羟肟酸类药剂作用下细粒锡石的浮选及机理外文翻译资料
2022-10-30 10:10
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alpha;-羟丁基膦酸浮选锡石的浮选性能和吸附机理。
化学与化学工程学院,中南大学,长沙,410083中国
文章历史
收到2014年11月7日
修订后的形式收到2015年6月23日
接受2015年6月24日
网上2015年6月25日
关键字:浮选、锡石、吸附
摘要：
本文对HPA对于锡石的浮选性能和吸附机理进行了吸附实验,微量浮选测试,Zeta电位测量,傅里叶变换红外光谱(FTIR)和x射线光电子能谱(XPS)分析。微量浮选结果表明，与苯乙烯磷酸(SPA)、羟基乙叉二膦酸(DPA)、苯基异羟肟酸(BHA)和水杨羟肟酸(SHA) 相比, HPA在较宽的pH值范围内表现出对锡石极好的捕收能力以及相对于磁铁矿和赤铁矿的优先选择性。由吸附实验及动电位结果推断HPA在锡石表面用化学方法吸附。红外光谱的结果推断HPA用化学方法吸附到锡石表面通过其P和O原子以及p-h和o-h键的打破。XPS分析进一步证明了HPA与Sn反应形成Sn-O-P 和Sn-P键。
⑥2015年由爱思唯尔出版B.V
1.介绍
重选是一个主要的回收锡石矿物的选矿方法。而对于细粒锡石，重选可能不是一个有效的选矿技术。只有50 - 70 %细粒锡石颗粒可通过重选技术回收[1]。作为替代技术,浮选已经被证明是一个更有效的方法回收细粒锡石颗粒[2、3]。先前的调查发现, 通过利用油酸或烷基硫酸盐作为捕收剂可以将细粒锡石颗粒有效地被浮出 [4 - 6]。而且，这些捕收剂对脉石矿物的选择性较低。通常，异羟肟酸捕收剂在浮选过程中表现出优良的选择性[7 - 9]。烷基异羟肟酸很容易完成锡石浮选分离石英和方解石。然而，烷基异羟肟酸捕收剂对于锡和铁离子都表现出强烈的亲和力,导致对锡石和铁矿石的浮选分离效率很低[10 ]。
根据磷化合物如膦和次膦酸的螯合性能和特点可以作为萃取剂在回收和分离重金属离子的过程中，比如镧系元素、锕系元素和钴[12、13]。在选矿的应用上，苯乙烯膦酸(SPA)和羟基乙叉二膦酸(DPA)已经被当做捕收剂应用于金属氧化物矿物的浮选回收[14、15]。张和陈认为,DPA是一个有效的捕收剂对于浮选铌钙石和铌铁矿[16、17]。Gruner 和Biking 认为SPA是浮选回收锡石最好的捕收剂之一[18]。然而,次膦酸作为回收金属矿石的浮选捕收剂在前面的文献几乎没有被报道。在这方面, HPA首次被利用作为锡石浮选的捕收剂。其浮选性能被微量浮选实验研究。此外,HPA在锡石表面的吸附机理被评估,比如通过吸附实验、Zeta电位测量、FTIR和XPS分析。
2.材料和方法
2.1. 材料
锡石、磁铁矿和赤铁矿等用于研究的样品是从云南省个旧市，辽宁省齐大山和弓长岭获得的，x射线衍射(XRD)和x射线荧光(光谱仪)结果见图1和表1,表明锡石、磁铁矿和赤铁矿中的主要矿物的样品。大量的矿物样本被作为玛瑙研钵的基础而且颗粒粒度范围从-74到 38 micro;m的被选为浮选材料,人工混合矿是由混合锡石、磁铁矿和赤铁矿样品的重量比1：1：1制成的。红外光谱、XPS和Zeta电位的测量值是用更细的部分(-5 p m)测量的。
在我们的实验室根据Albouy的方法，HPA是合成的[11,12]。DPA、SPA、苯基异羟肟酸(BHA)和水杨羟肟酸(SHA)是从商业公司购买了纯度为85%的。这些捕收剂被再结晶纯化。其他化学物质用于分析试剂纯级的试验。所有的实验都是在298 K(plusmn;1)下得到的蒸馏水来操作的。
强度
强度
强度
图1 X射线衍射的锡石、赤铁矿和磁铁矿样品
表1 光谱仪分析锡石、赤铁矿和磁铁矿样品的成分
2.2. 吸附
吸附实验是在温度控制在298(plusmn;1)k中进行的。HPA在水溶液中的浓度用日本岛津公司TOC-V CPH分析仪所测得。载气的流量(O2,纯度gt; 99.90）是0.45升/分钟,催化剂(Pt / Al203)室温为973 k .生成二氧化碳的浓度是用非色散红外探测器(NDIR)测量的。测量总碳和无机碳它们的差值和总有机碳(TOC)的数量是相等的。锡石的比表面积被BET法从N2吸附等温线为77 K ，2020加速表面积和孔隙分析测定是0.236平方米/ g。
吸附量的计算是通过Eq,(1)。
Qe是HPA吸附在锡石上的数量(摩尔/ mz),C0 HPA的初始浓度(mol / L),Ce HPA的平衡浓度(mol / L),V体积(L),S锡石的比表面积(m2/ g),W是锡石的质量(g)。
2.3. 微量浮选测试
微量浮选是使用XFG II型浮选机(机械搅拌,（见图2）进行试验，,其容积为40毫升。叶轮速度是固定在1650 r / min。2克的矿物样本与30毫升的蒸馏水放置在小槽里。再添加浮选所需的捕收剂,之后悬浮液进行搅拌3分钟, 浮选之前将pH值用盐酸或氢氧化钠调整到设计值。浮选进行3分钟。计算回收矿物的精矿和尾矿的干重量。
图2 XFG II型浮选机图
2.4.Zeta电位测量
0.5 g的锡石样本分别添加到有和没有200 mg / L HPA的30毫升0.1 mol / L KN03的两份溶液中。搅拌5分钟后,用硝酸或氢氧化钠溶液对pH值调整并测量,从搅拌悬浮液中取样用库尔特Delsa440sxZeta电位大小分析仪测试并记录Zeta电位。
2.5.HPA与Sn和锡石反应产物的准备
0.1 mol / L HPA甲醇-水混合溶液和0.1 mol / L SnCl4溶液在298 K下混合之后, Sn-HPA反应产生了白色沉淀。这些白色沉淀用甲醇-水混合溶液洗涤,然后再用蒸馏水反复洗涤几次,再过滤,干燥并且储存在一个真空下硅胶干燥剂中。
0.5 g锡石颗粒被放入容量100毫升锥形瓶中,再加入50毫升0.001 mol / L HPA溶液。在298 K的恒温浴中搅拌30min后,对锡石颗粒进行离心,用蒸馏水洗两次,在真空炉中干燥然后准备红外光谱或XPS测量。
2.6红外光谱
HPA,Sn-HPA反应产品,被HPA处理前后的锡石的红外光谱通过KBr压片Nicolet Nexus 670仪器记录在误差为4 cm - 1的44000 - 400 cm - 1范围内。
2.7. x射线光电子能谱学
使用在200W下运行的具有20eV通过能量的AlKalpha;X射线源，在Thermo Scientific ESCALAB 250Xi上记录了锡石，锡石-HPA产物，HPA和Sn-HPA反应产物的XPS。真空压力范围从10-9 到 10-8托而且离开角度是90度。数据收集和处理都是在4.52软件中进行。
3.结果与讨论
3.1HPA在锡石上的吸附
HPA在锡石表面的吸附量随着pH值和捕收剂浓度的变化而变化的结果分别列在Figs.3和4中。Figs.3和4的结果说明了吸附更可取的pH值为7.0左右,酸性或碱性条件下都会抑制HPA的吸附。在pH值为7.0时,HPA在锡石表面的吸附量迅速增加，当增加的HPA的浓度低于150 mg / L。HPA浓度大于150 mg / L时,HPA在锡石表面的吸附量缓慢增加。
吸附量（10-4mol/m2）
图3 HPA在锡石表面的吸附量与PH的关系
吸附量（10-4mol/m2）
图4 HPA在锡石表面的吸附量与浓度的关系
浓度（mg/L）
3.2. 微量浮选测试
3.2.1. HPA浓度的影响
锡石的浮选反应在pH值为7.0的条件下随着HPA浓度变化的情况在图5中呈现。它表明锡石浮选回收情况迅速增加当HPA的初始浓度低于125 mg / L时。当HPA的浓度高于200 mg / L时,锡石浮选的回收情况无关紧要的增加。微量浮选的结果与吸附实验的结果是一致的。
浓度（mg/L）
回收率（%）
图5 HPA浓度与回收率的关系
3.2.2.不同捕收剂下的浮选
锡石、磁铁矿和赤铁矿通过分别使用浓度为200 mg / L的 HPA,SPA,DPA,BHA和SHA在pH值范围为3-11内的浮选回收率列在图6。图6(a)的结果表示,通过使用HPA作为捕收剂,锡石的浮选回收率超过80%在3-11的pH值范围内,而对于磁铁矿和赤铁矿,其回收率不到40%。pH值为7.0时,HPA浮选各矿物的结果分别是锡石89.8%、磁铁矿20.5%、赤铁矿11.6%。因此,HPA拥有优越的选择性对锡石，而对于磁铁矿和赤铁矿是抑制作用。
回收率（%）
图6(b)表明,SPA回收锡石在pH值为3 – 5的情况下回收率在75%以上。当pH值高于5,锡石的浮选回收率随着pH值增加而快速降低。当pH值为9.0,SPA浮选锡石的回收率只有17%。
结果在图6(b)还表示,在pH值为3-11的情况下，用SPA作为捕收剂，磁铁矿或赤铁矿的浮选回收率不到35%。因此,锡石的浮选分离磁铁矿或赤铁矿可能由使用SPA捕收剂在pH值为3 – 5时进行,这是符合Gruner 和 Biking的结果[18]。
回收率（%）
图6(c)表明,在pH值为3 – 7时,DPA回收锡石的回收率达90%以上。当pH值高于7.0,锡石的浮选回收率下降迅速在随着PH值的增大情况下。pH值范围3一11下,通过用DPA作为捕收剂，磁铁矿或赤铁矿的浮选回收率小于55 %。在pH值为7.0,DPA作为捕收剂浮选各矿物的结果分别是锡石93.9%,磁铁矿48.6%,赤铁矿41.1%。这些实验结果与Kotlyarevsky et al的结果一样[19 ]。
回收率（%）
图6(d)和(e)论证了苯甲羟肟酸(BHA)或水杨基氧肟酸(SHA)浮选锡石的回收率在pH值为7左右的情况下占65%以上。BHA和SHA在 pH值为5 – 9时也表现出温和的捕收能力对于磁铁矿和赤铁矿。异羟肟酸和铁离子之间的化学相互作用已经被观察到[20]。因此,可能很难分离锡石和氧化铁矿物当利用BHA和SHA作为捕收剂时。
回收率（%）
回收率（%）
图6 锡石、赤铁矿、磁铁矿分别在HPA,SPA,DPA,BHA和SHA作用下回收率与pH的关系
作为一个整体,这些捕收剂对于锡石的捕收能力按照顺序为:DPA gt; HPA gt; SHA gt; SPA gt;BHA。捕收剂对磁铁矿或赤铁矿的捕收能力按照顺序为:SHA gt; BHA gt; DPA gt; HPA gt; SPA。HPA在pH值范围宽的情况下展出优质的捕收能力对于锡石并且有很好的选择性对于抑制磁铁矿或赤铁矿。
3.3.合成混合矿石的浮选结果
单矿物浮选实验的结果表明,HPA表现出优良的选择性对于浮选锡石和抑制磁铁矿和赤铁矿。所以, 准备对合成混合矿石(含锡23.3%,铁45.2%)中进一步评估HPA从铁矿中分离锡石的浮选性能。浮选结果呈现在图7中,这表明随着HPA用量增加,锡的品位是下降的，而锡精矿的回收率是增加的。HPA浓度为66.6 mg / L的情况下,锡的回收率和品位分别达到71.5%和41.4%,而铁的回收率和品位分别只达到28.7%和32.1%。因此,HPA可以有效地从人工混合含铁的矿物中捕收锡石。
回收率（%）
HPA浓度（mg/L）
图7 HPA浓度对混合矿物浮选回收率的影响
3.4. Zeta电位测量
锡石的Zeta电位在有无HPA的情况下随pH值的变化而变化的结果如图8所示。它表明, 锡石颗粒的等电点(IEP)出现在蒸馏水pH值约为4.8时,这是按照秦等先前报告的数值[21]。经过HPA处理后,锡石颗粒的IEP变成pH值为3.9处,而且其zeta电位转移到更负,推断锡石表面负电荷增加。HPA是一种阴离子表面活性剂,通常作为其阴离子形式存在(HPA-)在pH gt; 3的水溶液中。因此,在HPA -吸附后, 锡石颗粒的Zeta电位变得低。Zeta电位测量的结果与吸附实验是一致的。当矿浆pH值超过4.8时,这意味着锡石的表面带负电电荷。吸附到锡石表面的HPA-必须克服它们之间的静电斥力,推导出一个比静电斥力更强大的相互作用力。因此,HPA与锡发生化学反应从而在锡石的表面形成复杂的膜。
Zeta电位（mv）
图8 在有无HPA的情况下pH对锡石Zeta电位的影响
3.5.FTIR分析
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