N-[(3-二甲氨基)丙基]-脂肪酸酰胺泡沫浮选一水硬铝石的研究.pdf

第3 3 卷第1 期 2 0 0 4 年1 月 中国矿业大学学报 J o u r a a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．1 J a n ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 i0 0 7 00 4 N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺 泡沫浮选一水硬铝石的研究 赵世民，王淀佐，司湖玉，徐竞 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究了N E 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺对一水硬铝石 A I 。O 。H 。o 的泡沫浮选行 为．结果表明，使用该捕收剂，一水硬铝石的回收率最高迭9 9 ．7 ％以上．在等电点附近一水硬铝 石的回收率最高．碱性条件下，一水硬铝石的回收率急剧下降．增加N 一[ 3 - 二甲氨基 丙基] 脂 肪酸酰胺的用量，可有效地提高一水硬铝石的回收率．通过测定矿物的Z e t a 电位，表明一水硬铝 石的等电点 I E P 大约为6 ．2 ．根据矿物的红外吸收光谱和Z e t a 电住，讨论了表面吸咐机理，认 为N - [ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺主要通过静电力和氢键的方式吸咐在矿粒表面． 关键词泡沫浮选；脂肪酸酰胺；一水硬铝石；吸咐机理 中图分类号T D9 2 3 ；T D9 5 2文献标识码A I n v e s t i g a t i o ni n t oF r o t hF l o t a t i o no fD i a s p o r eU s i n g N 一 3 一D i m e t h y l a m i n o p r o p y l 一F a t t yA m i d e Z H A OS h i m i n ，W A N GD i a n Z O O ，S IH uy u ，X UJ i n g S c h o o lo fR e s o u r c e sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ， C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a ，H u n a n4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef l o t a t i o nb e h a v i o u ro fd i a s p o r eu s i n gN 一 3 - d i m e t h y l a m i n o p r o p y l 一f a t t ya m i d ea s a e o l l e c t o rh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d ．T h eF T I Ra n dZ e t ap o t e n t i a lw e r eu s e dt os t u d yt h ea d s o r p t i o n m e c h a n i s mo fd i a s p o r es n r f a e e ．T h er e s u l ts h o w st h a t1 t h er e c o v e r yo fd i a s p o r em a yr e a c ht h e m a x i m u mv a l u e 9 9 ．7 ％ w h e ni ti sn e a rt h ei s o e l e c t r i cp o i n t I E P ，2 u n d e ra l k a l i n ec o n d i t i o n ． t h er e c o v e r yo fd i a s p o r ew i l lb ed r o p p e dr a p i d l y ，h o w e v e r ，i tc a nb ei n c r e a s e dw h e nt h eN 一 3 一 d i m e t h y l a m i n o p r o p y l 一f a t t ya m i d ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ，a n d3 t h ei s o e l e c t r i cp o i n t I E P o f d i a s p o r ei sa b o u t6 ．2 ．S oi t i st h o u g h tt h a tt h eN 一 3 一d i m e t h y l a m i n o p r o p y l 一f a t t ya m i d ei sa d s o r b e d o nd i a s p o r es u r f a c em a i n l yb ye l e c t r o s t a t i cf o r c ea n dh y d r o g e nb o n d ． K e yw o r d s f r o t hf l o t a t i o n ；f a t t ya m i d e ；d i a s p o r e ；a d s o r p t i o nm e c h a n i s m 氧化铝是生产金属铝的主要原料，工业上主要 由铝矾土和硬水铝石来制备．在我国，铝土矿的主 要成份是一水硬铝石，但其中往往含有叶腊石、高 岭石、伊利石和石英等含硅杂质．A 1 0 a ／S i O 一般 在4 ～6 之间．为了获取较纯的一水硬铝石，以满足 生产氧化铝的需要，运用泡沫浮选的方法预先将矿 物中的一水硬铝石与含硅杂质分离是一种比较有 效的方法．浮选分离铝土矿的研究工作国内外都有 报道．I s h c h e n k o 等人[ 1 - 6 ] 曾用油酸、油酸钠、塔尔 油、肥皂和机油等作为捕收剂，辅以起泡剂和调整 剂，进行了选择性浮选分离高岭石、三水铝石及一 水软铝石的研究．也有用氧化石蜡皂作捕收剂浮选 收藕日期。2 0 0 3 0 4 0 5 基盒项目国家重点基础研究发展项目 G 1 9 9 9 0 6 4 9 0 1 1 作者简介赵世民 1 9 5 6 一 ，男．陕西省洛川县人．中南大学博士研究生，高级工程师，从事浮选药荆方面的研究． 万方数据 第1 期 赵世民等N _ [ 3 二甲氨基 内基] 脂肪酸酰胺泡沫浮选一水硬铝石的研究7 l 一水硬铝石的研究o 。8 ] ．这些研究工作大都是用阴 离子表面活性剂做捕收剂．本实验试图用一类阳离 子表面活性剂做捕收剂，考察该类表面活性剂对一 水硬铝石的泡沫浮选性能及浮选规律，并探讨表面 活性剂在矿物颗粒表面的吸咐机理． 1 实验部分 1 ．1 单矿物和试剂 一水硬铝石 A I 。O 。H 。O 单矿取自河南省郑 州市．原矿捣碎后，先用手选出纯矿物，然后用球磨 机研磨至筛分粒度小于9 8 , u m ．经干法筛分后置于 9 5 ℃烘箱中干燥备用．运用常规化学分析方法测定 一水硬铝石的化学组成．浮选用的捕收剂是 C H s C H 3 C H D n C o N H C H 2 C H2 C H 2 N ， C H 3 n 1 0 ，1 2 ，1 4 ，1 6 ， 系实验室合成．用无水乙醇将捕收剂配成浓度为 2g l L 的原液备用．矿浆p H 调整剂为0 ．1m o l ／L 的H C l 和0 ．1 m o l ／L 的N a O H ．一水硬铝石矿浆用 一次蒸馏水调配． 1 ．2 泡沫浮选实验 浮选实验在X F G 一1 6 0 0 型挂糟浮选机中进行． 浮选槽的容积为3 5m L ，每次用矿量为3 ．0g ，使用 一次蒸馏水调浆．浮选按以下步骤进行往浮选槽 中加入矿粉和蒸馏水，搅拌1m i n ；然后加 0 ．1m o l ／L 的H c l 或0 ．Im o l ／L 的N a O H 溶液调 节矿浆的p H ，搅拌2m i n 后测定p H 值；接着加入 一定体积的捕收剂原液，搅拌2m i n ；最后在搅拌 状态下浮选5m i n ．收集矿浆上层的浮游泡沫，将 精矿和尾矿分别烘干，然后称重计算回收率． 1 ．3 吸咐机理探讨 单矿物用玛瑙研钵磨成5p m 左右的矿粉，用 一次性蒸馏水配成浓度大约为0 ．0 1 ％的矿浆，接 着用0 ．1 m o l ／L 的H C I 或0 ．1 m o l ／L 的N a O H 溶 液调节矿浆的p H 值，再用美国B r o o k h a v e n I n s t r u m e n t sC o r p o r a t i o n 公司制造的Z e t a 电位分 析仪测定矿物的Z e t a 电位；用美国T h e r m oN i c o l e t 公司制造的N E X U S4 7 0 一F T I R 红外光谱仪测定 矿粉压片的红外吸收光谱，记录40 0 0 4 50 0c i T l - 1 范围的光谱数据． 2 实验结果与讨论 2 ．1 一水硬铝石的化学组成 一水硬铝石单矿用N a O H 熔融，然后用稀盐 酸浸取，分为两相，固相沉淀运用重量法测定S i 0 。 含量；液相分别用E D T A 络合滴定法测定F e 。O 。， A l z O ，C a O 和M g O 的含量；H 。O z 比色法测T i 0 2 的 含量；用原子吸收分光光度法测K O 和N a O 含 量，测定结果如表1 所示． 表1 一水硬铝石的化学组成 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fd i a s p o r e Ⅱm ／％ 表1 中数据表明，一水硬铝石的主要成分为 A l o 。，此外还含有少量T i O 。和S i O ，其他金属元 素的含量都很少，含有的吸咐水也很少，灼烧损失 主要是以水的形式脱除的氧和氢．分析结果表明， 一水硬铝石具有较高的纯度． 2 ．2 泡沫浮选性能 通过浮选实验研究N 一[ 3 - 二甲氨基 丙基] 一 脂肪酸酰胺对一水硬铝石的捕收性能，了解矿浆 p H 和捕收剂浓度对泡沫浮选性能的影响．图1 给 出了矿浆p H 与一水硬铝石回收率之间的关系曲 线． 一一1 、＼‘” 厕 、 一＼。 ，。一＼ c ．。 ＼ k ，＼ d l j ＼。 24681 01 2 口H 图1p H 对一水硬铝石浮选性能的影响 F i g ．1 E t ／e c to fp Ho nf l o t a t i o no fd i a s p o r e a N _ [ 3 一二甲氨基 丙基] 一月桂酸酰胺 o ．0 5 7g ／L b N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一肉豆蔻酸酰胺 o ．0 6 9g ／L c N - [ 3 一二甲氨基 丙摹] 一棕榈酸酰胺 o ．0 6 9g ／L d N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一硬脂酸酰胺 o ．0 7 4g ／L 图1 表明，随着矿浆p H 的增大，一水硬铝石 的回收率逐渐由小到大，然后又由大变小．有一个 极大值．在强碱性条件下，一水硬铝石的回收率变 的非常小，可浮性变的很差．这说明矿浆p H 对一 水硬铝石的回收率有显著影响．同时看出，捕收剂 分子碳链的长度对回收率无明显影响，不同长度碳 链的捕收剂所能达到的最高回收率如表2 所示． 万方数据 中国矿业大学学报第3 3 卷 表2 水硬铝石所的最高回收率 T a b l e2M a x i m u mr e c o v e r yo fd i a s p o r e N _ [ 3 ．甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺 回收卑／蹦 C H ， ／ C H 3 C H 2 l o C O N H C H 2 C H 2 C H z N9 5 ．0 p H i 4 ＼ C H a C H ， ／ C H 3 C H 2 1 2 C O N H C H z C H o ．C H z N9 9 ．0 p H i 4 C H a C H a ／ C H 3 C H D l 4 C O N H C H z C H o C H z N9 9 ．0 p H i 4 ＼ C H a C H 3 C H s C H z 1 6 C O N H C H z C H 2 C H 2 N9 9 ．0 p r i m 6 图2 是N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺 用量对一水硬铝石回收率的影响． 爨 * 掣 凰 r 。一一一一f “ 屈 ㈣ ，。一 ’ c ，一 一f d 00 ．0 4o ，0 8 0 1 20 1 6 o2 0 p 日他’o 。 图2N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺用量 对一水硬铝石浮选性能的影响 F t g ，2 E f f e c t so { N 一 3 一d i r a e t h y [ a m i n o p r o p y l f a t t ya m i d e c o n c e n t r a t i o no nt h ef l o t a t i o no fd i a s p o r e n N _ [ 3 一二甲氨基 丙基] 一月桂酸酰胺 p H i 4 ．3 b N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 肉豆蔻酸酰胺 p H i 3 ．9 c N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一棕榈酸酰胺 p H i 4 ．9 d N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一硬脂酸酰胺 p H i 4 ．2 增大捕收剂用量，一水硬铝石的回收率逐渐升 高，最高可达9 9 ％以上．表3 给出了各捕收剂所能 达到的最高回收率． 裹3 捕收剂用量对一水硬铝石回收率的影响 T a b l e3l n f l o e n e eo fc o l l e c t o ro nd i a s p o r er e c o v e r y NE 3 二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺邝／ g L 叫 回收率／“ C H 3 ／ C H 3 C № 1 0 c 0 N H 汛a { 粒{ 洲O ．1 I9 8 ．0 ＼ C H 3 ／c H s C H a C H 2 ] z C O N H C H z C H 2 C H 2 N 0 ．1 7 9 9 ．7 ＼ C H s ／C H s C H 3 C m 1 4 C O N H C H z C H 2 C H z N0 ．1 49 93 ＼ C H s ／C H s C H 3 c № C O N H E } 1 2 C H z C H 2 N 0 2 09 7 ．7 ＼ 实验结果表明，N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪 酸酰胺可非常有效地浮选一水硬铝石，捕收剂分子 中脂肪酸部分的碳链长度对浮选性能影响较小． 2 ．3 吸咐机理探讨 一水硬铝石颗粒能被泡沫浮起是由于吸咐的 哺收剂分子在颗粒表面形成了一个疏水层，使得颗 粒具有疏水性，从而能够附着在气泡表面浮起．这 说明捕收剂分子与颗粒表面之间存在吸引力．那么 这是一种什么性质的作用力呢 图3 是一水硬铝石 的Z e t a 电位与矿浆p H 值之间的关系曲线． 2 0 1 0 0 - 1 0 - 2 0 ．3 0 - 4 0 2 4 6 8 1 01 2 D H 图3 一水硬铝石的Z e t a 电位与p H 的关系 F i g ．3 Z e t ap o t e n t i a lo fd i a s p o r ea sa { u n c t i o no fp H 从图3 看出，一水硬铝石的等电点I E P i s o e l e c t r i cp o i n t 大约为6 ．2 ，p H 小于6 ．2 时颗粒 表面带正电，p H 大于6 ．2 时颗粒表面带负电．图4 是一水硬铝石的红外吸收光谱． 爨 * 鲁己 魍 图4 一水硬铝石的红外吸收光谱 F i g ．4 F T I Rs p e c t r ao fd i a s p o r e 在36 4 036 1 0c m 。之间无吸收峰，说明一 水硬铝石中无游离O H 基存在；在35 0 0 ～ 30 0 0c m - 1 间有一个宽的吸收峰，这说明O H 基之 间通过氢键互相发生缔合．15 0 0 c m _ 1 附近的吸收 峰是O H 基的变形振动所致．16 0 0c m - 1 附近的吸 收峰是水分子中O H 基的变形振动引起的，强度比 较小．10 0 0c l n - 1 附近的吸收峰是与铝相连的O H 基 A I O H 变形振动引的．6 0 0c m - 1 附近的吸收峰 系O A l O 弯曲振动吸收引起的．分析一水硬铝石 的红外吸收光谱，可知一水硬铝石中存在O H 基， 且基本都是相互以氢键的方式发生缔合．O H 基通 过氧与铝相结合．矿粒表面双电层中，O H 一和H 是电位决定离子．此外还存在少许游离态的水．根 据一水硬铝石的红外吸收光谱和Z e t a 电位，可认 为颗粒表面在等电点 I E P 以前带正电可归因于 颗粒表面O H 基的离子化反应． 幽一o H H 。幽- - O H } ． r 粒矿粒 万方数据 第1 期赵世民等N _ [ 3 二甲氨基 丙基] 脂肪酸酰胺泡沫浮选一水硬铝石的研究 7 3 当体系的p H 大于等电点时．颗粒表面带负 电，这是由于体系在酸度降低的同时，颗粒表面发 生了以下电离平衡． 1 剑- - O H O H 一； 也剁。一 H 2 0 ． 矿粒r 粒 N _ [ 3 一二甲氨基 丙基] 脂肪酸酰胺分子中二 甲氨基上的氮原子因电负性较大，故与之相连的化 学键上的电子会偏向氮原子，使氮原子带负电． ，C H s a 一／ C H 3 C H D 。C O N H C H 2 C H 2 C H2 N ， ＼ C H 3 H 一1 0 ，1 2 ，1 4 ．1 6 ． 此时捕收剂分子是一个L e w i s 碱，当矿浆p H 小于等电点时，颗粒表面带正电．捕收剂分子通过 氢键吸咐在颗粒表面． C H 。] ＼。 H 一；N C H 2 C H 2 C H 2 N H C O C H 2 。C H 3 l 刨_ 0 、C H s l 、HJ 月一1 0 ．1 2 ．1 4 ，16 ． 同时伴随H 与捕收剂分子间的质子化反应． rC H s ] C H 3 C H z m c O N H C H z C H z C H 2 N H l ， L C H 。j n 一1 0 ，12 ，1 4 ，1 6 ． 随着p H 值的增大，H 浓度逐渐变小，捕收剂 分子质子化倾向变小，有更多的捕收剂分子通过氢 键吸咐在矿粒表面．所以，随着矿浆p H 的增大，一 水硬铝石的可浮性逐增大，回收率相应地越来越 高；当体系p H 大于一水硬铝石矿的等电点 I E P 后，矿粒表面荷负电，在这种情况下捕收剂分子起 初可发生一定程度的质子化而带正电，然后通过静 电引力吸咐在颗粒表面，即 C H s 一 ＼ j A l | 俨H _ N C H z C H ￡C H 2 N H C O C H 2 。c H 3 ， 。 ／ C H 3 n 一1 0 ，1 2 ，1 4 ，1 6 ． 此时，一水硬铝石仍有一定的可浮性．当矿浆 进人碱性p H 范围时，捕收剂分子已不能发生质子 化反应，此时捕收剂分子与矿粒表面不存在静电引 力．矿粒表面几乎不能吸咐表面活性剂分子，宏观 上表现为一水硬铝石的泡沫浮选性能急剧下降． 随着N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺用 量的增大，一水硬铝石的回收率逐渐增大，最高可 达9 9 ．7 ％，归因于矿粒表面吸咐的捕收剂数量增 大，使得矿粒的疏水性增强，从而提高了可浮性． 3 结论 1 N _ [ 3 二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰胺对一 水硬铝石有很强的浮选能力，回收率最高可达 9 9 ．7 ％以上． 2 当矿浆p H 大于一水硬铝石的等电点 I E P 且处于碱性条件时，一水硬铝石的回收率会 急剧下降．在等电点附近的回收率最高． 3 矿浆中N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰 胺的用量越大，一水硬铝石的回收率越高，说明颗 粒表面吸咐的N 一[ 3 一二甲氨基 丙基] 一脂肪酸酰 胺量越大． 参考文献 [ 1 ] I s h c h e n k oVV ，B e r g e rGS ．K u z n e t s o vVP ．A c t i o n o fs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ea n ds o d i u mo l e a t eo n b a u x i t em i n e r a l s [ J ] ．I z vV y s s hU c h e bZ a v e dT s v e t M e t ，1 9 7 2 ，1 5 5 8 一1 2 ． [ 2 ] A n d r e e vPI ，B y k o vY uA ，A n i s h c h e n k oNM ，e ta 1 ． B e n e f i c i a t i o no fu n c o n d i t i o n e dU k r a i n i a nb a u x i t e s [ J ] ． O b o g a s h c hP o l e zI s k o p ，1 9 7 3 ，1 3 3 - 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