“双子星座”捕收剂分子设计、合成及在盐湖钾盐矿浮选应用的基础研究

Aiming at the existing problem in the flotation processes of potash ores from salt lakes, such as poor solubility and reagent dispersion in cold slurry, high sensitivity to slime, and poor salinity tolerance, the Gemini surfactants were used as flotation collectors. A series of novel Gemini surfactants and their friendly environmentally preparation technology were developed by the optimization of molecules structure and synthesis techniques. The flotation behaviors of sylvine, halite and carnallite by using Gemini surfactants as collectors were investigated. The effects between the molecular structure of Gemini surfactants and the minerals floatability were illustrated. Moreover, the interaction mechanisms between Gemini surfactants and mineral surfaces, and the adsorption configuration of collectors on the solid/liquid interface were studied by quantum chemistry, surface chemistry and molecular dynamics simulation. This study provided a series of novel surfactants which had good solubility and reagent dispersion in cold slurry, low sensitivity to slime, and good salinity tolerance, and technical foundation for the economical utilization of the potash ores from salt lakes.

针对盐湖钾资源浮选工艺存在的低温分散性差、对矿泥敏感、耐盐性能较弱等问题，将一种具有“双子星座”分子构型的“双子星座”表面活性剂用作钾盐矿浮选捕收剂。通过捕收剂分子结构优化设计和合成研究，研发出正浮选季铵盐型“双子星座”捕收剂，反浮选吗啉叔胺型、吗啉季铵盐型“双子星座”捕收剂及其设计制备新方法。系统研究“双子星座”捕收剂对氯化钾、氯化钠、光卤石的浮选特性，揭示“双子星座”捕收剂特殊的“双子星座”分子结构对其浮选性能的影响，建立“双子星座”捕收剂结构与浮选性能的构效关系。通过量子化学、界面化学和分子动力学模拟，研究“双子星座”捕收剂在氯化钾、氯化钠、光卤石矿物界面的吸附机理，构建吸附模型。为我国盐湖钾资源的开发利用提供结构新颖的耐低温、对矿泥不敏感、耐盐性能良好的高效捕收剂及其浮选理论与技术基础。

本项目将一种具有“双子星座”分子构型的“双子星座”表面活性剂用作盐湖钾盐矿浮选捕收剂。通过捕收剂分子结构优化设计，对“双子星座”表面活性剂分子的疏水基团进行了设计，设计出疏水基中含烷基或联结基团含吗啉基的新型正浮选季铵盐型“双子星座”捕收剂，反浮选吗啉季铵盐型“双子星座”捕收剂。对这些新型钾盐矿捕收剂的合成工艺进行了研究，确定优选的工艺条件。采用红外、核磁、质谱等现代测试手段对新型捕收剂结构进行了表征。通过FTIR、接触角、浊度、表面张力、量子化学计算等考察了其与氯化钾、氯化钠、光卤石矿物界面的吸附机理，对新型“双子星座”捕收剂的浮选性能进行了评价，探索“双子星座”捕收剂分子中疏水基团的长度与结构对其接触角、界面张力和浮选性能的影响规律，取得良好结果。本项目发表SCI收录论文15篇，其中ESI热点论文2篇，ESI高被引论文4篇，授权发明专利6项，申请发明专利11项，本项目负责人在项目期间入选江西省杰出青年人才计划（20192BCB23016，30万）、江西省青年千人计划（909037015045，100万）、清江青年优秀人才计划（25万）、赣州市科技创新人才计划，培养研究生3人，本科生5人。本项目的研究成果为我国盐湖钾资源的高效开发利用提供一类新结构的耐低温、耐盐性能良好的“双子星座”捕收剂及其浮选理论与技术基础。