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菱铁矿与赤铁矿和石英间相互作用能

更新时间:2009-03-28

细粒浮选过程中,矿粒表面间的相互作用力对细粒矿物的选择性聚集或分散以及选择性浮选分离起着决定性的作用,并且决定了其在精矿和尾矿中的归属。这些作用力主要包括:静电力、范德华力、水化力、疏水力、空间稳定化力、磁力等[1-2]。近二十年来,在胶体稳定性与分散体系的中,研究者们[3-5]发现,由于亲水胶体之间的水化斥力,疏水胶体之间的疏水力及大分子化合物产生的空间斥力,使得经典的DLVO理论不能圆满解释胶体粒子间的凝聚行为,从而提出了扩展的DLVO理论。即在胶体分散体系中,在粒子间相互作用的DLVO理论的势能曲线上,加上其他相互作用项,得到粒子间相互作用总能量,通过相互作用能计算为颗粒的分散提供理论支撑。

(2)原料粉碎程度对大豆提油量的影响。响应曲面实验中的大豆原料需要粉碎,其粉碎程度会对发酵效果产生一定的影响,例如当大豆原料的粉碎程度越高、粉碎越细时其原料粉对粉碎程度要求就逐渐变高,在实际的大豆油脂生产过程中会结合该粉碎度来提高大豆油脂生产产量。在操作过程中,要基于80目筛作为粉碎基本标准,配合原料综合考量响应曲面实验过程与实验条件[12]。

邱冠周等[6-7]研究了-5 μm细粒赤铁矿载体浮选机理,提出疏水化赤铁矿颗粒间的疏水相互作用使细粒赤铁矿在粗粒赤铁矿上粘附。在油酸钠溶液中,赤铁矿颗粒之间存在三种相互作用力,即静电作用力、范德华作用力及疏水作用力。R=5 μm的赤铁矿与-30+20 μm赤铁矿间相互作用能计算结果表明,油酸钠疏水化的赤铁矿颗粒间相互作用为吸引,在强搅拌条件下,细粒赤铁矿将在粗粒赤铁矿上粘附,细粒在粗粒赤铁矿上的粘附归因于疏水化赤铁矿颗粒间的疏水相互作用。

Kim B G等[8]研究了石墨粉体在一种表面活性剂作为分散介质的溶液中的分散行为,并测定了石墨粉体的沉降速度、动电位和接触角。最终得到如下结论:在pH=10,ABDM用量44.5 g/t条件下,悬浮体的分散效果最佳;ABDM在石墨颗粒表面形成单双分子层,从而影响石墨粉体的表面电位。

OzkanA[9]研究了赤铁矿颗粒在蒸馏水和含有Ca2+、Mg2+、Na+和K+的自来水中的聚集与絮凝行为。试验结果表明,赤铁矿悬浮体在整个pH值范围内不发生变化,但在含有阳离子的自来水中,当pH>10.5时,会发生严重的聚集。

方启学等[10]研究了微细粒石英和赤铁矿的凝聚和分散行为,试验结果表明,分散剂的加入使矿物微粒体系发生了较好的分散,AT802、水玻璃、三聚磷酸钠这三种分散剂对微细粒赤铁矿分散的主要影响因素是由于颗粒间的静电相互作用、空间位阻效应以及水化膜排斥作用。由于石英和赤铁矿的Hamaker常数和水化膜排斥能量系数不同导致两者的表面电位有明显差异,因而赤铁矿不发生分散而石英发生分散。

以片植、孤植和绿篱三种方式栽植:一是片植,选择苗木高度0.5-1.0m,冠幅0.3-0.5m,株行距0.6m×0.5m;二是孤植,选择苗木高度1.2-1.5m,冠幅0.5-1.0m;三是绿篱方式,选择苗木高度0.5-1.0m,冠幅0.3-0.5m,单排栽植,行距0.2m。

研究者及其课题组前期研究结果表明,鞍山式含碳酸盐铁矿石浮选尾矿产品的铁品位随着粒级的降低而明显增高。尾矿中-0.038 mm 62.45%,金属分布率达到71.47%[11],尤其是-0.010 mm微细粒菱铁矿进入到尾矿中,造成浮选尾矿铁品位偏高。菱铁矿的粒度较细,大量-0.010 mm微细粒菱铁矿吸附于-0.150+0.045 mm的赤铁矿和石英,改变了赤铁矿和石英的表面性质,使精矿品位降低,回收率下降,严重时甚至造成“精尾不分”。

超导磁场储能技术型微网的运转需要保障重要负载和可移动负载的供电,并当电能不够的时候,限定并终止负荷供电。电能均衡[4]约束式如式(1)给出,式中的代表了发电装置功率,和代表超导磁场储能技术的充电功率与放电功率,WPV(t)为光伏型电源的出力,代表可中断负荷,代表可转移负荷,代表预测负荷,t为调度时段。

1 试验物料及研究方法

1.1 试验物料

本文选用赤铁矿、石英、菱铁矿三种单矿物,赤铁矿来自鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司,经破碎-磨矿-摇床处理,得到全铁含量68.79%的赤铁矿单矿物,湿筛选取-0.150+0.045 mm粒级;石英来自鞍钢集团齐大山铁矿选矿分厂,经破碎-磨矿-酸浸处理,得到SiO2含量99.98%的石英单矿物,湿筛选取-0.150+0.045 mm粒级;菱铁矿为购买的高纯矿块,经破碎-磨矿-摇床处理,得到全铁含量45.16%的菱铁矿单矿物,水析选取-0.010 mm粒级。

1.2 研究方法

由图3可知,微细粒菱铁矿和粗粒赤铁矿间的DLVO势能曲线表现为斥力,即微细粒菱铁矿在粗粒赤铁矿上不会发生粘附。由课题组前期研究结果可知,影响分选指标的主要原因是微细粒菱铁矿在粗粒赤铁矿及石英上的粘附。DLVO理论计算结果与试验结果相反,这是由于浮选体系中加入了各种浮选药剂,使得矿物粒子间的凝聚行为发生变化,导致经典的DLVO理论不能圆满解释这种现象,甚至常常是得出完全相反的结果。因此,需要用扩展的DLVO(EDLVO)理论对菱铁矿和赤铁矿间的相互作用能进行计算。

遗令文是一种特殊的文体类别,其作者都是即将离世之人,或身体垂危如久病不愈,或遭遇变故如临刑就戮,总之这些人还有一些话要说,一些事要交代。遗令文的内容大多是表达对死亡的看法,回顾一生,抒写遗恨,交代国事,嘱托后事(丧仪葬制)。

  

图1 常规反浮选试验流程Fig.1 The fl owsheet of conventional reverse fl otation test

本论文采用DLVO、EDLVO理论计算微细粒菱铁矿(-0.010 mm)和粗粒赤铁矿(-0.150+0.045 mm)、粗粒石英(-0.150+0.045 mm)间的相互作用能。颗粒间总的相互作用能按照DLVO理论为[12-13]

浮选试验在XFG型挂槽式浮选机上进行,试验时,保持矿浆温度为35℃,搅拌2 min,用NaOH调节pH值至11.5,搅拌2 min,然后依次加入抑制剂淀粉,活化剂氯化钙,捕收剂油酸钠,浮选4 min。泡沫产品和槽内产品分别烘干、称重,并化验铁品位,计算回收率。试验流程图见图1。

 

按照EDLVO理论为[14-15]:

 

Ψ01、Ψ02为颗粒表面电位(V);

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k为Debye长度(m,nm),一般取0.104 nm-1;

H为相互作用距离(m,nm);

A为有效Hamaker常数;

h0为衰减长度,一般取10 nm;

V0HA为疏水相互作用能量常数,J/m2

对于式中的粒子半径R1、R2,采用MASTERSIZER 2000激光粒度分析仪进行粒度测定,采用各自粒度的平均值进行相互作用能计算;颗粒的表面电位可用动电位代替计算,菱铁矿、赤铁矿、石英的动电位通过Zeta电位测量得到;通过查阅相关文献,可得到有效Hamaker常数A;疏水相互作用能量常数 由公式(3)计算得到:

 

式中,分别为水表面能的电子接受体与电子给予体分量; 为固体表面能的电子给予体分量。

2 试验结果及分析

固定淀粉用量6 mg/L,CaCl2用量60 mg/L,油酸钠用量160 mg/L,在pH=11.5条件下进行反浮选试验,选别赤铁矿。考察微细粒级菱铁矿对该浮选体系的影响,试验结果见图2。

  

图2 -0.010mm菱铁矿含量对浮选指标的影响Fig. 2 Inf l uence of -0.010mm siderite content on fl otation index

由图2可知,微细粒菱铁矿的存在会严重恶化浮选指标,随着-0.010 mm粒级菱铁矿含量的增加,精矿铁品位、铁回收率下降,尾矿铁品位、铁回收率上升。当-0.010 mm菱铁矿的含量为1.0%时,精矿铁品位为55.02%,回收率为84.12%。当-0.010 mm菱铁矿的含量大于3.0%时,浮选精矿铁回收率明显下降,尾矿铁回收率明显上升。随着-0.010 mm菱铁矿质量分数的增大,浮选指标严重恶化。尤其当-0.010 mm菱铁矿的含量高达9.0%时,尾矿铁回收率高于精矿铁回收率13.68个百分点,尾矿铁品位高达25.82%,精矿铁品位仅为41.09%。因此,严格控制浮选过程中菱铁矿的细度,可适当减轻其对浮选分离效果的影响。课题组的前期研究表明,微细粒菱铁矿恶化赤铁矿反浮选的主要原因是微细粒菱铁矿吸附在粗粒赤铁矿和粗粒石英的表面,改变赤铁矿和石英的表面性质,使精矿回收率下降,品位降低,导致“精尾不分”。

3 EDLVO理论计算

对菱铁矿、赤铁矿、石英分别用激光粒度分析仪进行粒度测定,菱铁矿的平均粒度0.006 mm;赤铁矿的平均粒度0.060 mm;石英的平均粒度0.110 mm。因此,后续计算中分别采用菱铁矿、赤铁矿、石英的平均粒度。

经动电位测量,pH=11.5时,赤铁矿ζ=-0.045V,菱铁矿ζ=-0.053V,石英ζ=-0.065V。

3.1 微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间相互作用能计算

根据表2数据绘制出菱铁矿与赤铁矿间EDLVO势能曲线,见图4。

 

表1 菱铁矿与赤铁矿间DLVO势能计算结果Table1 Results of DLVO potential between siderite and hematite

  

H/nm 5 10 20 30 40 50 60 80 100/103kT 9.84 6.82 2.49 0.70 0.05 -0.15 -0.20 -0.178 -0.147

由图4可知,EDLVO势能曲线表现为引力,与DLVO势能曲线趋势相反。这是由于疏水相互作用能的出现,并且远大于菱铁矿和赤铁矿间的静电斥力,致使引力增大,说明细粒菱铁矿在粗粒赤铁矿上发生了粘附。同时也验证了DLVO理论不能正确解释微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间的相互作用能。因此,增大赤铁矿的动电位绝对值,可以增加颗粒之间的静电排斥力,减少微细粒菱铁矿在粗粒赤铁矿上的粘附。已有研究结果表明[11],在pH=11.5时,加入脱附剂水玻璃、羧甲基纤维素钠后,可以使赤铁矿表面电荷负向增加,进而达到增大赤铁矿动电位绝对值的目的。这是因为在碱性环境中,水玻璃主要以[SiO(OH)3]¯的形式存在,羧甲基纤维素钠在水溶液中电离出带有负电的羧甲基有机离子,它们吸附在赤铁矿表面,使赤铁矿动电位负向增加。

其中P是充分大的正常数。由极值原理可知,(-Δ+p)-1是一个紧线性正映射,Ft全连续且Fre′chet可导,则F1的正不动点就是系统(3)的共存解,记F1为F。假设(0,0), (θa,0), (0,θd)均为F的孤立不动点,则indexw(F,(0,0)), indexw(F,(θa,0)), indexw(F,(0,θd))均有定义。F在点(u,v)的导算子为

  

图3 菱铁矿与赤铁矿相互作用的DLVO势能曲线Fig.3 The DLVO potential curve of interaction between siderite and hematite

向赤铁矿和石英质量比为4:5的人工混合矿3.6 g中加1.0%、3.0%、5.0%、7.0%、9.0%的-0.010 mm菱铁矿,得到菱铁矿、赤铁矿、石英三元人工混合矿,进行常规反浮选试验。

根据公式2(EDLVO理论)计算微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间相互作用能,结果见表2。

 

表2 菱铁矿与赤铁矿间EDLVO势能计算结果Tab.le 2 Results of EDLVO potential between siderite and hematite

  

H/nm 5 10 20 30 40 50 60 80 100/105kT -21.980 -13.323 -4.901 -1.805 -0.666 -0.247 -0.092 -0.014 -0.003

根据公式1(DLVO理论)计算微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间相互作用能,结果见表1。

  

图4 菱铁矿与赤铁矿相互作用的EDLVO势能曲线Fig. 4 The EDLVO potential curve of interaction between siderite and hematite

根据表1数据绘制出菱铁矿与赤铁矿间DLVO势能曲线,见图3。

R1、R2为粒子半径(m);

3.2 微细粒菱铁矿与粗粒石英间相互作用能计算

根据公式1(DLVO理论)计算微细粒菱铁矿与粗粒石英间相互作用能,不同值时的,代入计算,结果见表3。

 

表3 菱铁矿与石英间DLVO势能计算结果Table 3 Results of DLVO potential between siderite and quartz

  

H/nm 5 10 20 30 40 50 60 80 100/103kT 18.87 12.355 4.797 1.745 0.599 0.287 0.052 -0.017 -0.015

根据表3数据绘制出菱铁矿与石英间DLVO势能曲线,见图5。可见,pH=11.5时,DLVO势能曲线不存在势垒(曲线上极大值高出的高度称为势垒高度),只出现了第一能谷,即第一极小值(负值大的极小值叫第一能谷,或第一极小值,负值相对较小的极小值叫第二能谷,或第二极小值)。这说明吸引力会把粒子拉入第一能谷的位置,体系不稳定,出现凝聚现象,导致细粒菱铁矿在粗粒石英上发生粘附。一般情况下,势垒高度决定体系是否稳定以及是否发生凝聚。当势垒高度较大时,可以防止粒子在第一能谷处凝聚,体系分散较好。当粒度越细时,相互作用势垒越小,越易发生矿泥罩盖,恶化粗粒矿物的浮选。在第二能谷处发生的凝聚作用,由于粒子间相互距离比较大,因此这种凝聚体结构疏松,不稳定,当外界存在扰动时,凝聚体就会被破坏。

根据公式2(EDLVO理论)计算微细粒菱铁矿与粗粒石英间相互作用能,结果见表4。

  

图5 菱铁矿与石英相互作用的DLVO势能曲线Fig.5 The DLVO potential curve of interaction between siderite and quartz

根据表4数据绘制出菱铁矿与石英间EDLVO势能曲线,见图6。

淡水浮游动物主要由原生动物、轮虫、枝角类和桡足类组成[1],其生物量的大小与合适程度在淡水滤食性鱼类的养殖中具有重要的意义。因此,对水域中浮游动物的调查研究具有重要的生态和经济意义[2]。有关漳泽水库浮游动物类群研究报道极少,本文调查研究了春、夏季漳泽水库浮游动物的群落组成和现存量的动态变化,并利用综合多样性指数对漳泽水库的水质营养状态进行确定,旨在为漳泽水库水环境评价与保护、渔业资源合理利用和可持续发展提供理论依据。

 

表4 菱铁矿与石英间EDLVO势能计算结果Tab.le4 Results of EDLVO potential between siderite and quartz

  

H/nm 5 10 20 30 40 50 60 80 100/105kT -21.155 -13.856 -5.095 -1.875 -0.690 -0.253 -0.094 -0.012 -0.001

  

图6 赤铁矿与石英相互作用的EDLVO势能曲线Fig.9 The EDLVO potential curve of interaction between siderite and quartz

由图6可见,EDLVO势能曲线表现为引力,与DLVO势能曲线趋势相反。但由于菱铁矿和石英之间存在疏水相互作用能,并且疏水力远大于菱铁矿和石英之间的静电斥力,致使两者之间的引力增大,细粒菱铁矿在粗粒石英上发生粘附。说明DLVO理论在解释微细粒菱铁矿与粗粒石英间的相互作用能中存在一定的缺陷。因此,通过增大菱铁矿的动电位绝对值来增加颗粒之间的静电排斥力,减少微细粒菱铁矿在粗粒石英上的粘附,可以有效改善浮选分离效果。

4 结 论

(1)鞍山式高碳酸盐铁矿石中,由于菱铁矿硬度小,易泥化,微细粒菱铁矿吸附在粗粒赤铁矿和粗粒石英表面,改变两者的表面性质。本文对微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿和粗粒石英之间的相互作用能进行了计算,以揭示粗、细粒间的吸附与排斥内在机制。经过动电位测量,pH=11.5时,赤铁矿ζ=-0.045V,菱铁矿ζ=-0.053V,石英ζ=-0.065V。

(2)微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间相互作用能EDLVO势能曲线表现为引力,与DLVO势能曲线趋势相反。说明细粒菱铁矿在粗粒赤铁矿上发生了粘附。同时也验证了DLVO理论不能正确解释微细粒菱铁矿与粗粒赤铁矿间的相互作用能。

检测LFS-01对JeKo-1细胞增殖的影响时,将融合度约90%的JeKo-1细胞以每孔3 000个细胞的密度接种于96孔板中;然后添加终浓度分别为0(作为对照)、2、4、8、20、40和80 μmol/L的LFS-01,每个浓度均设置3个复孔;分别培养24和48 h后,用CCK-8检测试剂盒检测每孔在450 nm波长处的D值,计算细胞增殖活力及药物的半数抑制浓度(50% inhibitory concentration,IC50)。细胞增殖活力(%)=(D实验组-D调零孔)/(D对照组-D调零孔)×100%。

(3)微细粒菱铁矿与粗粒石英间的相互作用能计算结果表明,细粒菱铁矿在粗粒石英上发生粘附,会导致浮选指标严重恶化。通过增大菱铁矿的动电位绝对值,可以增加颗粒之间的静电排斥力,减少微细粒菱铁矿在粗粒石英上的粘附。

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阎赞,王闻单,李丽匣,刘明宝
《矿产综合利用》 2018年第02期
《矿产综合利用》2018年第02期文献

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