表面活性剂在弱磁性铁矿物磁种絮凝中的强化机制研究

To solve the problems that the selective polymer flocs of weak magnetic iron minerals are loose and easily broken, on the basis of magnetic seeds flocculation, surfactants will be added further to regulate the interactions of minerals-minerals, minerals-magnetic seeds, and minerals-flocculants, resulting in optimizing the flocs structure and growth process, which is aim to improve the polymer flocculation selectivity. The hydrophobic aggregation, surface magnetization, and polymer flocculation are combined reasonably in this research project. Meanwhile, the hydrophobic magnetizing aggregation effect induced by surfactant and magnetic seed, the surfactant-polymer interactional association effect and adsorption mechanism on surface, and the dynamic evolution laws of polymer flocs are studied systematically, to reveal the synergistically strengthening mechanism of surfactant for interface interaction (including interactions of particle-particle and flocculant-particle) and form the technology and theoretical system of combined strength flocculation. The research results not only contribute to complement the basic theory of flocculation but also have application values for efficient and low-cost mineral selective flocculation.

本项目针对细粒弱磁性铁矿物选择性絮凝中普遍存在的絮团结构松散、易碎裂等问题，在磁种絮凝的基础上引入表面活性剂（捕收剂），协同调控矿物与矿物、矿物与磁种、矿物与絮凝剂间的相互作用，改善絮团的生长过程及空间结构特性，进一步提升絮凝过程中的选择性。本项目将疏水团聚、磁种表面磁化、高分子絮凝等方法科学地结合起来，通过深入研究絮凝过程中表面活性剂/磁种作用下的疏水磁团聚效应、表面活性剂/高分子絮凝剂间的缔合作用及吸附机理、高分子絮团的动态演化规律等问题，揭示表面活性剂协同强化界面作用（颗粒与颗粒、颗粒与絮凝剂分子间的相互作用）的微观机制，形成复合强化絮凝新工艺和理论体系。本项目不仅丰富了絮凝分选的基础理论，而且对高效低成本的矿物选择性絮凝具有重要的应用价值。

我国虽然铁矿资源丰富，但其中微细粒浸染的铁矿石占有相当高的比例，并且随着铁矿资源的不断开发利用，贫、细、杂化铁矿石的入选比例更是逐年增大，因此微细粒铁矿物的高效分选问题也愈发突出。选择性絮凝是目前处理微细粒矿物的最主要的方法之一，但普遍存在絮团选择性差、易碎裂等问题。鉴于此，本项目将传统的选择性（磁种）絮凝与疏水团聚合理地结合起来，以改善絮凝过程中的选择性，同时借助动电位、接触角、紫外分光、分子动力学模拟等手段，深入研究表面活性剂协同强化界面作用的微观机制。主要研究结论如下：（1）表面活性剂油酸钠可选择性地吸附于铁矿物表面，增大铁矿物与石英颗粒间的静电斥力，从而起到分散作用，同时油酸钠作用下的疏水力还可诱导赤铁矿等形成絮团、强化磁种（磁铁矿）的选择性罩盖，从而为后续高分子絮凝创造有利条件。（2）高分子絮凝剂聚丙烯酰胺与油酸钠间可通过氢键作用形成聚合物-表面活性剂复合物，复合物中油酸钠的化学吸附与聚丙烯酰胺的氢键吸附会产生协同作用，从而强化复合物与铁矿物表面的相互作用；而对于脉石矿物石英来说，复合物中油酸钠反而会影响聚丙烯酰胺的氢键吸附，不利于复合物在石英表面的吸附。（3）基于表面活性剂-聚合物的组合絮凝剂（油酸钠-聚丙烯酰胺）可在一定程度上提高微细粒铁矿物的絮凝效率，对于传统高分子絮凝剂絮凝效果不佳的细粒级部分尤其明显。