基于原子力显微术的氧化矿物/水界面的吸附膜原位研究

The conventional flotation process for the oxide ore is sulfation-flotation process. However, the interaction between the flotation reagents and the surface of oxide ore plays a significant role on the flotation efficiency. In particular, the adsorption layers of water and the reagents that formed on the surface of fine particles of oxide minerals have great impact on the dispersion and aggregation of mineral particles and their other floatation behaviors. In this work, characterization of the adsorption layers of water and reagents on the microscopic surface of oxide ore under different conditions has been investigated using atomic force microscopy, including surface morphology, surface roughness, film thickness, surface adhesive force, etc.. Furthermore, macroscopic flotation experiments are examined in order to establish the correlation between the macroscopic flotation behaviors and the microscopic behaviors of adsorption layers, which may shed light on the theoretical understanding for the enhancement of flotation process and the development of new flotation reagents.

氧化矿物常规浮选法是硫化后用捕收剂浮选。其中浮选药剂与氧化矿表面的作用直接影响着浮选效果，尤其是微细粒氧化矿表面形成的水化膜对药剂与矿物的作用和矿物颗粒本身的分散与聚团。本项目利用原子力显微术从微观界面上研究和表征药剂在氧化矿表面形成的吸附膜、亲水性氧化矿表面水化膜以及不同浮选条件下形成的吸附膜的形貌、粗糙度、厚度、表面粘附力等指标。另外本项目通过进行相关的宏观浮选试验，建立宏观浮选行为与微观界面吸附作用之间的联系，为浮选工艺和新型药剂开发提供理论依据。

利用原子力显微术研究氧化矿物表面所在环境(空气、液下)中的力曲线，找到氧化矿物表面水化膜的直接证据。 原位观察氧化矿物表面吸附膜的形貌变化，通过比较药剂在亲水性和疏水性矿物的吸附膜，研究浮选药剂疏水作用机制。另外，改变药剂种类、pH、药剂用量、吸附作用时间以及温度，通过表征药剂吸附膜在氧化矿表面的形态和分布，揭示浮选药剂在氧化矿物表面的作用机制；通过比较药剂在亲水性和疏水性矿物的吸附膜，研究浮选药剂疏水作用机制。本研究通过原子力显微术获得的力曲线研究表明结果表明水下力曲线要比空气中力曲线小几倍，这是由于在空气中水吸附在基底表面造成的粘附力影响，而在液下则消除了水的影响，更接近真实值。AFM原位观察了微观层面的硬脂酸在石墨和云母表面的吸附行为，结果发现吸附阶段分为两个阶段：初始快速吸附阶段和慢尺度吸附阶段，且脂肪酸的初始吸附阶段在低浓度情况下更明显。而且，可以为确认氧化位置和缺陷位置提供更多的数据支持。DTAB在石墨上的吸附结果表明表面覆盖率和接触角呈负相关，而且疏水表面的润湿性主要是由于吸附的初始阶段。因此，DTAB对与降低石墨的疏水性是有限的。吸附膜的动力学过程也表明覆盖率对于药剂量多使用具有重要指导意义。少量的吸附产生多点的吸附膜，而不是多面的吸附膜，有利于减少用药量，且有利于提高浮选效率。