基于聚团空间构型的粘土矿物浮选行为调控的基础研究

The flotation is deteriorated by the presence of clay minerals, such as improving the pulp viscosity and causing sliming coating and mechanical entrapment. Different aggregate structures of clay minerals including edge-edge (E-E), edge-face (E-F) and face-face (F-F) appear owing to their characteristic of aeolotropism. The aggregate structures will affect the pulp viscosity and the flotation behavior of the clay minerals. A new idea that the adverse effect of clay minerals on the flotation will be weaken through the regulation of the aggregate structures is proposed which aims to improving the flotation efficiency of the minerals containing clay at the source. The research work will characterize the surface charge density and the aggregate structure of clay minerals, and investigate the effect of the double electrode layer and hydration delamination on the aggregate structure of clay minerals and the mechanisms of the aggregate structure affecting the rheological properties of pulp and the flotation behavior of the clay minerals. The theory and technology system on regulation of flotation behavior of clay minerals based on the aggregate structure will be established through revealing the relationship of the aggregate structure and the conditions and objectives of the regulation.

粘土矿物的存在会对浮选带来一系列不利影响，包括增加矿浆的粘度、引起矿泥罩盖和机械夹带等。粘土矿物具有各向异性的特点，其在水中聚团时会形成E-E、E-F和F-F不同的空间构型。不同的空间构型会改变浮选矿浆粘度和粘土矿物的浮选行为。本项目以此提出一种通过调控粘土矿物聚团空间构型改善粘土矿物对浮选不利影响的新思路，从源头上提高含粘土矿物浮选的效率。研究工作包括：粘土矿物表面电荷密度和聚团空间构型的表征，粘土矿物双电层作用和水化剥层作用与聚团空间构型关系的研究，聚团空间构型对矿浆流变性能和粘土矿物浮选行为的影响及作用机制，通过揭示粘土矿物聚团空间构型与调控条件和调控目标之间的内在规律，构建基于聚团空间构型调控粘土矿物浮选行为的理论及技术体系。

粘土矿物的存在会对浮选带来一系列不利影响。粘土矿物具有各向异性的特点，其在水中聚团时会形成E-E、E-F和F-F不同的空间构型，不同的空间构型会改变浮选矿浆粘度和粘土矿物的浮选行为。研究证实了粘土矿物的聚团空间构型主要是由双电层作用和水化剥层作用决定的，且空间构型与浮选行为紧密相关。围绕双电层作用与聚团空间构型关系、水化剥层作用与聚团空间构型关系、聚团空间构型对矿浆流变性能影响、聚团空间构型对粘土矿物浮选行为影响以及基于聚团空间构型调控粘土矿物浮选行为技术的构建及应用进行了研究。. 研究提出了液氮快速冷冻与扫描电子显微镜相结合表征粘土矿物聚团空间构型的新方法，揭示了不同pH和电解质下粘土矿物双电层作用及聚团空间构型的内在联系。研究发现粘土矿物表面电荷密度越高，分散稳定性越好；层间阳离子水化能力越强，粘土矿物的膨胀性能越好，水化剥层作用越强。基于水化剥层粘土矿物的表面特性构建了水化剥层作用与聚团空间构型之间的关系，水化剥层程度越高，越易形成E-F和E-E的“卡房”结构，会导致矿浆粘度显著增加。研究发现，“卡房”结构会包裹更多的水分子，使得含有“卡房”结构的泡沫排液速度更慢，机械夹带增多；F-F结构主要通过端面电荷对目的矿物形成矿泥罩盖抑制浮选。调整矿浆pH主要是通过控制粘土矿物表面的质子化反应来调控聚团空间构型，将“卡房”结构调整为F-F结构，可以降低粘土矿物对浮选矿浆粘度的影响，减弱矿泥罩盖，改善浮选性能。另外，通过添加阳离子亦可调控粘土矿物的聚团空间构型，阳离子通过压缩双电层来调整粘土矿物聚团空间构型，从而消除粘土矿物对浮选的不利影响。研究从机理至技术开发进行了全面研究，对含粘土矿物浮选的调控具有很好的指导意义。