磷酸盐分离胶磷矿和白云石的作用机理

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磷酸盐分离胶磷矿和白云石的作用机理韩 英年( 资源工程系)摘 要通过浮选、红外光谱和 X 光电子能谱, 研究了油酸盐在白云石和胶磷矿上的吸附情况,较好地解释了在焦磷酸作用下, 白云石仍保持其可浮性的原因.胶磷矿; 白云石; 磷酸盐; 浮选分类号T D 9230引言我国的磷矿石多为中低品位. 白云石是磷矿石加工过程中最有害的杂质. 在碱性介质中, 白云石和胶磷矿的浮选行为相近, 使得它们的分离十分. 在弱酸性介质中,

2、 反浮选工艺显示了良好的分离效果, 而且改善了产品的后处理, 其中磷酸的抑制作用十分重要. 但成本较高. 因此, 本文以胶磷矿和白云石为研究对象, 用油酸钠作捕收剂, 磷酸和磷酸盐作抑制剂,研究了胶磷矿和白云石的浮选行为以及它们与焦磷酸的作用机理.1实验胶磷矿取自省息峰磷矿. 白云石取自湖南耒阳铁矿. 单矿物浮选在 Hallimo nd 管中完成. 每次取样 1. 00 g , 调浆 10 m in, 温度( 252) . 红外光谱用 60SXB变换红外光谱仪测试. 分辨率 4 cm- 1 . X 光电子能谱用英国V. G. Scientific 公司生产的 ESCA LA BM K线光电子能

3、谱仪测得.型X 射2结果与2. 1 酸性介质中磷酸盐的抑制作用由图 1 和图 2 可见, 当= 5 时, 磷酸、六偏磷酸钠、焦磷酸、双膦酸对胶磷矿的抑制作用图 1 磷酸对可浮性的影响磷灰石;白云石图 2 磷酸盐对可浮性的影响1 白云石、焦磷酸;2 白云石、双膦酸;3 白云石、六偏磷酸4 磷灰石、焦磷酸; 5 磷灰石、双膦酸; 6 膦灰石、六偏磷酸钠收稿日期: 19960305 修回日期: 19970310第 4 期韩 英等: 磷酸盐分离胶磷矿和白云石的作用机理41明显强于白云石. 磷酸的浓度须达 800 g/ t 才对白云石有较强的抑制作用. 而六偏磷酸钠、焦磷酸、双膦酸的用量大于 20 g

4、/ t 时, 已显示出选择性抑制作用. 其中六偏磷酸钠对白云石也有一定抑制作用, 故选择性差. 焦磷酸和双膦酸有较好的抑制选择性.2. 2 抑制剂的作用机理2. 2. 1红外光谱结果分析 白云石与油酸钠作用的红外光谱示于图 3图 5. 由图 3 ( A + B) 可见, 在 1 460 cm- 1 区域出现了强而宽的吸收峰. 这是未被油酸盐覆盖的白云石的非对称图 3 白云石与油酸钠作用后的 IR 光谱( A + B)图 4 本体沉淀 IR 光谱图 5 ( A + B) B 的差谱 A 图 7 胶磷矿与油酸钠作用的 IR 光谱图 8 胶磷矿与焦磷酸、油酸钠作用的 I R 光谱图 6 胶磷矿的 I

5、 R 光谱图伸缩振动引起的. 同时也可能有粘附在白云石表面的油酸钙、油酸镁的本体沉淀的影响. 图 4是白云石的蒸馏水浸出液加入油酸钠溶液后生成的沉淀, 并在制片过程中掺入白云石微粒而得到的谱图( B) . 将谱图( A+ B) 与B 进行计算机差减, 得到差谱图 A ( 图 5) . 这样做的目的是消除白云石与油酸盐本体沉淀的影响. 差谱上有 2 922 cm- 1 , 2 851 cm- 1 及 1 460 cm - 1等较强的特征吸收峰, 表明油酸盐在白云石表面发生了吸附, 使白云石疏水而上浮.图 6 和图 7 分别是胶磷矿在油酸钠作用前后的红外光谱图. 二者基本相同, 没有出现油酸钙的特

6、征吸收峰. 这表明= 5 时, 油酸钠在矿物表面的吸附很少. 图 8 是经焦磷酸处理后,再与油酸钠作用的胶磷矿的红外光谱图. 由此可见, 它与明油酸钠的吸附很少, 所以胶磷矿可浮性下降.油酸钠作用的胶磷矿相同. 这表2. 2. 2XPS 结果分析 XPS 是通过测定内层电子结合能的位移来确定元素的化学状态. 然而, 有些元素处于不同的化学环境时, 在X 光电子能谱图上的光电子谱线不能显示出明显的位移, 造成判断的. 由于 XPS 谱上 A ug er 谱线随着化学环境不同可出现明显的位移, 且其位移方向与光电子谱线的位移方向一致 1 . 为此, Wager 等 2 将最的A ug er 谱线和

7、光电子谱线所对应的动能之差定义为Auger 参数( 用 a 表示) . 其数值大小对每一化学态都是特征的, 与荷电、功函无关. 随后, Gaarenstreen 等 3 以此为基础在 Auger 参数表达式两边都加一项X 射线源光子的能量hC, 得 a = a+ hC= Ek ( Auger 电子) + E b( 光电子) . 其中, Ek 为最强的光化工学院学报第 19 卷42*电子线, Eb 为最的Auger 线动能. 这样, A ug er 参数值( a ) 又具有了总为正值的优点.测定了白云石上 Ca、Mg 的 a* 值, 如表 1. 可见, 与初始状态相比, 白云石与油酸钠作用后,

8、白云石表面Ca 的Auger 参数变化值是 1. 6 eV, M g 的Auger 参数变化值是 0. 15 eV . 这表明Ca 的化学环境变化比M g 大得多, 也就是说Ca 是与油酸钠作用的主要离子. 白云石与焦磷酸作用后再与油酸钠作用, Ca 的A ug er 参数变化值是0. 15 eV, 远小于 1. 6 eV . 这表明焦磷酸减弱了 Ca 与油酸根的作用. 但是 M g 的A ug er 参数变化正好相反. 从 0. 15 eV 增大到0. 30 eV, 表明焦磷酸增强了M g 与油酸根的作用. 所以油酸盐仍保持在白云石上的吸附, 使白云石具有可浮性, 从而能与胶磷矿分离.表 1

9、白云石表面 Ca、Mg 的 A ug er 参数条件$aCa eV$ aa* /* /*/*M g / eVCa eVaM g eV白云石 白云石+ 油酸钠白云石+ 焦磷酸+ 油酸钠639. 25637. 56639. 1024 430. 3024 430. 152 443. 001. 60. 150. 150. 30注 25,5 油酸钠浓度 0ol / L, 焦磷酸为 04kg /各种磷酸盐抑制能力不同是它们自身特性决定的. 焦磷酸对白云石中钙、镁的络合能力大于磷酸, 其抑制效果显著. 六偏磷酸钠分子截面积大, 与钙键合的同时遮盖了镁, 阻碍了油酸钠的吸附, 产生抑制作用. 双膦酸含疏水的甲

10、基, 减小了胶磷矿和白云石之间可浮性的差异.3结论a. 在弱酸性介质中, 焦磷酸在胶磷矿和白云石的分离中显示出较好的选择性, 且用量少.b. 通过对变换红外光谱图进行计算机差减, 可消除白云石和油酸盐的本体沉淀对谱图的干扰. 结果表明在白云石表面仍有油酸盐的吸附.c. XPS 的测定表明, 焦磷酸削减了油酸根和钙的作用, 相反, 油酸根与镁之间的作用增强了. 所以, 白云石仍保持其可浮性, 胶磷矿受到抑制, 使它们得以分离.参 考文 献1 华而森 T A . 光电子和俄歇能谱学 .: 科学, 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 中南学院分析化学教研室编 . 化学分析手册 .: 科学, 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