磷酸鹽分離膠磷礦和白云石的作用機理

1、1997 年 12 月 JO U RN A L OF WU HA N IN ST I T U T E O F CHEM I CA L T ECHN OL O GY Dec. 1997磷酸鹽分離膠磷礦和白云石的作用機理韓 英年( 資源工程系)摘 要通過浮選、紅外光譜和 X 光電子能譜, 研究了油酸鹽在白云石和膠磷礦上的吸附情況,較好地解釋了在焦磷酸作用下, 白云石仍保持其可浮性的原因.膠磷礦; 白云石; 磷酸鹽; 浮選分類號T D 9230引言我國的磷礦石多為中低品位. 白云石是磷礦石加工過程中最有害的雜質(zhì). 在堿性介質(zhì)中, 白云石和膠磷礦的浮選行為相近, 使得它們的分離十分. 在弱酸性介質(zhì)中,

2、 反浮選工藝顯示了良好的分離效果, 而且改善了產(chǎn)品的后處理, 其中磷酸的抑制作用十分重要. 但成本較高. 因此, 本文以膠磷礦和白云石為研究對象, 用油酸鈉作捕收劑, 磷酸和磷酸鹽作抑制劑,研究了膠磷礦和白云石的浮選行為以及它們與焦磷酸的作用機理.1實驗?zāi)z磷礦取自省息峰磷礦. 白云石取自湖南耒陽鐵礦. 單礦物浮選在 Hallimo nd 管中完成. 每次取樣 1. 00 g , 調(diào)漿 10 m in, 溫度( 252) . 紅外光譜用 60SXB變換紅外光譜儀測試. 分辨率 4 cm- 1 . X 光電子能譜用英國V. G. Scientific 公司生產(chǎn)的 ESCA LA BM K線光電子能

3、譜儀測得.型X 射2結(jié)果與2. 1 酸性介質(zhì)中磷酸鹽的抑制作用由圖 1 和圖 2 可見, 當= 5 時, 磷酸、六偏磷酸鈉、焦磷酸、雙膦酸對膠磷礦的抑制作用圖 1 磷酸對可浮性的影響磷灰石;白云石圖 2 磷酸鹽對可浮性的影響1 白云石、焦磷酸;2 白云石、雙膦酸;3 白云石、六偏磷酸4 磷灰石、焦磷酸; 5 磷灰石、雙膦酸; 6 膦灰石、六偏磷酸鈉收稿日期: 19960305 修回日期: 19970310第 4 期韓 英等: 磷酸鹽分離膠磷礦和白云石的作用機理41明顯強于白云石. 磷酸的濃度須達 800 g/ t 才對白云石有較強的抑制作用. 而六偏磷酸鈉、焦磷酸、雙膦酸的用量大于 20 g

4、/ t 時, 已顯示出選擇性抑制作用. 其中六偏磷酸鈉對白云石也有一定抑制作用, 故選擇性差. 焦磷酸和雙膦酸有較好的抑制選擇性.2. 2 抑制劑的作用機理2. 2. 1紅外光譜結(jié)果分析 白云石與油酸鈉作用的紅外光譜示于圖 3圖 5. 由圖 3 ( A + B) 可見, 在 1 460 cm- 1 區(qū)域出現(xiàn)了強而寬的吸收峰. 這是未被油酸鹽覆蓋的白云石的非對稱圖 3 白云石與油酸鈉作用后的 IR 光譜( A + B)圖 4 本體沉淀 IR 光譜圖 5 ( A + B) B 的差譜 A 圖 7 膠磷礦與油酸鈉作用的 IR 光譜圖 8 膠磷礦與焦磷酸、油酸鈉作用的 I R 光譜圖 6 膠磷礦的 I

5、 R 光譜圖伸縮振動引起的. 同時也可能有粘附在白云石表面的油酸鈣、油酸鎂的本體沉淀的影響. 圖 4是白云石的蒸餾水浸出液加入油酸鈉溶液后生成的沉淀, 并在制片過程中摻入白云石微粒而得到的譜圖( B) . 將譜圖( A+ B) 與B 進行計算機差減, 得到差譜圖 A ( 圖 5) . 這樣做的目的是消除白云石與油酸鹽本體沉淀的影響. 差譜上有 2 922 cm- 1 , 2 851 cm- 1 及 1 460 cm - 1等較強的特征吸收峰, 表明油酸鹽在白云石表面發(fā)生了吸附, 使白云石疏水而上浮.圖 6 和圖 7 分別是膠磷礦在油酸鈉作用前后的紅外光譜圖. 二者基本相同, 沒有出現(xiàn)油酸鈣的特

6、征吸收峰. 這表明= 5 時, 油酸鈉在礦物表面的吸附很少. 圖 8 是經(jīng)焦磷酸處理后,再與油酸鈉作用的膠磷礦的紅外光譜圖. 由此可見, 它與明油酸鈉的吸附很少, 所以膠磷礦可浮性下降.油酸鈉作用的膠磷礦相同. 這表2. 2. 2XPS 結(jié)果分析 XPS 是通過測定內(nèi)層電子結(jié)合能的位移來確定元素的化學狀態(tài). 然而, 有些元素處于不同的化學環(huán)境時, 在X 光電子能譜圖上的光電子譜線不能顯示出明顯的位移, 造成判斷的. 由于 XPS 譜上 A ug er 譜線隨著化學環(huán)境不同可出現(xiàn)明顯的位移, 且其位移方向與光電子譜線的位移方向一致 1 . 為此, Wager 等 2 將最的A ug er 譜線和

7、光電子譜線所對應(yīng)的動能之差定義為Auger 參數(shù)( 用 a 表示) . 其數(shù)值大小對每一化學態(tài)都是特征的, 與荷電、功函無關(guān). 隨后, Gaarenstreen 等 3 以此為基礎(chǔ)在 Auger 參數(shù)表達式兩邊都加一項X 射線源光子的能量hC, 得 a = a+ hC= Ek ( Auger 電子) + E b( 光電子) . 其中, Ek 為最強的光化工學院學報第 19 卷42*電子線, Eb 為最的Auger 線動能. 這樣, A ug er 參數(shù)值( a ) 又具有了總為正值的優(yōu)點.測定了白云石上 Ca、Mg 的 a* 值, 如表 1. 可見, 與初始狀態(tài)相比, 白云石與油酸鈉作用后,

8、白云石表面Ca 的Auger 參數(shù)變化值是 1. 6 eV, M g 的Auger 參數(shù)變化值是 0. 15 eV . 這表明Ca 的化學環(huán)境變化比M g 大得多, 也就是說Ca 是與油酸鈉作用的主要離子. 白云石與焦磷酸作用后再與油酸鈉作用, Ca 的A ug er 參數(shù)變化值是0. 15 eV, 遠小于 1. 6 eV . 這表明焦磷酸減弱了 Ca 與油酸根的作用. 但是 M g 的A ug er 參數(shù)變化正好相反. 從 0. 15 eV 增大到0. 30 eV, 表明焦磷酸增強了M g 與油酸根的作用. 所以油酸鹽仍保持在白云石上的吸附, 使白云石具有可浮性, 從而能與膠磷礦分離.表 1

9、白云石表面 Ca、Mg 的 A ug er 參數(shù)條件$aCa eV$ aa* /* /*/*M g / eVCa eVaM g eV白云石 白云石+ 油酸鈉白云石+ 焦磷酸+ 油酸鈉639. 25637. 56639. 1024 430. 3024 430. 152 443. 001. 60. 150. 150. 30注 25,5 油酸鈉濃度 0ol / L, 焦磷酸為 04kg /各種磷酸鹽抑制能力不同是它們自身特性決定的. 焦磷酸對白云石中鈣、鎂的絡(luò)合能力大于磷酸, 其抑制效果顯著. 六偏磷酸鈉分子截面積大, 與鈣鍵合的同時遮蓋了鎂, 阻礙了油酸鈉的吸附, 產(chǎn)生抑制作用. 雙膦酸含疏水的甲

10、基, 減小了膠磷礦和白云石之間可浮性的差異.3結(jié)論a. 在弱酸性介質(zhì)中, 焦磷酸在膠磷礦和白云石的分離中顯示出較好的選擇性, 且用量少.b. 通過對變換紅外光譜圖進行計算機差減, 可消除白云石和油酸鹽的本體沉淀對譜圖的干擾. 結(jié)果表明在白云石表面仍有油酸鹽的吸附.c. XPS 的測定表明, 焦磷酸削減了油酸根和鈣的作用, 相反, 油酸根與鎂之間的作用增強了. 所以, 白云石仍保持其可浮性, 膠磷礦受到抑制, 使它們得以分離.參 考文 獻1 華而森 T A . 光電子和俄歇能譜學 .: 科學, 1983. Chem. 1985, 47( 7) : 12011203ys. N ew Yo rk:

11、T he science and technolog y public compaW anger C D. T he st udy o f XP S in chemistry .G aar en str oo m S W , Wingr gad W J. Chem.1977. 6772ny ,4 中南學院分析化學教研室編 . 化學分析手冊 .: 科學, 1978. 178181The Mechanism ofand Dolomite withSeparation of Francoliteosates as DepressantsHan YingZhong KangnianAbstractT he r esults of f loion test and the measurement w ith FTIR anS showt sodium oleate is adsorp