捕收剂LKD-1对石英和滑石的作用机理

代淑娟，于连涛，李晓安，沈海涛，韩佳宏

（1.辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051；2.中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016）

捕收剂LKD-1对石英和滑石的作用机理

代淑娟1，于连涛1，李晓安1，沈海涛2，韩佳宏1

（1.辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051；2.中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016）

以石英和滑石纯矿物为研究对象，研究胺类捕收剂LKD-1（为多种胺的混合物并含有助溶成分）对石英与滑石的作用机理，并运用Zeta电位测定仪及红外光谱仪分析药剂对矿物的作用机制。结果表明：LKD-1的作用使得石英及滑石的ζ电位升高，说明药剂在石英及滑石表面存在静电吸附作用；石英与药剂作用后的红外光谱图中各峰位均未发生位移，说明胺类阳离子捕收剂与石英作用的方式不是化学吸附；滑石与药剂作用后出现了N-H伸缩振动的吸收峰，因此，滑石与药剂的作用既存在物理吸附又存在化学吸附。

胺类捕收剂；石英；滑石

石英与滑石常作为脉石矿物，它们普遍存在于各种金属矿和非金属矿中，是选矿中较为常见的需要重视的脉石矿物，在常见的矿物中约有40%是硅酸盐矿物。在当代矿物加工领域中浮选法是应用最广泛的高效分离硅酸盐矿物的方法，特别是随着入选矿石中有用矿物的品位越来越低，矿物共生关系复杂，遇到的硅酸盐矿物种类越来越多，因此对浮选法提出了更高的要求。可见，系统地研究捕收剂对石英与滑石的浮选行为对浮选理论与工业实践均有十分重要的意义。

1 试验矿样

石英纯矿物化学式为SiO2，具有架状结构。试验中所使用的石英纯矿物取自辽宁鞍山地区，经人工破碎、拣选后获得。滑石纯矿物化学组成为Mg3［Si4O10］（OH）2，成分含量为 MgO 占31.7%、SiO2占63.5%、H2O占4.8%，试验中所使用的滑石纯矿物取自辽宁地区。对两种纯矿物样品进行了X射线荧光光谱仪（XRF）及X射线衍射（XRD）分析，结果见表1及图1。

表1 试样XRF多元素分析结果

图1 试样XRD分析

由表1及图1表明，石英纯矿物中最主要矿物成分是石英，其他矿物由于含量极低，在X射线衍射结果中未能体现，石英纯矿物纯度大于98%；滑石纯矿物中最主要矿物成分滑石，滑石纯矿物纯度大于98%，满足试验要求。

2 试验方法

2.1 浮选试验

纯矿物浮选试验使用挂槽式XFGC型浮选机。每次取纯矿物3g，加入蒸馏水25mL，浮选搅拌转速为1800r／min，再以盐酸调节矿浆pH 值并搅拌1min，然后加入捕收剂浮选。泡沫产品及浮选槽内产品分别烘干，称重，计算回收率。试验流程见图2。

图2 纯矿物的浮选试验流程图

2.2 动电位测量

将矿物磨至2μm以下，称取50mg加入烧杯中，再加50mL蒸馏水，用磁力搅拌器搅拌5min后取0.5mL溶液在Zeta电位测定仪内进行测量，分别考察LKD-1在不同pH值下对其纯矿物电动电位的影响。

2.3 红外光谱测定

药剂与矿物作用前后的红外光谱在Perkin Elmer Spectrum One FT-IR Spectrometer 红外光谱仪上用漫反射法测定。样品的制备过程为：在浮选槽内加入矿样及浮选药剂，调解pH值后搅拌5min，待完全沉淀后进行真空抽滤，待矿样完全风干后用研钵磨至2μm以下，矿样与光谱纯的KBr混合均匀后加到压片磨具上加压、制片。

3 试验结果与讨论

3.1 LKD-1对矿物表面电性的影响

矿物表面的晶格离子在水分子作用下向介质中扩散，可使矿物表面带有电荷，矿物表面的电性影响矿粒的聚结与分散，影响矿物表面的亲水性，还会影响药剂在矿物表面的吸附等［1］。

LKD-1在水溶液中会发生解离反应，其中中性分子和离子之间的比例的大小取决与本身的解离常数和介质的pH值。研究表明在酸性pH区，胺主要以离子形式存在；当pH＞5后，胺分子才逐渐形成；在pH值为5～6的浮选矿浆里，胺存在的主要形式是RNH3＋和（RNH3）22＋，以及少量分子形式的RNH2；胺的临界pH值为9.4，在pH＞9.4的强碱性溶液中，胺主要是以胺分子或分子离子共聚物的形式存在。

3.1.1 LKD-1对石英纯矿物表面电性的影响

石英属于典型的框架结构矿物，其晶体结构四面体中均以其四个角上的O2－分别与相邻的四面体共用形成三维空间框架结构。石英在受力后会造成Si-O键大量断裂，导致矿物表面暴露大量的Si4＋和O2－，从而使得矿物表面带有电荷；石英在水溶液中还可以吸附定位离子，导致石英表面带有电荷；石英在不同的pH值条件下，也可产生不同的吸附或者解离作用，形成不同的表面电性，又因为这些吸附或者解离属于可逆过程，因此石英能在较宽的pH 值下呈负电性［2］。

石英固体表面荷电的本质，实际是其表面存在≡Si-和-O-悬空键，使得表面具有过剩的表面能［3］。故当石英颗粒与水溶液作用时，首先颗粒表面发生水化或羟基化反应，见式（1）、式（2）。

≡SiOH0表面在一定的pH值条件下，可在水溶液中发生质子化或去质子化反应而分别呈结合形态，见式（3）、式（4）。

在纯水中，当pH＜2.5时，石英表面为SiOH＋2，显正电性；当pH＞2.5时，石英表面主要为SiO－，显负电性。

LKD-1与石英作用前后在不同pH值条件下的ζ电位的测定结果见图3。

图3 石英与LKD-1作用前后的ζ电位与pH值

从图3可以看出，石英纯矿物表面动电位随着pH值不断升高而降低，pH＝2.7时，石英动电位为零，当介质pH值大于石英的零电点（pH＝2.7）时，石英表面为SiO－，显负电性与胺类阳离子RNH3＋或（RNH3）22＋发生静电吸附，导致石英疏水，所以用阳离子捕收剂LKD-1能将石英浮起。石英与LKD-1作用后，动电位随着pH值的不断升高先降低后升高，在pH＝3.5时动电位为零，并且石英ζ电位整体偏高，这说明了十二胺在石英表面存在静电吸附，当pH值大于11.4后，石英的ζ电位反而升高，说明药剂与石英的作用增强了。由此可知，适量的LKD-1捕收剂通过静电吸附作用在石英纯矿物上，可改变其ζ电位的符号，使石英的ζ电位升高，其用量越大，石英ζ电位越大。

3.1.2 LKD-1对滑石纯矿物表面电性的影响

滑石为三层结构的镁硅酸盐矿物，在滑石的晶格结构中，硅氧四面体连结成层，构成六方网状层，活性氧朝向一端，每六个网状层的活性氧通过“氢氧镁石”层连结，形成“双层”［3］。双层内电荷平衡，联结牢固；双层之间以余键吸引，联结不牢固。因此，在双层间易解裂，具有天然疏水性，天然可浮性很好［4］。LKD-1与滑石作用前后在不同pH值条件下的ζ电位的测定结果如图4所示。

从图4可以看出，滑石纯矿物表面动电位随着pH值的升高而降低，且在大部分pH值范围内显负电性，其原因是在滑石结构中，结构单元内电荷是平衡的，在矿物解离后形成由面和棱边组成的滑石表面，其棱边暴露的Si4＋和O2－具有较强的键合羟基的能力。当pH＝2.1时，滑石动电位为零，在pH值为5.5时测得其ζ电位为－14.78mv。滑石在LKD-1作用下于pH＝5.1时取得零电点，滑石的ζ电位整体向碱性方向移动，这说明了LKD-1在滑石表面存在静电吸附。选用适量阳离子捕收剂在pH值为5.5时，可改变滑石纯矿物ζ电位的符号，试验结果表明，LKD-1使滑石的ζ电位升高，其用量越大，滑石ζ电位越大。

3.2 LKD-1与矿物作用的红外光谱分析

3.2.1 LKD-1与石英纯矿物作用前后的红外光谱分析

石英与LKD-1作用前后的红外光谱如图5所示。

图4 滑石与LKD-1作用前后的ζ电位与pH值

图5 石英与LKD-1作用前后的红外光谱

从图5可以看出，石英纯矿物与LKD-1作用前后，石英的各峰位均未发生位移，但在单矿物浮选试验中，捕收剂对石英的捕收作用很明显。峰位的无变化一方面说明胺类阳离子捕收剂与石英作用的方式不是稳定的化学吸附，另一方面捕收剂在干燥过程中随着水溶液挥发或者是直接升华了，这也表明胺类捕收剂与石英的作用是不牢固的静电吸附或分子吸附。

3.2.2 LKD-1与滑石纯矿物作用前后的红外光谱分析

滑石为三层结构硅酸盐矿物，滑石与LKD-1作用前后的红外光谱如图6所示。

图6 滑石与LKD-1作用前后的红外光谱

从图6可以看出，滑石纯矿物与LKD-1作用后，出现2926.08cm－1和2858.42cm－1的峰值是N-H伸缩振动的吸收峰；489.84cm－1的一个峰值是Si-O的弯曲振动的吸收峰。药剂吸附后Si-O键的弯曲振动峰从489.84cm－1变为471.33cm－1，均发生了红移，即振动减弱，引起滑石表面裸露在外的Si-O键的伸缩振动，减弱了Si-O键的弯曲振动效应。通过滑石及滑石与药剂作用后的红外光谱分析，在pH值为5.5时，滑石与捕收剂LKD-1作用后存在化学吸附。

4 结论

1）通过胺类捕收剂LKD-1对石英和滑石作用前后的动电位测定可知，LKD-1的作用使得石英的零电点由pH＝2.7移至pH＝3.5，并且随着药剂用量增大，石英ζ电位升高的越多；LKD-1的作用使得滑石零电点由pH＝2.1移至5.1，并且使滑石ζ电位整体升高，说明药剂在石英及滑石表面存在静电吸附作用。

2）通过对石英和滑石纯矿物与LKD-1作用前后的红外光谱分析可知，石英的各峰位均未发生位移，说明胺类阳离子捕收剂与石英作用的方式不是化学吸附。滑石纯矿物与药剂吸附后Si-O键的弯曲振动峰减弱发生了红移，滑石与捕收剂LKD-1作用后既存在物理吸附又存在化学吸附。

［1］ 陈斌.新型捕收剂对钛铁矿的浮选研究［D］.长沙：中南大学，2010.

［2］ 邱杨率.高纯石英选矿提纯试验研究［D］.武汉：武汉理工大学，2012.

［3］ PALANIANDY S，AZIZLIK A M.Mechanochemical effects on tale during fine grinding process in a jet［J］.International Journal of Mineral Processing，2009，92（1-2）：22-33.

［4］ 卢毅屏，陈志友，冯其明.等.表面活性剂对微细滑石的分散作用［J］.中南大学学报：自然科学版，2006，37（1）：217-220.

Research into mechanism of quartz and talc in system of LKD-1collector

DAI Shu-juan1，YU Lian-tao1，LI Xiao-an1，SHEN Hai-tao2，HAN Jia-hong1
（1.School of Mining Engineering，University of Science and Technology Liaoning，Anshan 114051，China；
2.Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China）

A study on the principles of amine collector LKD-1（a mixture of different amines with soluble ingredients）by being given to quartz and talc，and on the essence of the reagent by Zeta potential meter and infrared spectrometer.Results showed that LKD-1made zeta potential of quartz and talc rised，and electrostatic adsorption is found on the surface of them.Consideration of no displacement of each peak position infrared spectrum diagram，the adsorption is not chemical adsorption.Whereas a N-H stretching vibration absorption peak was found after the process of interaction of talc and tegent，consequently，there are both physical adsorption and chemical adsorption about the effect of talc and reagent.

amine collector；quartz；talc

TD97

A

1004-4051（2015）10-0141-04

2014-08-25

代淑娟（1967－），女，辽宁新民人，博士，教授，主要从事矿物加工理论、工艺及资源微生物技术研究。E-mail：shujuandai＠163.com。