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褐煤胡敏酸与天然铁、钛、硅氧化矿物的吸附研究

李鹏  
【摘要】:褐煤腐植酸型铁矿球团粘结剂,既具有用量低、残留量小,能显著提高球团铁品位的优点,又利用了来源广泛的劣质资源褐煤,价格低廉,因而具有良好的开发前景。胡敏酸是褐煤腐植酸型粘结剂的主要成分之一,占到其有机成分的70-90%。 本研究从褐煤中分离、纯化制备出高纯度的胡敏酸(HA),运用化学分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、热重红外联用(TG-FTIR)等技术,对其结构和性质进行了表征;基于此,查明了褐煤胡敏酸与磁铁矿、赤铁矿、锐钛矿、石英之间的吸附行为,运用动电位测试、傅里叶红外光谱(FTIR)等技术探明了胡敏酸在天然磁铁矿(Fe304)、赤铁矿(Fe203)、锐钛矿(Ti02)和石英(Si02)矿物表面吸附机理。 胡敏酸是芳香化程度较高的高分子有机化合物,主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。芳香环和各种杂环构成了胡敏酸的骨架结构,羧基(-COOH)和酚羟基(-OHph)是胡敏酸中含量较多的含氧基团,胡敏酸还含有脂肪链以及酯基、醚键以及少量氨基(-NH2)、磺酸基(-S03H)等。加热条件下,HA的分解和氧化主要集中在350℃-650℃阶段,温度达到650℃以上,HA基本分解挥发完全,其分解产物以二氧化碳和水蒸气为主,还有少量小分子物质如烯、炔和醚等。 溶液pH对胡敏酸在天然铁、钛、硅氧化矿物表面的吸附有重要影响。随pH降低,胡敏酸在矿物表面的吸附增强。在碱性体系(pH=10、11)中,不同氧化矿物对胡敏酸的吸附强弱顺序为:锐钛矿磁铁矿赤铁矿,而石英对胡敏酸基本不吸附。矿物颗粒比表面积的增大明显促进了胡敏酸在其表面的吸附。 扫描电镜研究显示,胡敏酸通过在矿物表面发生吸附形成一层笼罩的胶体薄膜,使矿物颗粒之间的粘度增大。当胡敏酸达到一定浓度时,吸附在矿物颗粒表面的胡敏酸胶体相互粘连,在矿物颗粒之间形成网状骨架结构,使矿物细颗粒和胡敏酸混凝在一起,增强了颗粒之间的粘结作用。 胡敏酸表面带有大量负电性官能团,在试验的pH范围(2-11)内都荷负电,磁铁矿、赤铁矿和石英的零电点(PZC)分别是4.7、6.7和2.4。在大于矿物PZC的pH条件下,磁铁矿、赤铁矿和锐钛矿对胡敏酸的吸附依靠化学作用。在较低的pH(低于矿物PZC)条件下,吸附依靠疏水作用、静电吸引和化学吸附(配位交换和络合作用)共同作用,其中疏水作用的贡献大于其他两者。


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