有机硅阳离子表面活性剂的浮选特性与吸附机理

针对铁矿、氧化锌矿、铝土矿等反浮选脱硅技术需求，将一种具有（聚）硅氧烷T形疏水结构的有机硅阳离子表面活性剂用作硅酸盐矿物浮选捕收剂。通过分子结构优化设计和经济高效的合成技术研究，开发出几种新型有机硅阳离子矿物浮选捕收剂及其制备新方法。系统研究有机硅阳离子捕收剂对石英、高岭石、叶腊石和伊利石等硅酸盐矿物的浮选特性；揭示有机硅特殊的T形非极性基团对细粒矿物疏水团聚的影响；阐明新结构捕收剂分子与硅酸盐矿物表面基团的作用机理；建立有机硅阳离子表面活性剂结构与浮选性能的构效关系。通过界面吸附化学研究、量子化学或分子动力学模拟，研究有机硅阳离子捕收剂在硅酸盐矿物界面的吸附特性，构建吸附模型。为我国低品位铁矿石、氧化锌矿石和铝土矿资源开发提供新结构的阳离子高效捕收剂及其浮选理论与技术基础。

本项目针对铁矿、氧化锌矿、铝土矿、稀土矿等选矿脱硅技术需求，将一种具有（聚）硅氧烷T形疏水结构的有机硅阳离子表面活性剂用作硅酸盐矿物浮选捕收剂。通过分子结构优化设计和经济高效的合成技术研究，开发了新型有机硅阳离子矿物浮选捕收剂，并通过表面化学分析方法研究了有机硅阳离子捕收剂在硅酸盐矿物界面的吸附特性和吸附模型。.研究主要包括新型捕收剂的结构优化设计与合成。基于捕收剂分子设计理论，采用密度泛函方法计算了有机硅捕收剂分子的量子化学参数，确立了用于硅酸盐矿物浮选的有机硅阳离子捕收剂分子结构；以硅烷偶联剂，六甲基二硅氧烷（MM） 和二溴代烷烃为原料，通过SN2 取代反应合成了一系列的T形结构有机硅阳离子捕收剂；以3-氯丙基三乙氧基硅烷，3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，六甲基二硅氧烷（MM）， 长碳链叔胺为原料，碘化钾为催化剂，采用一步反应直接合成了烷氧基硅烷季铵盐捕收剂。制备得到新型机硅阳离子捕收剂后，项目展开了对铝硅酸盐的浮选特性研究，浮选性能评价实验验证了设计合成的T型有机硅型季铵盐阳离子捕收剂是一类对铝硅酸盐矿物具有较强捕收能力的药剂，较传统季铵盐浮选性能有较大提高。原矿铝硅比为2.7的极低品位矿样，经浮选分离后，铝硅比达到10.77，Al2O3的回收率为84.06%；原矿铝硅比为6.13的人工混合铝土矿样，经浮选分离后，铝硅比达到14.17，Al2O3的回收率为83.67%。实验结果说明联合使用T型有机硅阳离子捕收剂与淀粉抑制剂，能有效分离一水硬铝石型铝土矿中的铝和硅。2012年8月课题组将自行合成的将T型有机硅型伯胺类捕收剂(AS）应用与铝土矿的选矿脱硅中，通过实际矿石反浮选的开路和闭路实验，进一步客观评价新型T型有机硅型捕收剂的浮选性能明显优于传统十二胺。本项目还采用了最先进的表面与界面科学分析仪器，飞行时间质谱仪研究了有机硅阳离子捕收剂在硅酸盐矿物和铁、铝、锌、稀土等矿物表面的吸附差异。飞行时间质谱（ToF-SIMS）作为捕收剂在矿物表面化学吸附的研究手段，提供了有价与脉石矿物吸附差异的直接证据，此研究方法在国内尚未见报道，属本项目研究方法创新，为矿物表面于界面化学研究提供了新方法和新方向。项目涉及一类全新结构的表面活性剂，按项目计划其设计开发、合成制备及机理研究工作已经完成，目前已经申请国家发明专利1项，发表SCI收录期刊论文4篇，ISTP收录会议论文3篇。