新型有機(jī)硅陽離子捕收劑的合成及其對鋁硅礦物的浮選特性與機(jī)理研究.pdf

1、針對我國鋁土礦反浮選脫硅技術(shù)的重大需求，將有機(jī)硅基團(tuán)引入鋁硅礦物陽離子捕收劑分子結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)地進(jìn)行了有機(jī)硅陽離子捕收劑的制備及其對鋁硅礦物的浮選特性和機(jī)理研究。
　　 首先，系統(tǒng)地研究了有機(jī)硅捕收劑的合成與表征。以鹵代有機(jī)硅氧烷與脂肪叔胺為原料、碘化鉀為催化劑、無水乙醇為溶劑，一步直接合成了有機(jī)硅季銨鹽QAS系列捕收劑。在鹵代有機(jī)硅氧烷、叔胺、碘化鉀投料的摩爾配比為1.1:1.0:0.01、反應(yīng)溫度80℃、合成時間37h、通N2

2、保護(hù)的條件下，合成產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率均達(dá)90％以上。采用六甲基二硅氧烷(MM)為封端劑，對氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷(TAS100)進(jìn)行封端處理，制備了有機(jī)硅伯胺捕收劑氨乙基氨丙基三硅氧烷(TAS101)。在投料摩爾配比TAS100：MM=1:5、以10％四甲基氫氧化銨溶液為催化劑、通N2保護(hù)、恒溫90℃攪拌反應(yīng)8h的條件下，TAS100轉(zhuǎn)化率約達(dá)90％。分別以TAS100、TAS101為原料與芐氯反應(yīng)，當(dāng)投料的摩爾比TAS100或TAS10

3、1：芐氯=1:1.5時，以無水乙醇為溶劑、通N2保護(hù)、恒溫80℃反應(yīng)8h，合成了有機(jī)硅仲胺芐基氨乙基氨丙基二甲氧基甲基硅烷(TAS550)和芐基氨乙基氨丙基三硅氧烷(QAS550)。采用化學(xué)滴定、界面張力測定、紅外譜圖分析、1HNMR和13CNMR核磁共振測定等分析測試技術(shù)對最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征，研究表明各目的產(chǎn)品純度均超過90％。
　　 研究并揭示了有機(jī)硅捕收劑的結(jié)構(gòu)與浮選性能的相互關(guān)系。研究結(jié)果表明，有機(jī)硅季銨鹽QA

4、S系列捕收劑在廣泛pH范圍內(nèi)均是高嶺石、葉蠟石、伊利石三種鋁硅酸鹽礦物的有效捕收劑，QAS系列捕收劑對一水硬鋁石的捕收能力隨著礦漿pH升高先增加而后急速減??；當(dāng)pH≥11時，鋁硅礦物之間表現(xiàn)出了良好的反浮選分離趨勢；該類捕收劑對鋁硅礦物的浮選性能隨著主碳鏈的延長而降低；在捕收劑γ-(三乙氧基硅基)丙基十二烷基二甲基氯化銨(QAS222)用量4×10-4M、NaOH調(diào)礦漿pH至11、未添加任何抑制劑的條件下，實現(xiàn)了一水硬鋁石和高嶺石人工混

5、合礦的反浮選分離。在pH4～10廣泛范圍內(nèi)，有機(jī)硅伯胺和仲胺捕收劑可顯著增強(qiáng)鋁硅礦物的可浮性，是鋁硅礦物的有效捕收劑；有機(jī)硅伯胺TAS101對鋁硅礦物的捕收力強(qiáng)于有機(jī)硅仲胺TAS550和QAS550；在捕收劑TAS101用量1.0×10-3M、抑制劑可溶性淀粉500mg/L、Na2CO3調(diào)pH=8條件下，成功地進(jìn)行了一水硬鋁石與高嶺石礦物的反浮選分離。
　　 針對河南某Al2O3品位63.92％、鋁硅比為6.07的一水硬鋁石型鋁

6、土礦，以γ-(三乙氧基硅基)丙基十二/十四烷基二甲基氯化銨(QAS224)和TAS101為捕收劑，進(jìn)行反浮選脫硅試驗研究。小型閉路試驗研究結(jié)果表明，當(dāng)捕收劑γ-(三乙氧基硅基)丙基十二/十四烷基二甲基氯化銨(QAS224)用量700g/t、NaOH調(diào)礦漿pH至11，原礦經(jīng)一次粗選兩次精選兩次掃選，獲得了Al2O3品位67.79％、Al2O3回收率81.72％、A/S為9.67的浮選精礦；當(dāng)捕收劑TAS101用量720g/t、Na2CO3

7、調(diào)礦漿pH至11、可溶性淀粉用量1320g/t時，原礦同樣經(jīng)一次粗選兩次精選兩次掃選，浮選精礦A/S為9.58，其Al2O3品位和回收率分別為68.52％、83.34％；當(dāng)QAS224用量540g/t，TAS101用量180g/t，Na2CO3調(diào)礦漿pH至11，可溶性淀粉用量1320g/t時，浮選流程不變，獲得了浮選精礦A/S為10.34、Al2O3品位68.98％、Al2O3回收率85.42％的選別指標(biāo)，組合捕收劑脫硅效果優(yōu)于單一用藥

8、。各浮選精礦質(zhì)量均滿足拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝給料要求。
　　 研究并揭示了有機(jī)硅季銨鹽捕收劑QAS222與礦物作用機(jī)理。研究結(jié)果表明，在礦漿pH=11的堿性條件下，QAS222通過靜電物理作用、氫鍵作用、化學(xué)吸附與礦物表面的Si、O、Al等原子作用，使礦物表面產(chǎn)生了更多Si-O-Si、Si-O、Si-O-Al鍵，從而牢固地吸附于高嶺石、葉蠟石和伊利石三種鋁硅酸鹽礦物表面，使其礦物表面ζ-電位正移、接觸角增大、疏水性和可浮性增強(qiáng)，而

9、此時QAS222很難在一水硬鋁石礦物表面發(fā)生吸附，因此，鋁硅礦物表面之間出現(xiàn)了明顯的疏水性和可浮性差異，從而實現(xiàn)了鋁硅礦物的反浮選分離。
　　 在礦漿廣泛pH范圍內(nèi)，TAS101可較好地改善鋁硅礦物表面的疏水性和可浮性，淀粉是一水硬鋁石礦物的選擇性抑制劑；受淀粉抑制后，一水硬鋁石礦物很難再吸附捕收劑TAS101，因此可浮性較差；而淀粉基本不影響高嶺石、葉蠟石、伊利石的浮選；以TAS101為捕收劑、淀粉為抑制劑，可有效地實現(xiàn)鋁硅礦