橄辉岩型钛铁矿物浮选分离基础研究

In view of olivine-pyroxenite ilmenite minerals having complex crystal structures, similar surface properties and poor selectivity with flotation reagents，ilmenite, olivine and titanaugite in olivine-pyroxenite ilmenite minerals flotation system are taken as the object of study. Firstly, the correlation between mineral flotation behavior and crystal strcucture as well as surface properties is investigated based on theories of valence bond theory, crystal field theory, quantum chemistry and flotation theory. Secondly, design the polar residues and hydrocarbon chain structure of flotation agent, and assembly design new highly efficient environment-friendly flotation agent by using the molecular orbital theory, combinatorial chemistry and flotation reagents molecular design theory. Meanwhile, dissolution equilibrium of mineral surface, flotation solution chemistry behavior of reagents, complex interface reactions and mechanism between mineral and reagents and combination regularity of using new reagents are studied by adopting the surface analysis methods such as infrared spectroscopic (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), zeta potential measurements, reversed phase high-performance liquid chromatography(RP-HPLC) and Molecular dynamics (MD) simulations based on coordination chemistry, flotation solution chemistry, mineral-solution-balance theory and flotation theory, which leads to interface regulation mechanism of olivine-pyroxenite ilmenite minerals flotation system. All of above is to provide the theoretical foundation of olivine-pyroxenite ilmenite from other ones. Finally, form the theoretical system of interface chemical regulation-selective flotation separation of olivine-pyroxenite ilmenite resources by combining with ore flotation practice.

本研究针对橄辉岩型钛铁矿矿物晶体结构复杂、表面性质相似、与浮选药剂作用选择性差的特点，拟以钛铁矿、橄榄石、钛辉石矿物为研究对象，根据价键理论、晶体场理论、量子化学和浮选理论等基础理论知识，研究矿物晶体结构、表面特性与浮选行为的关系；根据分子轨道理论，协同组合化学、浮选药剂分子设计理论，进行浮选剂极性基及烃链结构设计，组装设计出新型高效环保浮选药剂；根据配位化学、浮选溶液化学、矿物-溶液-平衡理论和浮选理论，通过红外光谱、XPS、动电位测试、反相高效液相色谱法以及分子动力学模拟等手段，研究矿物溶解平衡、浮选剂的溶液化学、复杂界面相互作用和机理以及组合用药规律，形成橄辉岩型钛铁矿物浮选体系界面调控机制，为橄辉岩型钛铁矿的高效浮选分离提供理论基础；再结合浮选实践，最终形成橄辉岩型钛铁矿资源的界面化学调控—选择性分离的理论体系。

攀西地区钛铁矿资源在进入中深部开采后的岩石类型发生了重大变化，从原来辉长岩转向以橄辉岩为主，导致企业目前难以获得较好的选矿指标。造成此类钛铁矿资源难以利用的原因是对其矿石性质缺乏系统认识和对矿物分离理论及技术研究的薄弱。围绕上述问题，本文针对橄辉岩型钛铁矿物体系，开展了系统的应用基础研究工作，取得了一些具有科学意义和应用价值的研究成果。. 动电位测试、溶解性检测以及浮选试验研究发现，在橄辉岩钛铁矿物体系中，钛铁矿与橄榄石和钛辉石矿物表面均分布有钙、镁、铝、铁和钛等多种金属阳离子，这都是与捕收剂作用的活性质点，导致药剂作用选择性差。三种矿物中，表面离子溶出量顺序为：橄榄石＞钛辉石＞钛铁矿。单一捕收剂作用下钛铁矿与橄榄石和钛辉石矿物均具有很好的可浮性；在pH=6.0时，抑制剂HEDP预期可实现钛铁矿与橄榄石和钛辉石的有效分离。. 多组分浮选剂的浮选强化机制研究发现，螯合捕收剂与油酸钠组合使用时产生了正协同作用，主要是由于药剂在钛铁矿表面形成的化学吸附牢固程度的增强，显著提高了药剂对钛铁矿的捕收能力，强化橄辉岩型钛铁矿物浮选分离的效果。阴、阳离子组合使用也产生了正协同作用，主要是十二胺和油酸钠能通过强静电引力作用显著降低矿物表面能，形成了共吸附，强化了油酸钠在矿物表面的吸附。HEDP和水玻璃的组合对橄榄石产生了很好的选择性抑制效果，主要是酸化水玻璃和油酸钠在矿物表面发生竞争吸附，在钛铁矿表面吸附的强弱顺序为：油酸钠>酸化水玻璃，而在橄榄石表面吸附的强弱顺序为：酸化水玻璃>油酸钠。. 在理论和试验研究的基础上，针对攀西红格矿区的橄辉岩型钛铁矿，开发出了“窄级别控制-强化浮选”新技术，可由TiO2品位7.98%的原矿，得到TiO2品位47.56%，浮选作业回收率为71.23%，全流程TiO2回收率34.20%的优异指标，较目前现场选钛厂TiO2回收率提高了十几个百分点。. 研究成果加深了对攀西地区橄辉岩型钛铁矿资源的认识，丰富了难选钛铁矿石浮选分离的理论体系，不仅对突破攀西地区橄辉岩型钛铁矿浮选分离的关键技术难题提供理论支撑，对其它难选钛铁矿资源的有效利用也具有良好的借鉴意义。