新型锡石螯合捕收剂及伴生矿物抑制剂分子结构设计及作用机理研究

It is difficult to separate cassiterite from its associated gangue minerals，and especially, the theory of fine cassiterite flotation had not been investigated deeply. Thus, based on crystal chemistry, surface chemistry, quantum chemistry etc. and by the means of FTIR, XPS, AFM, etc. and MS software，the mechanism for separation of fine cassiterite from gangue minerals as quartz, hematite, fluorite, calcite, etc. by flotation will be studied. Firstly, the crystal chemical characteristics and surface property of fine cassiterite and its associated gangue mineral will be detected. And then, on the basis of the principles of molecule structural design of flotation reagent, a new N-O chelating collector of fine cassiterite with better selectivity and higher collecting strength and new depressant in favour of the flotation of fine cassiterite from gangue will be prepared. Furthermore, the absorption mechanism of new flotation reagents on mineral surface will be investigated, and the synergistic action of both of the new collector and new depressant will be researched. It is expected that a model will be constructed to describe the interaction mechanism of reagent and such mineral as cassiterite, quartz, hematite, fluorite and calcite. The study is beneficial to the optimization and perfection of technology of fine cassiterite flotation.

微细粒锡石与其伴生矿物之间浮选分离一直是选矿界的难题，尤其以微细粒锡石为主体所进行的浮选机理的研究还不够深入。本项目拟采用FTIR、XPS、AFM等现代检测设备和MS模拟软件，结合晶体化学、表面化学、物理化学和量子化学等经典理论，深入系统地开展微细粒锡石及石英、赤铁矿、萤石和方解石等伴生矿物之间浮选分离基础研究；检测、计算和分析微细粒锡石及伴生矿物的晶体化学特征和表面性质；基于浮选药剂分子构效关系原理, 设计和合成出选择性好、捕收能力强的新型N-O型螯合捕收剂并构建和制备出强化微细粒锡石浮选的新型抑制剂；探究新型浮选药剂在矿物表面的吸附规律和作用机理以及新型捕收剂分子与抑制剂分子在微细粒锡石浮选体系中的协同作用规律；构建浮选药剂在微细粒锡石、石英、赤铁矿、萤石和方解石等矿物表面的作用机理模型。本项目的实施将完善锡石浮选理论体系，为微细粒锡石资源的高效利用奠定坚实理论基础。

细粒锡石的高效回收一直是选矿界的难题，我国损失的锡金属80%从矿泥中流失，浮选是回收微细粒锡石最有效的方法之一，针对微细粒锡石浮选开展新型高效捕收剂及含钙脉石抑制剂研究具有理论和实际意义。.本项目设计并筛选出新型锡石捕收剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)和新型含钙矿物抑制剂羟基柠檬酸（HCA）。并以CEPPA为捕收剂，苯乙烯膦酸(SPA)和油酸钠(NaOL)两种经典捕收剂为参照，通过单矿物浮选试验研究了三种捕收剂对锡石、石英、萤石的浮选性能，并考察了金属离子和硅酸钠、柠檬酸、六偏磷酸钠对三种捕收剂体系中锡石、萤石可浮性的影响，结果表明CEPPA抗金属离子干扰的能力最强，SPA次之，NaOL最易受金属离子干扰。CEPPA体系中，Cu2+可以强烈地抑制萤石，不会影响锡石的可浮性，且不会活化石英，可以实现三种矿物的有效分离；同时在捕收剂SPA体系下研究了新型抑制剂HCA以及常规抑制剂对共伴生锡石矿中的主要矿物锡石、萤石、方解石浮选的影响，结果表明HCA能够有效抑制萤石和方解石，在pH值为6.0～9.0的范围内，可以实现锡石与萤石、方解石的有效分离；进而通过人工混合矿浮选试验验证了三种捕收剂和新型抑制剂的分选性能。最终采用吸附量、接触角、动电位、红外光谱、X射线光电子能谱等检测以及浮选溶液化学、DFT模拟等方法分析了浮选药剂在矿物表面的作用机理，结果表明CEPPA可以通过其分子内四个O原子与锡石表面Sn原子结合形成类似于Sn-CEPPA沉淀的络合物，HCA中的羧基可以与Ca2+发生化学络合反应以金属配体配合物的形式吸附在萤石和方解石表面上，而不能与锡石发生化学吸附；本研究丰富了锡石浮选捕收剂及含钙脉石抑制剂的种类，发展了锡石捕收剂的构效关系，对微细粒锡石浮选具有一定的指导意义。