微细矿物絮凝体-气泡粘附界面性质转换及演变规律研究

Flocculation flotation is an important method for the effective recovery of fine mineral, aiming at outstanding problems in the process of bubble mineralization in adhesion of flocs multiphase system interfacial mass transfer and wetting. This program focus on interfacial chemistry properties of hematite flocs and bubbleattachment mineralization process transform to investigate the chemical characteristics and wetting law of gas solid liquid interface in flocculation flotation process. The contents are: The use of fractal theory and light scattering analysis (PDA) method to study the chemical flocculation of fine hematite particles, morphology and dynamics; Revealing the structural characteristics and morphology evolution law of flocs; Atomic force microscopy (AFM) and focused ion beam thermal field emission scanning electron microscope (FIB) will be used on studying the surface microstructure of flocs, chemical properties and hydration behavior; establishing the molecules adsorption kinetics model of flocs and flotation collectors and obtaining quantitative adsorption of intensity measurement; Exploreing the different pH, drug concentration and action time, bubble size etc. under the condition of flocculation and bubble surface chemical adsorption and adsorption of water layer stability, surface tension, and reveal the interfacial mass transfer law and mineralization mechanism of surface tension, the degree of hydrophobic and interface concentration. The research results are of great significance for improving the flotation theory of mineral flocculants and improving the flotation efficiency of fine particle minerals.

絮凝浮选是微细粒矿物有效回收的重要方法，针对絮凝体-气泡粘附矿化过程中多相体系界面传质和润湿瓶颈的突出问题，项目以赤铁矿絮凝体与气泡粘附矿化过程中界面化学性质变换为研究对象，对絮凝浮选过程中气固液三相界面化学特征和润湿规律进行研究。采用分形理论和光散射颗粒分析（PDA）法研究微细赤铁矿颗粒絮凝化学、形态学及动力学行为，揭示絮凝体构造特征及形态演变规律；通过原子力显微镜（AFM）、聚焦离子束热场发射扫描电子显微镜（FIB）等研究絮凝体表面微观结构、化学性质及水化行为，建立絮凝体和捕收药剂分子吸附动力学作用模型，获得吸附作用强度的定量度量；探究pH、药剂浓度及作用时间、气泡尺寸等条件下絮凝体、气泡表面药剂吸附量、吸附状态及对水化层稳定影响，揭示表面张力、疏水度和界面浓度等界面传质规律和矿化机理。研究成果对于完善矿物絮凝体浮选理论，提高微细颗粒矿物浮选效率具有重要意义。

本项目以赤铁矿絮凝体-气泡附着矿化过程为研究对象，在前期研究的基础上，采用特定的絮凝药剂（St-g-PAM）制备出适宜的矿物絮凝体，通过单因素和正交实验确定了最佳实验条件，即药剂用量25mg/L，搅拌转速850r/min，pH为6.8，此时絮体的分形维数为2.06，粒径为38.41um，密度为3.87 g•cm3，孔隙率46.19%。在此基础上引入“虚化度”的概念，建立了孔隙率、密度、粒径、分形维数与虚化度的数学表达式。分形维数越大，虚化度越小。在油酸钠体系中，pH是影响赤铁矿絮凝体浮选效果的最主要因素，絮凝体吸附量在不同pH条件下的大小顺序分别为pH=8>pH=4>pH=12。当pH值为4时，油酸钠在絮体表面吸附更符合Langmuir方程，为单层吸附；当pH=12时，油酸钠在絮凝体表面吸附更符合Frendlich模型，可能为多层吸附。赤铁矿絮凝体表面水化膜形成过程中，赤铁矿絮凝体中的氧原子优于表面铁原子与油酸钠分子中的头基氢原子进行吸附。分别在静止气泡体系和上浮气泡体系中，综合不同粒径赤铁矿絮凝体在气泡上的运动轨迹、赤铁矿絮凝体在不同直径气泡上的运动轨迹、碰撞角度、下降高度等因素研究赤铁矿絮凝体在水溶液和油酸钠溶液中不同的矿化机理。在以上研究基础上，对赤铁矿絮凝体浮选行为及效率进行了评价，利用响应曲面法优化分析得到最佳浮选条件：pH为7.76，油酸钠用量为132.22mg/L，搅拌转速为1843.71r/min。絮凝体回收率预测值达到93.65%，并通过实验予以验证。在项目资助下，研究组共发表标注项目编号的论文14篇，其中被SCI收录论文7篇，申请发明专利15项，其中授权国家发明专利7项，举办国内学术会议1次，课题组成员参加国内学术会议5次，依托课题培养研究生4名。经费支出合理，略有剩余资金将用于本项目后续研究及成果的支出，较好完成项目原计划目标预期指标。