改性壳聚糖季铵盐对强分散体中微细粒硅酸盐矿物的絮凝作用机理研究

Research of the flocculating function mechanism of micro-fine silicate minerals of well-dispersed system holds greater realistic significance for us to respond to deal with water reuse and cleaner production. Aiming to solve the problems of e.g. the micro-fine silicate minerals with strong electronegative，conventional flocculants function single, composite flocculants composition complex，return water adverse to the separation，this project tries to establish new method of efficient flocculating sedimentation of micro-fine silicate minerals, with modified chitosan quatemary ammonium flocculant. On the basis of quantum chemical calculation, the mechanism of adsorption on micro-fine silicate minerals will be studied，study on the chemical reaction mechanism between of dispersant, unavoidably ions and chitosan quatemary ammonium flocculant, then the factors influencing on floc morphological characteristics will be investigated, the relatioship between floc morphological characteristics and the settling effect will be defined. On the basis of above studies, the optimization of floc morphological structure were studied to establish the regulation mechanism. The successful realization of this project will bring important academic value and scientific significance to promote the technical progress in chitosan flocculant modified and used in mineral processing.

开展强分散体系中微细粒硅酸盐矿物的絮凝机理研究对于应对选矿企业尾矿水回用，清洁生产具有重要的现实意义。针对强分散体系中微细粒硅酸盐矿物负电性强、常规絮凝剂作用形式单一、组合絮凝剂成分复杂，回水对分选作业不利等问题，本项目拟以改性壳聚糖季铵盐为絮凝剂，建立强分散体系下微细粒硅酸盐矿物高效絮凝沉降的新方法。在量子化学计算基础上，研究改性壳聚糖季铵盐絮凝剂在微细粒硅酸盐矿物表面的吸附机理，探索分散剂、难免离子、改性壳聚糖季铵盐絮凝剂间的化学反应历程，其对微细粒硅酸盐矿物絮体形态的影响规律，以及絮体形态结构与絮凝沉降效果之间的内在关系，进行微细粒硅酸盐矿物絮体形态调控，建立强分散体系中改性壳聚糖季铵盐絮凝沉降微细粒硅酸盐矿物的调控机制。项目的成功实施对于应对当前高效绿色环保选矿药剂开发要求、促进壳聚糖絮凝剂改性发展以及在选矿中的广泛应用具有重要的学术价值和实际意义。

本课题通过对天然高分子改性壳聚糖季铵盐絮凝沉降强分散体中微细粒硅酸盐矿物研究，建立强分散体中微细粒硅酸盐矿物高效絮凝沉降新方法。研究内容包括，分散性微细粒硅酸盐矿物性质分析，改性壳聚糖季铵盐絮凝剂作用机理研究，水化学环境、难免离子对矿物絮凝影响，絮体形态对絮凝沉降的影响等。.分散性微细粒硅酸盐矿物性质研究表明，强碱性环境中静电斥力与范德华引力势能控制微细粒硅酸盐分散和聚沉，分散剂增强了矿物表面负电性，静电斥力起主导作用。阴离子聚丙烯酰胺难以吸附于带有强负电荷的石英表面，阳离子或两性聚丙烯酰胺絮凝剂能较好吸附于微细粒硅酸矿物起到絮凝作用，壳聚糖絮凝剂改性方向为强化阳离子性及两性化。.对改性壳聚糖季铵盐絮凝剂进行了粘度、分子量、水溶性等基本物化性质测定，并以红外、核磁共振进行表征，产品基团特征峰显著；改性壳聚糖季铵盐絮凝剂在较小用量下对强碱分散或强碱性与分散剂共同作用下的强分散微细粒硅酸盐矿物均有很好絮凝作用。.絮凝剂与矿物作用机理研究表明，改性壳聚糖季铵盐在矿物表面形成显著吸附，由此降低了矿物颗粒表面负电性，颗粒间静电斥力减小，利于微细粒硅酸矿物形成絮团，絮团增大了颗粒表观粒径，促进矿物沉降。硅酸盐矿物细磨至微米时保留了原生矿物结构特点，片状矿物的网状结构絮体较难沉降。絮体形态研究表明，壳聚糖季铵盐絮凝剂对微细粒硅酸盐矿物形成的絮体较为密实、空隙较小、表面较为光滑。难免金属离子对絮凝剂形态、溶液稳定性影响不大，但降低絮凝剂水溶液粘度、促进絮凝剂分散，加速絮凝沉降。强分散体系下采用少量改性壳聚糖季铵盐调控微细粒硅酸盐矿物絮团形态，金属离子调控水溶液环境促进絮凝剂分散，加快絮凝沉降速度。.改性壳聚糖季铵盐絮凝剂铁矿选矿废水、萤石选矿尾矿水絮凝处理应用中药剂用量少，对后续处理和回用有显著优势；此外，改性壳聚糖季铵盐作为添加剂改善助滤剂、混凝剂、捕收剂的性能研究取得了一些进展。