摘要
锌是一种具有银白色光泽并略显蓝灰色的金属，用途非常广泛，消费量仅次于铁、铝和铜。随着易选的硫化锌矿资源的大量开发，以菱锌矿为代表的难选氧化矿资源的开发和利用越来越受重视。菱锌矿常与以方解石、白云石为代表的碳酸盐类脉石矿物共生，需要进行高效分离，因此对菱锌矿及其碳酸盐类脉石的浮选行为、浮选理论进行研究并指导工业实践，提高氧化锌矿资源的回收水平具有十分重要的科学和现实意义。 菱锌矿、白云石、方解石同属碳酸盐类矿物，三者晶体结构相似，常见表面金属位点空间分布特性相近，天然可浮性差异较小，浮选分离困难。本文通过浮选试验，系统研究了菱锌矿、白云石、方解石在油酸钠、十八胺、苯甲羟肟酸、水杨羟肟酸及其不同组合捕收剂体系下的可浮性，以及矿物组成离子、羧甲基纤维素、磷酸盐对其可浮性的影响。通过溶液化学计算与 Materials Studio和Gaussian软件模拟分析等对矿物与药剂间的作用机理进行初步阐述，并采用X射线光电子能谱、原子吸收光谱、捕收剂吸附量和表面张力测试、动电位测定、接触角测定等先进检测技术，对作用机理与浮选结果进行了验证。 研究表明，采用水杨羟肟酸+油酸钠为组合捕收剂、羧甲基纤维素+四聚磷酸钠为抑制剂组合、氯化钙为调整剂能够实现菱锌矿与方解石、白云石的有效浮选分离。在油酸钠、十八胺、苯甲羟肟酸和水杨羟肟酸的单一捕收剂体系中，难以同时兼顾菱锌矿～方解石、菱锌矿～白云石的浮选回收差异;水杨羟肟酸和油酸钠的捕收剂组合具有良好的协同效应，在保证菱锌矿较高回收率的同时，提高了菱锌矿与方解石、白云石的浮选回收率差异。羧甲基纤维素对方解石浮选具有良好的抑制作用，Ca2+可以显著强化CMC对方解石的抑制能力，CO32-会削弱CMC对方解石的抑制能力;不同结构的磷酸盐对白云石的抑制强弱顺序为:六偏磷酸钠≈四聚磷酸钠＞三聚酸钠＞焦磷酸钠，磷酸盐链长的增加有利于增强对白云石的抑制作用;采用水杨羟肟酸+油酸钠为组合捕收剂，单独使用CMC或四聚磷酸钠难以同时有效抑制白云石和方解石，CMC+四聚磷酸钠的抑制剂组合能够对白云石和方解石同时进行有效地抑制，Ca2+可以增强抑制效果。 研究表明，菱锌矿、方解石、白云石破碎时金属-氧键优先断裂，三者之间的天然可浮性差异性较小;菱锌矿的常见解理面为(104)面、(018)面和(214)面，(104)面是其最常见的解理面，以菱锌矿、方解石、白云石的(104)表面研究3种矿物浮选行为差异最为合理;3种矿物(104)面金属阳离子是其活性位点，空间分布特性相近，但元素电负性和酸碱硬度存在明显差异，应作为筛选高效药剂，实现浮选分离的切入点。水杨羟肟酸+油酸钠捕收剂组合与菱锌矿、方解石、白云石(104)面的相互作用能分别为-167.34 kJ/mol、-67.98 kJ/mol、-68.60 kJ/mol,与单一捕收剂相比，在菱锌矿表面的吸附强度更高，在3种矿物表面的相互作用能差距更大;羧甲基纤维素+四聚磷酸钠抑制剂组合在3种矿物(104)面的相互作用能分别为-53.23 kJ/mol、-72.45 kJ/mol、-78.27 kJ/mol,CMC 通过羧基(-COO-)和羟基(-OH)主要与方解石的活性位点Ca作用，四聚磷酸钠对白云石的抑制能力主要是与活性位点Ca之间的作用而不是Mg,外加Ca2+对抑制作用的增强主要是Ca2+会吸附在矿物表面，提供新的活性位点，增加抑制剂在矿物表面的吸附密度;组合捕收剂优先与菱锌矿发生作用，而很难与方解石和白云石作用，从而实现了矿物间的高效分选。 最后本文对某浮选尾矿(含锌0.88％)中的菱锌矿进行富集试验研究，在工艺矿物学研究的基础上，结合纯矿物浮选的试验结果，通过条件试验确定了最佳浮选条件和工艺流程。在选择油酸钠和水杨羟肟酸为捕收剂，氢氧化钠和CaCl2作为调整剂的基础上，采用抑制剂组合羧甲基纤维素和四聚磷酸钠，经过一粗三精一扫闭路试验，可获得含锌9.07％,锌回收率68.08％的锌精矿，浮选尾矿菱锌矿再富集试验达到了预期效果。 本论文的研究成果揭示了菱锌矿、方解石、白云石的晶体化学特征、表面特性与浮游特性的相关关系，在一定程度上丰富了碳酸盐类相似矿物浮选晶体化学的理论体系，对碳酸盐类矿物的浮选分离具有指导意义。
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