jīng)十六胺處理后的石英O 1s峰結(jié)合能為531.52 eV;經(jīng)十八胺處理后的石英O 1s峰結(jié)合能為531.31 eV;經(jīng)HTAC處理后的石英O 1s峰結(jié)合能為532.77 eV;經(jīng)STAC處理后的石英O 1s峰結(jié)合能為532.21 eV。相比于自然條件,5種捕收劑作用后的石英O 1s的峰結(jié)合能偏移量大小順序?yàn)?HTAC＞STAC＞十二胺＞十六胺＞十八胺,由此表明,HTAC與石英表面的結(jié)合能力較強(qiáng),十八胺與石英的結(jié)合能力較弱。

圖10 不同藥劑處理后石英表面O元素X射線光電子能譜Fig.10 X-ray photoelectron spectroscopy of O element on the surface of quartz after treatment with different agents

為對(duì)比不同捕收劑在礦物表面的吸附量,列舉出不同捕收劑體系下菱鎂礦和石英表面N和O元素的含量,結(jié)果如表7所示。

表7 不同捕收劑體系下礦物表面元素含量Table 7 Mineral surface element content under different collector systems

由表7可知,對(duì)于菱鎂礦,在十二胺和十六胺為捕收劑時(shí),其表面的N元素含量分別為4.61%和2.01%,在十八胺、HTAC和STAC為捕收劑時(shí),菱鎂礦表面未檢測(cè)到N元素;對(duì)于石英,5種捕收劑作用下,檢測(cè)到N元素含量的大小順序?yàn)?HTAC(13.05%)＞STAC(11.28%)＞十二胺(10.31%)＞十六胺(7.22%)＞十八胺(5.06%)。由此表明,5種捕收劑均在石英表面發(fā)生吸附,且HTAC在石英表面的吸附量較多。相同捕收劑作用下,菱鎂礦和石英表面N元素含量差值大小順序?yàn)?HTAC(13.05%)＞STAC(11.28%)＞十二胺(5.70%)＞十六胺(5.21%)＞十八胺(5.06%),由此可得,5種捕收劑在菱鎂礦和石英表面的吸附量存在差異,且HTAC捕收劑在菱鎂礦和石英表面的吸附狀況差異較大,選擇性較好。

3 結(jié) 論

(1)不同礦漿條件下,菱鎂礦與石英的可浮性差異大小順序?yàn)?HTAC體系＞STAC體系＞十二胺體系＞十六胺體系＞十八胺體系。

(2)在礦漿pH值7.0、HTAC用量30 mg/L時(shí),菱鎂礦和石英有較大的可浮性差異。

(3)隨著碳原子數(shù)量的增加,伯胺(R-NH2)和季銨[R-N(CH3)3]陽(yáng)離子捕收劑對(duì)菱鎂礦和石英表面零電點(diǎn)正移程度、疏水性和結(jié)合強(qiáng)度差異逐漸降低,但在同等烷基條件下,帶支鏈陽(yáng)離子捕收劑對(duì)菱鎂礦和石英表面零電點(diǎn)正移程度、疏水性、結(jié)合強(qiáng)度和吸附量差異逐漸增加。

(4)隨著碳原子數(shù)量的增加,伯胺(R-NH2)和季銨[R-N(CH3)3]陽(yáng)離子捕收劑在菱鎂礦脫硅中的效應(yīng)逐漸降低;同等烷基條件下,帶支鏈陽(yáng)離子捕收劑在菱鎂礦脫硅中的效應(yīng)優(yōu)于無(wú)支鏈陽(yáng)離子捕收劑。