浮选矿浆的泥化现象与粘土矿物层间水化膜和电荷关系的基础研究

Sliming in ore pulps is very detrimental to mineral flotation, and is the main reason for the high turbidity of the recycled water from tailing slurries. This proposed project made a hypothesis of that the sliming closely correlates to the hydration layers and negative charges on the interlayer surfaces of clay minerals, and will verify this hypothesis through well-planned experimental and theoretical studies. Based on the verification, an attempt will be made to develop an appropriate chemical scheme to reduce or destroy the sliming in ore slurries through adjusting the hydration layers and surface charges. The research works will include: delamination of clay minerals into two-dimension particles, hydration layers on clay mineral surfaces and the hydration forces, surface charges on clay mineral interlayers and the electrical double layer force, establishment of the relationship between the sliming and hydration layers and surface charges on clay mineral interlayers, developing an chemical scheme to reduce or destroy the sliming in ore slurries, and verification of the positive effects of the chemical scheme in the flotation of oxide minerals.

矿浆中的泥化现象严重恶化浮选的分选效率并导致尾矿水难以澄清。本课题假设这个泥化现象与矿浆中的粘土矿物的层间表面的水化膜和电荷密切相关，力图通过一系列的试验和理论研究来证实这一假设。在此基础上，探讨通过调节粘土矿物层间表面的水化膜和电荷实现浮选矿浆的泥化作用的减弱或消除。研究工作包括：粘土矿物层间剥离；粘土矿物表面水化膜的强度和水化排斥作用力，粘土矿物表面电荷与双电层排斥力，建立泥化现象与粘土矿物的层间表面的水化膜和电荷的内在联系和规律，寻找合适的化学药剂调节粘土矿物表面的水化膜和电荷以减弱或消除粘土矿物的泥化作用，新药剂制度的氧化矿浮选。

矿浆中的泥化现象严重恶化浮选的分选效率并导致尾矿水难以澄清。研究证实了泥化现象与矿浆中的粘土矿物的层间表面的水化膜和电荷密切相关，并围绕粘土矿物的水化膨胀特性及影响因素、粘土矿物液相泥化剥离、矿物异相凝聚对浮选影响、粘土矿物表面电性及水化膜以及实际矿物选矿分析进行了研究。结果表明：黏土层间金属阳离子的水合半径越大，粘土膨胀容越大，电解质溶液中金属阳离子的价态越高，离子浓度越高、水化性质越差，蒙脱石的膨胀容越低，膨胀性质越差。分子动力学模拟揭示了对粘土膨胀性起主导作用的是渗透水化阶段。粘土膨胀的微观机理受制于水的结构和动力学特性以及含水粘土层间的平衡离子。粘土在水化膨胀作用下表面会形成1-2 nm厚度的水化膜，水化膜间存在强烈的水化排斥力，在强烈剪切力场中这些被撑开的粘土片层可能会被剥开成为单层或几个单层结构的粘土片层。同时热处理、离子交换等方法亦可将天然粘土剥离成少数层或单层。剥离的二维胶体粘土颗粒会在浮选的强烈搅拌过程中产生形成稳定分散的矿泥，影响浮选效果。研究发现阳离子表面活性剂会吸附在二维粘土矿物的端面及平面上，阴离子表面活性剂只吸附在粘土矿物的端面上。通过机械研磨的方法将表面活性剂吸附到粘土表面，即可达到防止粘土在水溶液中剥离的目的。实际浮选中，以氨基三亚甲基膦酸(ATMP)作为分散剂来改善蛇纹石与镍黄铁矿的异相凝聚行为，ATMP特性吸附到蛇纹石表面，使得蛇纹石的Zeta电位从正变为负，进而使得镍黄铁矿和蛇纹石颗粒之间产生静电排斥作用，最终使得捕收剂-黄原酸盐能与镍黄铁矿有效作用，从而提高其浮选效果。另外，添加铝离子亦可改善蛇纹石矿泥和镍黄铁矿的异相凝聚行为。铝离子在矿浆中会发生水解生成沉淀，而这些产物将通过特殊的作用吸附在蛇纹石表面上并促进利蛇纹石泥的凝聚，从而消除利蛇纹石和镍黄铁矿之间的异相凝聚。研究从机理至实际浮选进行了全面研究，对微细粒矿物浮选具有极大的指导意义。