赤泥矿物表面电性与高分子官能团选择絮凝.pdf

第5 8 巷第L 期 2006 年2 月 有色金属 N o n k ⋯sM e t a l s F e b r u a r y 2 006 赤泥矿物表面电性与高分子宫能团选择絮凝 曹文仲1 ，一，钟宏1 ，田伟威2 ，占昌朝2 1 中南大学化学化工学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 江西九江学院化学化工学院，江西九江3 3 2 0 0 5 摘 要研究台不同离子官能团颦凝剂对单一硅矿物悬浮液和多组分矿物悬浮藏的絮凝沉阵效果，分析官能目对悬浮赤铁 矿和硅石微粒凝聚吸附性质。采用高分子絮凝剂替代中性淀粉可使悬_ ；孚矿物表面吸附更多的有机杂质，提高絮凝澄清率。通过 聚合物选择．可获得工业浸出漓的分离条件。悬浮浆液中矿物微粒的表面电性是选择絮凝的基础。 关键词冶金拄术；氧化铝；选择絮凝；絮凝剂官能团；表面化学 中圈分类号T F 8 2 1 ，T F l l l ．3 2 ；T F S 0 32 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 l 2 0 0 6 0 1 0 0 7 2 0 3 选择絮凝在选矿、湿法冶金等工业上得到广泛 应用，其基本原理是利用絮凝剂官能团与悬浮颗粒 或矿石微粒之间的相互作用。高分子聚合物絮凝剂 与悬浮颗粒的吸附作用是键合作用，与高分子聚合 物中有效官能团，悬浮颗粒的动电位 ∈电位 和介 质的性质有关。多数絮凝过程是有效官能团综合键 合作用的结果，然而在一定条件下。为了实现选择絮 凝，必须引入特效高分子官能团，使其静电键台作用 占主导地位。 用于湿法冶金等领域的国外高分子絮凝剂产品 售价高，有关技术严格保密。如何立足国内研究，开 发具有独立知识产权的适合我国铝土矿浸出工业特 点的絮凝剂产品和技术，摆脱我国氧化铝等行业对 国外相关技术的依赖，具有特别重要的实际意义。 1实验方法 1 ．1 试剂与试验原料 试验中使用的主要试剂有P A M ，X C 4 0 5 ， X C A 0 7 ，P C H Y I 絮凝剂；普通淀粉；赤铁矿 化学 纯 ；针铁矿 化学纯 ；硅石粉 化学纯 。 拜耳法赤泥物相组成和浸出矿浆稀释后成分分 别见表1 和表2 。 1 ．2 试验过程 矿物经破碎、研细，用调整液在混合槽中配制矿 石悬浮液。铝矿石经破碎、研细，用调整液配比在混 收稿日期2 0 0 50 9 0 6 基金项目“十五”国家重大科技专项 8 6 3 资助硬且 2 0 2 A A 2 2 4 2 9 作者简介曹史仲 1 9 6 3 ，男，江西渡阳县人，教授，博士生．主要 从事化学工艺和湿法冶金等方面的研究。 表1 拜耳法赤泥物相组成 T a b l e1 B a y e rd i g e s t e dR e dM u dm i n e r a lc o m ∞Ⅱe n t s 组分 钙霞石嚣钙钍矿嚣伊利石赤铁矿方解石 表2 拜尔法浸出矿浆稀释后成分 T a b l e 2B a y e rd i l u t c dd i g e s t e dm i n e r a ls [ u r r yc o m p o n e r 地 组分A b 0 3N a 2 0 KN a 2 0 T固含咄 音量／ g L 叫 1 3 36 01 3 731 5 5 ．8 4 5 1716 9 注N ＆O K 一苛性钠古量；N 赴o T 一全部碱古量。 合槽中配制矿浆，置人高压釜中进行高压浸出 9 0 r a i n ，浸出的矿浆经冷却减压至常压，加人洗涤液 稀释到一定浓度进行沉降分离试验。 实验室沉降试验在恒温水浴中进行，沉降管尺 寸为r b 3 0 m m 2 2 0 m m 。观测溢流液或“上清”液浊 度，并采用过滤称重和光电比浊法测定。对于低色 度“上清”液样，采用分光光度计在波长6 6 0 n m 处用 1 c m 比色皿测定吸光度，在标准曲线上查得相应的 浊度值。 2 试验结果与分析 2 ．1 官能团与悬浮微粒的静电键合作用 静电键是聚合物能与微粒相互吸附的主要作 用。聚合物通过带有与微粒表面相反的电荷与微粒 发相互吸附，从而中和了微粒的电势。用合成表面 带负电的硅石配制的悬浮液中分别添加阴离子絮凝 剂 X C 4 0 7 和阳离子絮凝剂 P C H Y 一1 进行絮凝。 絮凝以后测定沉降速度作为衡量絮凝效果的标准。 试验结果如图l 所示。 万方数据 第1 期曹文仲等赤泥矿物表面电性与高分子官能团选择絮凝7 3 絮蕞帮{ 鑫加量， ⋯r 1 图1 不同官能团絮凝剂对硅石悬 浮液的絮凝效果 F i g ．1 E f f e c t s 。fc l i f f e r e n tp o l y m e ro n s i f i c as l u r r yf l O e c u l a f i o n 从图1 可明显看出，使用阳离子聚合物时，硅石 絮凝效果好，而使用阴离子絮凝剂时，悬浮液不出现 絮凝现象。这说明絮凝剂的分子与硅石微粒之间吸 附的主导键合作用是静电键合作用。与高分子絮凝 剂发生静电键合作用的矿物微粒的动电位在理论上 不为零，否则不可能形成静电键合作用。 2 ．2 动电电位 E 对絮凝的影响 实现选择絮凝，必须使聚台物与微粒之间实现 选择性吸附。所以，调节悬浮液的物化性质，使微粒 表面具有的表面电荷和聚合物上的有效官能团发生 选择吸附，从而达到絮凝分离的目的。试验测得在 不同p H 下针铁矿的} 电位如表3 所示。 表3 不同p H 下针铁矿的电位 T a N e3G o e t N t es u r f a c ep o t e n t i a l e a td i f f e r e n tp H 表3 表明，针铁矿等电点为6 ．5 ，即p H 6 ．5 时，矿物微粒表面的∈电位为“一”， 用含阳离子官能团的絮凝剂可很好地与其吸附。 石英微粒的等电点是24 ，p H 2 ，4 时，其￡电 位为“一”，宜用含阳离子官能团的絮凝剂与其吸附。 这样，在不同p H 下，石英、针铁矿显现不同的吸附 离子形态，利用不同等电点可使针铁矿与石英获得 分离。同理，在选择絮凝过程中，调节p H 或加入活 化剂，可以使微粒表面形成电荷与高分子聚合物上 的官能团相互吸附。如果聚合物上的官能团所带的 电荷与悬浮微粒上所带的电荷属于同性，依据双电 层效应而引起的静电相斥，吸附絮凝作用就不可能 发生。阴离子絮凝剂不可能吸附在高负电性的石英 上，就是这个原因。 用水解聚丙稀酰胺 X 4 0 5 选择絮凝分离石英 和赤铁矿，两种矿物微粒的等电点分别为2 ．4 和 75 。当p H 调节到7 ．9 时两种矿物微粒的动电电 位及絮凝结果如表4 所示。 表4 石英和赤铁矿两种矿物微粒的 动电电位及絮凝结果 T a b l e4F l o o c u l a t i o na n ds u r f a c ep o t e n t i a | ￡ o fs i l i c aa n dg o e t h l t ea td i f f e r e n tp H 从表4 可以看出，p H 为7 ．9 时，石英微粒不能 用水解聚丙烯酰胺直接絮凝，因这时的石英微粒表 面带有较强的负电，水解聚丙烯酰胺中C O O H 官 能团与之排斥。赤铁矿微粒表面所带负电不强，聚 合物中一C O N H ”官能团与赤铁矿之间的吸辩力大 于其排斥力，因此有絮凝现象。由于各种矿物微粒 的等电点不同，借助调节p H 或加人特定活化剂改 变微粒表面的动电电位，就有可能实现选择絮凝分 离，这在工业固液分离中是一个极为重要的。 2 ．3 选择絮凝沉降分离效果 湿法冶金提取氧化铝过程中，赤泥与铝酸钠溶 液的分离是关键，生产上主要采用沉降分离法。介 稳区铝酸钠溶液的密度为1 ．2 5 9 ／c m 3 ，赤泥密度为 2 ．4 ～3 ．2 9 ／c 一，两者虽有一定差异，但因赤泥颗粒 粒径较小 约1 ～3 0 p m ，自然沉降速率很小，甚至 不能沉降，而形成比较稳定的悬浮体，为了加速赤泥 与铝酸钠溶液的分离，一般采用合成高分子絮凝剂。 采用普通淀粉，聚丙烯酰胺 P A M 及其水解体 X 4 0 5 ，聚阳离子絮凝剂 P C H Y - 1 以及宦含 C O O N a 官能团的聚阴离子絮凝剂 X 4 0 7 ，通过试 验找出最佳絮凝剂添加量，同时比较含不同官能絮 凝剂的沉降效果。斌验将P A M ， 4 0 5 ，X 4 0 7 在室温 配成0 ．1 ％浓度，普通淀粉、P C H Y l 配成1 ％浓度。 在同样条件下添加不同絮凝剂进行沉降速度的对比 试验，并与不加絮凝剂比较。絮凝沉降管中加入一 定量的矿浆及絮凝荆，置于9 。～9 5 ℃水浴孛，用铜 制搅拌圈上下搅拌1 0 s 后，静置测量沉降后上清液 一| s 1／世斟澄蜉 万方数据 7 4 有色金属第5 8 卷 由表5 看出，对于如表1 所示的赤泥矿物组分， 在矿浆成分条件为N T1 5 88 5 9 ／L ，A k 0 31 4 2 ．5 6 9 ／L ， N K1 3 6 ．8 9 ／L ，固含量4 5 9 ／L 的稀释矿浆中，用一般 非离子型高分子絮凝剂，如普通淀粉，P A M 聚沉效 果差，添加阳离子型聚合物不发生凝聚作用，而用阴 离子型聚合物 含少量阴离子羧酸盐官能团 沉降速 度显著提高。阴离子型聚合物随着羧酸盐官能团含 量增加，高分子链在上述矿浆成分中更加伸展 因为 一C O O 一基团的互相排斥 ，因而凝聚作用加强。 参考文献 3 结论 静电键合作用是聚合物能与矿物微粒相互吸附 的主要原因，絮凝剂通过带有与悬浮微粒表面相反 的电荷与微粒相吸附，中和矿物微粒的表面电势；各 种矿物微粒的等电点不同，调节p H 或加入特定的 活化剂改变矿物微粒表面的动电电位，可以实现选 择絮凝；拜耳法赤泥矿物主要由钙霞石、水化石榴 石、钙钛矿、伊利石、赤铁矿组成，研究稀释沉降条件 下上述矿物的表面电性是加速絮凝分离的关键。 【1 ] S p i t z e D P ，R o t h e n h e r g AS ，H e l m e tH 1 ．D e v e l o p m e mo fn e wb a y e rp r o c e s s f l o c c u l a m s 【J jL i g h t M e t a l s ，1 9 9 1 1 6 7 1 7 1 [ 2 ] L e s t e rA DC b i nC h e m i c a la d 凼t i r e si nb a y e rp m c c z s [ J ] L i g h tM e t a l s ，1 9 9 i 1 5 5 1 5 8 [ 3 ] 曹文仲，顾松青．合成高分子絮凝剂的物化性质和应用技术研究[ J ] 轻金属，1 9 9 6 ，2 1 2 5 8 1 3 [ 4 ] 吕子剑，曹文仲．p A Sl 絮凝剂的选择和专门处理技术研究[ J ] 轻金属，1 9 9 8 ，2 3 4 3 1 8 2 2 [ 5 ] F a n e i t mM ，G a l a r r a g aA ，F c x s t e xT ．U t i l i z a t i o no fn e wp o l y z n e ri na l u m i n u mi n d u s t r y [ J ] L i g h tM e t a l s ，1 9 9 4 1 2 9 1 3 1 [ 6 ] K e e r t d yRLS i m p l er e a g o a rr e c h n l q u 髂t oi m p r o v ea l u m i n u mo x i d ep r o c e s s i n g [ J ] L i g h tM e m k s ，1 9 9 0 1 4 1 1 4 5 [ 7 ] W e i rS ，M o o d yGMT h ei m p o r t a n c eo ff l o c c u l a a tc h o i c ew i t hc o r m i d e r a t i o nt om i x i n ge n e r g yt oa c h i e v ee f f i c i e n td i d ．h q u l d z c p a r a r i o niJJ M i n c r a l sE n g i a e e r i n g ，2 0 0 3 ，1 6 3 1 0 9 11 3 S u r f a c eE l e c t r o - c h e m i c a lP e r f o r m a n c eO fM u d ．m i n e r a lf r o n lA l u m i n aP r o d u e t i o na n d S e l e c t i v eF l o c c u l a t i o nw i t hP o l y m e rF u n c t i o n a lG r o u p C A OW e n 一 t z o n 9 1 ～，Z H O N GH o n 9 1 ，T I A NW e i w e i 2 ，Z H A J X lC h a n g - c h a 0 2 1C o l l e g eo yC h e m i s t r ya n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g ．C e n t r a S o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，O f f n a 2 x J l l e g eo fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a lE n g i n 胖r i n g ，J i u j i a n gU n i 御r s i t yD ，J i a n g , r i ，j i “J i a n g3 3 2 0 0 5 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h ef l o c c u l a t i o ne f f e c t so ft h ef l o c c u l a t e sw i t hd i f f e r e n tp o l y m e rf u n c t i o n a lg r o u po ns o l es i l i c as u s p e n s i o n s l u r r ya n dm u l t i s u s p e n s i o ns l u r r ya rei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ef l o c c u l a t i o na d s o r p t i o np e r f o r m a n e e so ft h ef u n c t i o n a lg r o u pw i t ht h eh e m a t i t ea n ds i l i c ai ns u s p e n s i o ns l u r r ya r ea n a l y z e d ．T h ei n o r eh u m i cs a l ta n do r g a n i ci m p u r i t y a d s o r p t i o na n dt h em o r ed e a rs e t t l e m e n tc a nb ea c h i e v e db ys u b s t i t u t i o no fs t a r c hw i t ht h es y n t h e t i cm a c r o m o l e c u l a rp o l y m e rf l o c c u l a t e s ．S o m ei n d u s t r i a lt e c h n i c a lc o n d i t i o n so fs u s p e n s i o ns e p a r a t i o nareo b t a i n e db yt h e s e l e c t i o no ft h ep o l y m e r ．T h es u r f a c ee l e c t r o c h e m i c a lp r o p e r t yo ft h ep a r t i c l e si nt h es l u r r yi st h ef o u n d a t i o no f s e l e c t i v ef l o c c u l a t i o n K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；a l u m i n u mo x i d e ；s e l e c t i v ef l o c c u l a t i o n ；p o l y m e rf u n c t i o n a lg r o u p ； s u r f a c ec h e m i 8 t r v 万方数据