摘 要

高岭石颗粒具有质量小、比表面积大及表面能高等特点，使其在选矿过程中难以分选出来。要使影响浮选过程的高岭石微细矿粒能够发生絮凝行为而与目的矿物分离开来，就需要颗粒间发生絮凝作用。本试验采用了浊度仪在线测量系统，探索了不同表面活性剂用量、搅拌机转速大小以及高岭石颗粒大小对高岭石疏水絮凝动力学过程的影响，并对高岭石颗粒的疏水絮凝过程建立了具体的数学动力学模型，并对这个模型中的参数进行比较，最后得出高岭石絮凝的最佳条件。结果表明：当表面活性剂浓度为5.714×10^-5mol/L、搅拌机转速为500rpm、高岭石的d₅₀为8.730µm时絮凝速率最大，效果最好。这些动力学模型不仅对絮凝动力学的研究具有一定的推动作用，也对疏水絮凝在选矿工业中的应用具有指导意义。

关键词：高岭石；疏水絮凝；絮凝动力学；十六烷基三甲基溴化铵

Abstract

Kaolin particles have the characteristics of small mass, large specific surface area and high surface energy, which makes kaolin particles difficultly separated in the dressing process. In order to separate fine kaolin particles from other minerals in floation, the flocculation of particles is required. In this experiment the turbid meter online measurement system, was used to explore the effects of different surface active agent dosage, mixer speed size and kaolin particle size of kaolin on hydrophobic flocculation kinetics. A specific mathematical dynamic model of hydrophobic flocculation process of kaolin particles was established, and the parameters of this model were compared to obtain the optimum conditions of flocculation of kaolin. The experimental results show that: when the surfactant concentration is 5.714×10^-5mol/L, the speed of mixer is 500rpm, Kaolin particle d₅₀ is 8.730µm, the flocculation rate is maximum and the effect is best. These kinetic models not only have a great promoting effect on flocculation kinetics, but also have guiding significance for the application of hydrophobic flocculation in mineral processing industry.

Key words: Kaolin; Hydrophobic flocculation; flocculation kinetics; Hexadecyl trimethyl ammonium Bromide

目录

第1章 绪论 1

1.1高岭石的结构与性质特点 1

1.2 絮凝及絮凝动力学理论 2

1.2.1絮凝的类型 2

1.2.2 疏水絮凝的影响因素 3

1.2.3 疏水絮凝的应用 4

1.2.4 絮凝及絮凝动力学的研究现状 5

1.3絮凝动力学的研究意义及内容 6

第2章 试验原料、设备及方法 7

2.1 试验原料和设备 7

2.2 试验方法 9

2.2.1 试验药剂的配置 9

2.2.2 试验装置 9

第3章 高岭石絮凝动力学的研究 11

3.1 表面活性剂浓度对絮凝效果的影响 11

3.1.1试验方法步骤 11

3.1.2试验结果 11

3.1.3动力学模型建立与数据分析 12

3.2 搅拌器转速对高岭石絮凝速率的影响 14

3.2.1 试验流程 14

3.2.2 试验数据分析 15

3.2.3 动力学模型的建立与结果分析 16

3.3高岭石颗粒大小对絮凝速率的影响 18

3.3.1试验步骤 18

3.3.2试验结果与数据 18

3.3.3动力学模型与数据分析 19

第4章 结论与创新点 21

4.1结论 21

4.2 创新点 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1高岭石的结构与性质特点

高岭石是具有岩石含义的名称，主要是由高岭石类矿物组成的一种十分重要的粘土矿物，是1:1型层状硅铝酸盐矿物，基本构造単位是铝氧八面体和硅氧四面体^[1]，其主要的结构示意图如下：

(a)球棍模型 (b)多面体模型

图1.1 高岭石结构示意图

高岭石矿在经过分选加工之后，颗粒具有的质量小、表面能高及比表面积大等性质决定了其在选矿过程中难分选的特点。主要表现在以下几个方面^[2]：

（1）疏水矿粒具有的质量小、体积小的特点，就使得矿粒在浮选矿浆中的动量变得非常小，也就意味着矿粒基本上很难克服矿粒与气泡之间的能垒，因此浮选气泡与其他目的矿物发生碰撞的机率也变得很小，引起目的矿物颗粒不能附着在气泡表面，从而使浮选的流程难以继续进行；与此同时，细脉石矿粒在水中所受到的阻碍运动的作用非常大，所以疏水颗粒吸附到气泡上，又因为吸附牢固而非常不易脱落，而且细脉石颗粒容易随着上升水流进入到泡沫层形成夹层，对浮选过程非常不利。

（2）微细粒矿物表面能高、比表面积大的特点很容易加重目的矿粒与脉石矿粒之间的非选择性团聚程度，影响浮选的选择特性，同时导致药剂吸附的选择性降低及药剂吸附量变大，矿粒在矿浆中溶解度变大且矿浆中离子增多，并且使矿浆的粘度大幅度增加等，都会影响矿物的浮选效果。

（3）当微细高岭石颗粒分散在水中时，水分子和疏水颗粒表面间会产生非常强烈的相互吸附作用，水分子也就会在疏水矿粒表面附近沿着固定的方向排列，最后在疏水颗粒表面上形成一层水分子薄膜，而水分子薄膜的存在又能使颗粒所在的分散体系保持较强的稳定性，很大程度上增加了微细粒矿物的浮选难度。

一方面，微细粒矿物较难分选；另一方面，存在于矿浆中的微细颗粒悬浮液对选矿和尾矿矿浆脱水过程具有有害作用。国内外的选矿工作者研究发现，选择性絮凝矿浆中微细目的矿物颗粒或者尾矿矿浆中微细脉石颗粒能较好的解决上述问题。疏水絮凝作为一种高选择性的絮凝方式，在选矿过程中对解决上述问题上起着重大的作用。因此，疏水絮凝的基础研究对现实的选矿生产过程有重要的引导意义。

1.2 絮凝及絮凝动力学理论

1.2.1絮凝的类型

絮凝通常是指水或液体中悬浮颗粒聚集变大形成聚团的过程。根据絮凝产生的机理，可以将它分为三种类型^[3]：