钨矿浮选化学及其实践

钨是重要的战略金属,对于保障国防安全、资源安全和战略新兴产业发展具有重要意义。钨矿浮选化学的发展解决了复杂钨矿浮选分离的一系列关键瓶颈问题,为我国复杂白钨矿和黑白钨伴生资源的高效清洁开发利用提供了重要支撑。从浮选化学的角度,综述了钨矿浮选药剂及浮选工艺的研究现状及进展,建立起了钨矿地质成矿机理、晶体化学和溶液化学特性等与钨矿浮选药剂和新工艺的设计开发之间的联系。在钨矿石地质成矿过程中,萤石等含钙矿物通常都会与钨矿物紧密伴生,这使得白钨矿与萤石、方解石等含钙脉石矿物的浮选分离成为白钨矿浮选中几乎不可避免的难题;含钙矿物的晶体结构和界面性质的微观差异为其高精度浮选分离提供了可能,改性脂肪酸、阳离子捕收剂、螯合捕收剂、金属配合物浮选药剂以及浮选药剂界面组装等基本实现了含钙矿物间的浮选分离;其中,基于金属配合物浮选药剂的黑白钨常温混合浮选技术取得了一定的突破,取代了“彼德罗夫” 加温精选工艺,简化了浮选工艺流程,大幅提高了黑白钨共伴生资源的综合回收率。总结而言,钨矿地质成矿机理、晶体化学和溶液化学特性等决定了钨矿浮选分离的难度,同时指导了钨矿浮选药剂和新工艺的设计与开发,为复杂难处理钨资源的高效清洁利用提供了强有力的支撑。     

钨矿成矿地球化学与钨矿浮选

钨矿作为一种战略矿产,是我国的重要优势资源。目前,浮选技术已经成为复杂钨资源分离提取的关键技术,浮选分离的可行性和效率取决于矿石的工艺矿物学特征,其与钨矿的地质成矿条件息息相关。从地球化学的角度,总结了我国钨矿成矿的特征规律及其与浮选的关系。钨成矿过程中强烈的花岗岩岩浆分异、高的氟含量以及围岩性质等都对钨的富集和矿化十分重要,决定着钨的迁移成矿及矿床类型。不同的构造—岩浆机制作用下形成了各具特征的不同类型矿床,如石英脉型白钨矿床、云英岩型白钨矿床以及矽卡岩型钨矿床等,这些不同类型矿床在脉石矿物类型和含量等方面存在巨大差异。根据矿床类型及特性,选矿工作者开发了一系列钨矿浮选技术,例如石英脉型脂肪酸常温浮选技术、云英岩型脂肪酸粗选—加温精选技术、矽卡岩型螯合捕收剂粗选—加温精选技术。特别是针对复杂高钙黑白钨混合钨矿资源的配合物捕收剂常温浮选技术,极大地提高了我国钨矿资源高效开发利用的水平。在钨矿浮选技术的发展中,钨矿地质成矿规律不仅决定着矿石的本质特性,同时也为浮选药剂和浮选技术的开发提供了新的解决方案和新思路。     

金属基捕收剂配体结构优化研究

苯甲羟肟酸铅(Pb-BHA)配合物捕收剂在氧化矿浮选中得到了广泛应用，然而较大的药剂用量导致浮选成本较高，提高Pb-BHA在矿物浮选中的捕收能力势在必行。研究了Pb-BHA配合物捕收剂配体结构的优化，通过在苯甲羟肟酸分子苯基的对位引入给电子基团甲基合成一种新型捕收剂分子—对甲基苯甲羟肟酸（MBHA），以提高Pb-BHA对白钨矿浮选的捕收能力。通过浮选试验研究了Pb-MBHA在白钨矿浮选中的行为，结果表明Pb-MBHA在浮选中表现出比Pb-BHA更强的捕收能力和良好的选择性，在钨矿浮选中可以较大幅度地提高浮选回收率。量子化学计算表明，甲基的引入通过共轭效应增加了BHA分子氧原子活性位点的电子密度，使MBHA成为更强的电子供体，更容易与金属离子形成配合物。Zeta电位和XPS分析表明，Pb-MBHA在溶液中的电位更正，并且在白钨矿表面表现出更强的化学吸附作用。因此，通过在苯环上引入给电子基团可以提高Pb-BHA的浮选捕收能力，为金属基浮选药剂配体结构的优化设计提供了理论指导。     

钨矿浮选工艺进展与实践

综述了钨矿浮选工艺进展与实践应用,介绍了钨矿浮选药剂和工艺的发展历程,重点阐述了脂肪酸浮选工艺、以螯合捕收剂为主的浮选工艺和金属-有机配合物浮选工艺这3种主要的钨矿浮选工艺。脂肪酸法包括常温浮选和“彼德洛夫”加温浮选,对白钨矿具有较强的捕收能力,其中加温浮选对矿石性质具有良好的适应性,在白钨矿浮选中应用最为广泛。螯合捕收剂浮选工艺以GY法为典型代表,对钨矿具有较高的选择性,可以实现黑白钨矿的混合浮选,在黑钨矿和黑白钨混合浮选中应用广泛。近年来兴起的金属-有机配合物浮选工艺以苯甲羟肟酸铅（Pb-BHA）作为捕收剂,对黑白钨矿都具有很强的选择性捕收能力,可实现黑白钨矿的常温短流程浮选,在黑白钨混合矿及单一白钨矿都实现了工业化应用,为复杂钨矿的高效浮选提供了解决方案。未来钨矿浮选工艺将继续朝着高选择性和清洁高效的方向发展,以实现钨资源利用效率最大化。     

金属离子配位调控分子组装浮选理论及其研究进展

在矿物浮选过程中,金属离子发挥着重要的作用,特别是活化浮选作用。在氧化矿的金属离子活化浮选过程中,金属离子与浮选药剂形成的金属-有机/无机配合物在矿物浮选过程中发挥了极大的作用,并在捕收能力和选择性等方面体现出一定的优势。本文总结了苯甲羟肟酸铅配合物、油酸钙、盐化水玻璃、金属离子改性淀粉等在浮选领域的研究进展,并从金属离子配位调控分子组装的角度,提出金属离子在矿物浮选过程中的新作用机制。金属离子具有良好的模板效应,可以定向调控金属配合物结构实现功能组装,这一功能为新型浮选药剂的设计与开发提供了新的思路。     

基于遗传算法的太阳能光伏电池板优化铺设

传统太阳能建筑中太阳能电池板的排布不够合理,既浪费空间又破坏建筑墙体。本文使用数学建模的方法对太阳能光伏电池板的优化铺设做出探讨。在探求电池板摆放规律后,通过分析建立多目标规划函数,借助完全背包问题的数学模型,运用遗传算法进行求解,得到平面内最佳的电池板排布方式,实现了光伏发电总量最大,单位发电量成本最低的双重目标。     

Pb-BHA配位捕收剂的黑白钨混合常温浮选研究

铅离子为活化剂、苯甲羟肟酸(BHA)为捕收剂的药剂体系被广泛应用于钨矿浮选中,但铅离子不可避免会与苯甲羟肟酸形成配合物,研究Pb-BHA(苯甲羟肟酸铅)配合物对白钨矿、黑钨矿、方解石和萤石单矿物的捕收性能和浮选行为,以及Pb-BHA配位捕收剂在黑白钨常温混合浮选中的应用。结果表明,Pb-BHA配位捕收剂在一定的Pb/BHA配比下对钨矿物的捕收能力优于Pb~(2+)和BHA分开加入,不同Pb/BHA配比的Pb-BHA配位捕收剂对四种矿物在不同的浮选pH值区间的捕收能力差异较大,通过调整Pb/BHA配比和pH值控制Pb-BHA配合物的结构及捕收性能,可以实现钨矿物与含钙脉石矿物的高效浮选分离。基于PbBHA配位捕收剂的黑白钨混合常温浮选新工艺在柿竹园选厂得到成功应用,对钨资源的高效综合利用及清洁生产具有重要指导意义。     

苯甲羟肟酸铅金属有机配合物在氧化矿浮选中的作用机理及其应用

在氧化矿浮选中,硝酸铅是最常用的活化剂。经典的活化浮选理论认为,溶液中铅离子及羟基配合物吸附在矿物表面,为阴离子捕收剂（脂肪酸、螯合捕收剂等）在矿物表面吸附提供活性位点。然而,溶液化学计算表明,在矿浆体系中金属离子与捕收剂会反应生成金属有机配合物,经典理论并未考虑溶液体系中金属有机配合物在浮选过程中的作用。研究发现:相比于传统的顺序加药,硝酸铅和苯甲羟肟酸（BHA）的预先混合对白钨矿和锡石具有更强的捕收能力,表明金属有机配合物在浮选过程中发挥了至关重要的作用。基于对经典活化浮选理论新的认识,提出金属离子-有机配合物配位调控分子组装吸附理论,通过金属离子-有机配合物结构的定向调控,改善捕收剂的捕收能力和选择性。基于金属有机配合物捕收剂的钨锡混合浮选新工艺成功应用于湖南柿竹园多金属选厂,大幅提高了钨、锡综合回收率,在生产实践中证明了金属有机配合物捕收剂在捕收能力和选择性方面具有巨大的优势。      

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)的单晶结构分析

铅离子-苯甲羟肟酸配合物捕收剂(Pb-BHA)在钨矿、锡石和钛铁矿等氧化矿浮选中展现出良好的浮选性能和应用前景,但其精确分子结构尚不清楚,阻碍了配合物浮选作用机理的深入认识和金属基捕收剂分子设计的开展。本文培养了铅离子与BHA摩尔比分别为1∶1和2∶1的两种Pb-BHA配合物单晶(配合物1和配合物2),并采用X射线结构分析方法对其结构进行解析,包括配合物晶体结构、分子结构、空间堆积结构、分子间相互作用等。结果表明：配合物1的分子式为Pb₆L₈(NO₃)₄ (HL=BHA),配合物2的分子式为[Pb₆L₈(NO₃)₃]NO₃,铅离子与配体氧原子配位形成非平面“O,O”五元环螯合物构型,铅离子配位数为五配位、六配位和七配位。配合物分子通过Pb—O键与临近配合物相键接形成具有单体重复结构的三维扩展堆积聚合物。配合物中弱相互作用以O···H、H···H、Pb···O为主,π-π相互作用在分子间相互作...     

含钙矿物表面转化行为及其在浮选中的应用

含钙矿物是典型的半可溶性盐类矿物,其浮选过程中不可避免地存在着表面转化现象导致矿物表面物化性质甚至浮选行为发生变化,影响浮选药剂的选择性作用和矿物的选择性分离。矿物间的表面转化通常被认为是浮选的不利因素,但是其对浮选分离的有利影响却一直被忽略。研究了白钨矿-萤石-方解石和白钨矿-萤石-重晶石两个体系中矿物间的表面转化行为,并借助矿物的定向表面转化实现白钨矿与伴生脉石矿物的浮选分离。溶液化学计算表明：与白钨矿相比,萤石更容易在方解石和重晶石表面发生表面转化,使用萤石或氟化钠可以将方解石和重晶石表面选择性转化为CaF2或BaF2结构。Zeta电位、X射线光电子能谱及原子力显微镜检测结果也证实了萤石的表面转化在方解石及重晶石表面更明显、更剧烈。浮选试验结果表明,在萤石存在的条件下,采用Pb-BHA配合物捕收剂可以有效地实现白钨矿与方解石及白钨矿与重晶石的浮选分离。因此,在Pb-BHA配合物捕收剂浮选钨矿体系下,萤石可以作为方解石和重晶石等脉石矿物的天然抑制剂,通过将脉矿物表面转化为类似萤石的结构从而大幅提高分选效率。这一研究为半可溶性盐类矿物的高效浮选分离提供了新的思路和方法。