鋁硅礦物的叔胺類捕收劑的合成、性能及作用機(jī)理研究.pdf

1、本論文以鋁硅礦物的晶體結(jié)構(gòu)和浮選藥劑分子設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并合成了六種叔胺捕收劑；通過單礦物浮選試驗(yàn)，查明了合成藥劑對一水硬鋁石和高嶺石的捕收行為；通過動(dòng)電位測試、紅外光譜測試、溶液化學(xué)計(jì)算、量子化學(xué)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬等，探討了十二系列叔胺與一水硬鋁石和高嶺石的作用機(jī)理，分析確定了叔胺分子中取代基的取代基效應(yīng)與其浮選性能之間的關(guān)系。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)破碎時(shí)，一水硬鋁石主要沿(001)晶面解離，親水性較強(qiáng)；高嶺石沿(

2、001)晶面完全解理，沿(110)與(010)晶面不完全解理，也有較強(qiáng)親水性。一水硬鋁石和高嶺石的荷電機(jī)理相似，主要由斷裂晶面對H+的吸附或解離引起，且電荷隨pH不斷變化；此外金屬離子的晶格取代使高嶺石的層面荷永久負(fù)電。捕收劑的極性基團(tuán)設(shè)計(jì)以N為主體；選定捕收劑的極性基為取代叔胺型，即—NR2型，取代基選用CH3、C2H5、C3H7、C7H7。
　　 (2)以脂肪胺、醛、甲酸為原料，采用還原烷基法，制備合成出兩個(gè)系列6種叔胺化合

3、物，合成產(chǎn)率較高，純度在80％以上。
　　 (3)叔胺捕收劑對一水硬鋁石和高嶺石的浮選性能如下：當(dāng)浮選一水硬鋁石時(shí)，六種叔胺捕收能力普遍不高，DRN12、DPN12、DBN12和DRN16的回收率最大值分別只有：52％、61％、6％和62％。當(dāng)增大叔胺用量時(shí)，一水硬鋁石的回收率呈增長趨勢。當(dāng)浮選高嶺石時(shí)，除了取代芐基叔胺(DBN12)以外，其他五種叔胺的捕收能力普遍較好，pH=2-3.5時(shí)，高嶺石的回收率都在85％以上，當(dāng)增大叔

4、胺用量時(shí)，回收率會逐漸增加。十二系列叔胺對高嶺石具有更好的選擇性捕收能力，其中DRN12、DEN12和DPN12捕收高嶺石和一水硬鋁石的最大回收率差(Rkaolinite-Rdiaspore)分別可達(dá)42％、41％和42％。十二系列叔胺對一水硬鋁石和高嶺石的浮選性能表現(xiàn)出相同的規(guī)律性：DEN12>DPN12>DRN12>DBN12。
　　 (4)十二系列叔胺與鋁硅礦物表面的作用機(jī)理研究表明：十二系列叔胺與鋁硅礦物表面的作用形式為

5、物理吸附，且無力吸附是由靜電作用引起的，與鋁硅礦物表面作用后，叔胺能顯著增加它們的表面電位；同時(shí)十二系列叔胺改變鋁硅礦物的表面電位的大小順序?yàn)椋篋EN12>DPN12>DRN12>DBN12。酸性條件下，一水硬鋁石表面主要是Al-OH，陽離子態(tài)的叔胺難以與其發(fā)生靜電作用；高嶺石表面主要是Al-OH和Si-OH，但由于高嶺石顆粒帶永久負(fù)電，因此陽離子態(tài)的叔胺可以與其產(chǎn)生靜電作用。堿性條件下，一水硬鋁石表面主要是Al-O，叔胺陽離子易與其產(chǎn)

6、生靜電作用，當(dāng)pH>pHs以后，靜電作用開始逐漸減弱；高嶺石表面主要是Al—O和Si-O，叔胺陽離子易與高嶺石產(chǎn)生靜電作用，但由于高嶺石顆粒荷電較多而使溶液中顆粒極度分散，以及叔胺的疏水碳鏈可能發(fā)生的疏水締合，使浮選效果反而變差。
　　 (5)十二系列叔胺的取代基效應(yīng)與其浮選性能的關(guān)系研究表明：四種十二叔胺中取代基的誘導(dǎo)效應(yīng)對叔胺的EHOMO及N原子上的凈電荷的影響大小順序?yàn)椋篋PN12>DEN12>DRN12>;DBN12取代

7、基的誘導(dǎo)效應(yīng)對叔胺的陽離子的頭基端的正電荷的影響大小順序?yàn)椋篋PN12>DEN12>DRN12>DBN12。四種叔胺中取代基的空間效應(yīng)大小順序?yàn)椋篋BN12>DPN12>DEN12>DRN12。叔胺陽離子與高嶺石(001)面發(fā)生靜電作用，叔胺陽離子逐步靠近(001)面，并最終吸附于(001)面；在靠近(001)面的過程中，叔胺陽離子中的取代基會因空間位阻效應(yīng)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)扭曲，其中某些鍵間的鍵角發(fā)生變化。模擬過程穩(wěn)定后，DRN12H+、DE