高岭石的表面性质和浮选特性的研究

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2012年第03期
科研开发
高岭石的表面性质和浮选特性的研究
凡曼 王兴涌 ( 中国矿业大学化工学院 徐州 221116 )
摘要: 本文用十二胺、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和油酸钠作为高岭石的捕收剂。对接触角、表面张力、Zeta电位也作了测定。结果 显示油酸钠的浮选效率最差。其他的浮选药剂的浮选效率相差不大，但在不同的浓度、pH和温度下浮选效率不同。因此浮选药剂的选择要根据实际生 产需要。 关键词：高岭石； 捕收剂； 浮选 中图分类号：O623 文献标识码：A 文章编号：T1672-8114(2012)03-052-06
1．前言 高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物， 是一种含水的铝硅酸盐。高岭石经风化或沉积等作用变 成高岭土，高岭土的研究现在在我国发展的特别快 ， 经过不同的方法研究现在已经可以得到在几十纳米范围 之内的超细化高岭土。高岭土是制作陶瓷的原料,除此 以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等 等，用途十分广泛 。许多的应用领域都对高岭土的表 面或界面性质有特殊要求，为了满足应用的要求必须对 其进行表面改性。高岭土的表面改性研究也是现在非金 属矿综合利用研究的一个热点。 高岭土表面改性是指根据应用的需要，用物理、化学 或是机械的方法对高岭土粉体表面进行处理，以改变其表 面的物理化学性质，满足现在材料、新工艺和新技术的需 要 。对于表面性质的研究，我们主要集中在接触角、表面 张力、表面润湿性、吸附作用及表面电性上。 2实验部分 2.1实验矿样和药品 高岭石、油酸钠、十二烷基磺酸、十二胺、十六
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烷基三甲基溴化铵、盐酸、氢氧化钠、四硼酸钠、邻 苯二甲酸氢酸，以上均是分析纯。 2.2仪器设备 浮选机、微型电泳仪、Kruss Tensiometer 表面张力 仪、电子搅拌器、真空循环水泵、恒温烘干箱、精密 酸度计、傅里叶变换红外分光光度计、Zeta电位测定仪 2.3实验方法 2.3.1接触角测定 1）矿物（如：氟化钙、碳酸钙）纯品的接触角测 定准确称量氟化钙5.0000g（碳酸钙 5.0000g、二氧化硅 4.0000g、硫酸钡5.5000g） 7个。 3）矿物吸附油酸钠后接触角的测定 取250ml锥形瓶4个，分别向其中加入氟化钙50g、 碳酸钙50g、二氧化硅40g、硫酸钡55g，分别加入 100ml蒸馏水，搅拌4h，静置一夜。抽滤后烘干备用。 准确称量氟化钙5.0000g（碳酸钙 5.0000g、二氧化硅 4.0000g、硫酸钡5.5000g） 7个。 2.3.2表面电性Zeta电位测定 1）取6个100ml小烧杯，分别向其中加入30ml 去离子水，再加入0.2g矿物（如：氟化钙、碳酸 钙），调整溶液的pH分别为2、4、6、8、10、 12，待固体充分溶解后，放在磁力搅拌器上调至合 适速度搅拌30min，静置过夜，取上清液测定其中
作者简介： 凡曼（1986-），硕士研究生，主要从精细有机合成。
颗粒的Zeta电位。

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图1高岭石在4种捕收剂中接触角随pH的变化关系
图2：高岭石在蒸馏水中Zeta电位与pH值的关系

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图3：高的岭石在油酸钠中Zeta电位与pH值的关系
图4：高岭石在十六烷基三甲基溴化铵中Zeta电位与pH值的关系

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2）矿物吸附油酸钠后Zeta电位的测定 取6个250ml锥形瓶，分别向其中加入50ml去离子 水，再加入0.5g矿物（如：氟化钙、碳酸钙），调整溶 液的pH分别为2、4、6、8、10、12，待固体充分溶解 后，用移液管分别向其中加入 1.00ml 10-2mol/L油酸 钠，搅拌2h，搅拌完成后测定溶液的pH。静置过夜， 取上清液测定其中颗粒的Zeta电位。 2.3.3浮选实验 在XFG型挂槽式浮选机上进行单矿物浮选实验 。 每次称取6.0g矿物放入60ml浮选槽内，加60ml蒸馏 水，搅拌1分钟；加入酸碱调节到所需pH值，搅拌3分 钟；最后加入捕收剂，搅拌5分钟，浮选4min 。 实际矿石采用60ml的单槽浮选机来进行浮选实验。 浮选产品分别烘干称重，化验品位，计算回收率。 3实验结果及讨论 3.1高岭石在捕收剂中接触角总结 把高岭石在蒸馏水、十二胺、十六烷基三甲基溴 化铵、油酸钠、十二烷基磺酸钠中接触角与pH的关系 绘与一图，如图1： 相比之下，高岭石在十二烷基磺酸钠中的接触角 最大，但其随pH值的变化很小；在油酸钠中的接触角 也较大，而且在pH值不同的情况下，接触角变化也较 大，这样有利于在不同pH值下高岭石和其他矿物； 十二胺、十六烷基三甲基溴化铵中，接触角变化相对 较小，但也对可浮性有很大的提高。 这些变化，主要与高岭石底面的化学键类型、层 间静电能的大小和离子键有关。高岭石层间断裂键分 别为氢键和离子键，易于油酸根等、十二烷基磺酸根 作用，在其中接触角增加的就多；在十二胺、十六烷 基三甲基溴化铵中接触角增加的就小。 3.2 Zeta电位测定 3.2.1高岭石在水中Zeta电位 由图2可见，高岭石在蒸馏水中，Zeta电位随pH值 的增加而减小；在pH值等于6时，Zeta电位为零，即高 岭石在蒸馏水中的零电点为pH=6。 在pH值大于6时， 高岭石表面带负电；在pH值小于6时，高岭石表面带正 电。3.2.2高岭石在油酸钠中Zeta电位 由图3可见，因油酸钠是阴离子捕收剂，在加入阴 离子捕收剂后，Zeta电位会相应减小；而且在pH=5左 右，对高岭石表面Zeta电位影响大，也说明主要作用为 静电吸附；在pH=8左右，Zeta电位变化微小，可能是 氢键的作用。
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3.2.3高岭石在十六烷基三甲基溴化铵中Zeta电位 由图4可见，因十六烷基三甲基溴化铵是阳离子捕 收剂，在加入阳离子捕收剂后，Zeta电位会相应增大； 而且在pH=8左右，对高岭石表面Zeta电位影响大，也 说明主要作用为静电吸附；在pH=5左右，Zeta电位变 化微小，可能是氢键的作用。 3.2.4高岭石在十二胺中Zeta电位 由图5可见，因十二胺是阳离子捕收剂，在加入阳 离子捕收剂后，Zeta电位会相应增大；而且在pH=7左 右，对高岭石表面Zeta电位影响大，也说明主要作用为 静电吸附；在pH=3左右，Zeta电位变化微小，可能是 氢键的作用。 3.2.5高岭石在十二烷基磺酸钠中Zeta电位 由图6可见，因十二烷基磺酸钠是阴离子捕收剂， 在加入阴离子捕收剂后，Zeta电位会相应减小；而且 在pH=5左右，对高岭石表面Zeta电位影响大，也说明 主要作用为静电吸附；在pH=8左右，Zeta电位变化微 小，可能是氢键的作用。 3.3回收率测定 每次称取6.0g矿物放入60ml浮选槽内，加60ml蒸馏 水，搅拌一分钟；加入酸碱调节到所需pH值，搅拌3分 钟；最后加入捕收剂，搅拌5分钟，在挂槽浮选机上进 行浮选试验。 将所有的捕收剂pH值与回收率的关系绘于一图， 如下： 从试验结果可以看出：在采用四种捕收剂浮选 高岭石时，浮选回收率在酸性条件下比在碱性条件 下要高，表明这两种药剂在矿物表面的吸附与矿物 表面的荷电性质有很大的关系。十二胺和十二烷基 磺酸钠对高岭石的浮选结果较好，最高可达75%左 右在浮选高岭石时，最好用十二胺和十二烷基磺酸 钠作为捕收剂，避免用十六烷基三甲基溴化铵和油 酸钠。 4 结论 本文以高岭石的表面特性为基础，通过Zeta电位、 表面张力、接触角、及浮选实验，研究了在实验室条 件下高岭石的浮选原理及效果，为实际生产中高岭石 的浮选提供了数据依据。通过实验，我们可以得出以 下结论： 本实验采用正浮选体系，在浮选过程中，采用油 酸钠做捕收剂时，上浮率不好，说明油酸钠不适合用 来浮选高岭石；其他三种捕收剂——十六烷基三甲基溴化