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羧乙基双羟肟酸类化合物的合成及其在铝硅分离中的应用

李伟  
【摘要】:针对我国现有铝土矿捕收剂选择性不高,且严重制约铝工业发展的问题,开发具有高性能的铝土矿捕收剂已成为当前的主要任务,对解决我国氧化铝生产中存在的问题意义重大。本文研究了羧乙基双羟肟酸类系列化合物的合成方法及其对一水硬铝石、高岭石和伊利石的浮选性能,对人工混合矿的分离性能,对实际铝土矿的浮选脱硅性能。通过吸附量、X-射线光电子能谱(XPS)、表面动电位、红外光谱分析和量子化学计算等手段,探讨了该类化合物与矿物的作用机理。 以羟胺、溴代直连烷烃、3-氯代丙酸和相应的酸酯为原料合成了4,4-二羟胺甲酰基十二酸(HCDA)、4,4-二羟胺甲酰基十四酸(HCTA)、4,4-二羟胺甲酰基十六酸(HCHA)和4,4-二羟胺甲酰基二十酸(HCIA)四种化合物,并通过红外光谱和元素分析等手段对化合物进行表征。 单矿浮选试验结果表明:矿浆pH对一水硬铝石的浮选有很大的影响,对高岭石和伊利石基本没有影响,最佳浮选条件为pH=6-8,药剂浓度为2xlO-4mol/L;在pH=6-8, HCDA、HCTA和HCHA对一水硬铝石的捕收力相当强(几乎为100%),而对铝硅酸盐矿物的捕收力极弱,能有效的将一水硬铝石和铝硅酸盐分开;四种药剂的捕收力顺序为HCD A HCTA HCHA HCIA。人工混合矿试验表明,HCDA能有效分离一水硬铝石与铝硅酸盐矿物,提高混合矿的铝硅比(A/S);实际铝土矿的浮选结果表明,HCDA作为捕收剂比传统的药剂油酸好,它能高效地对低品位铝土矿进行脱硅。所以HCDA很可能成为一种新型的高效铝土矿捕收剂。 XPS、动电位、红外光谱和量子化学计算计算表明,羧乙基羟肟化合物在一水硬铝石表面通过羧基(-COOH)、羟肟酸(-CONHOH)中的氧原子与矿物表面的铝点形成三元环螯合物的化学吸附。这主要是因为羧基和羟肟酸中的氧原子比氮原子具有更高的静电荷,羟肟酸基中的氧原子在空间上相隔两个原子,易形成五元环,而羧基则作为辅助基团参与螯合。化合物与高岭石和伊利石主要是通过静电力和氢键的作用发生物理吸附。


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