《有機矽陽離子表面活性劑的浮選特性與吸附機理》是依託中南大學，由夏柳蔭擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有機矽陽離子表面活性劑的浮選特性與吸附機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：夏柳蔭
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對鐵礦、氧化鋅礦、鋁土礦等反浮選脫矽技術需求，將一種具有（聚）矽氧烷T形疏水結構的有機矽陽離子表面活性劑用作矽酸鹽礦物浮選捕收劑。通過分子結構最佳化設計和經濟高效的合成技術研究，開發出幾種新型有機矽陽離子礦物浮選捕收劑及其製備新方法。系統研究有機矽陽離子捕收劑對石英、高嶺石、葉臘石和伊利石等矽酸鹽礦物的浮選特性；揭示有機矽特殊的T形非極性基團對細粒礦物疏水團聚的影響；闡明新結構捕收劑分子與矽酸鹽礦物表面基團的作用機理；建立有機矽陽離子表面活性劑結構與浮選性能的構效關係。通過界面吸附化學研究、量子化學或分子動力學模擬，研究有機矽陽離子捕收劑在矽酸鹽礦物界面的吸附特性，構建吸附模型。為我國低品位鐵礦石、氧化鋅礦石和鋁土礦資源開發提供新結構的陽離子高效捕收劑及其浮選理論與技術基礎。
結題摘要
本項目針對鐵礦、氧化鋅礦、鋁土礦、稀土礦等選礦脫矽技術需求，將一種具有（聚）矽氧烷T形疏水結構的有機矽陽離子表面活性劑用作矽酸鹽礦物浮選捕收劑。通過分子結構最佳化設計和經濟高效的合成技術研究，開發了新型有機矽陽離子礦物浮選捕收劑，並通過表面化學分析方法研究了有機矽陽離子捕收劑在矽酸鹽礦物界面的吸附特性和吸附模型。 研究主要包括新型捕收劑的結構最佳化設計與合成。基於捕收劑分子設計理論，採用密度泛函方法計算了有機矽捕收劑分子的量子化學參數，確立了用於矽酸鹽礦物浮選的有機矽陽離子捕收劑分子結構；以矽烷偶聯劑，六甲基二矽氧烷（MM） 和二溴代烷烴為原料，通過SN2 取代反應合成了一系列的T形結構有機矽陽離子捕收劑；以3-氯丙基三乙氧基矽烷，3-氯丙基甲基二甲氧基矽烷，六甲基二矽氧烷（MM）， 長碳鏈叔胺為原料，碘化鉀為催化劑，採用一步反應直接合成了烷氧基矽烷季銨鹽捕收劑。製備得到新型機矽陽離子捕收劑後，項目展開了對鋁矽酸鹽的浮選特性研究，浮選性能評價實驗驗證了設計合成的T型有機矽型季銨鹽陽離子捕收劑是一類對鋁矽酸鹽礦物具有較強捕收能力的藥劑，較傳統季銨鹽浮選性能有較大提高。原礦鋁矽比為2.7的極低品位礦樣，經浮選分離後，鋁矽比達到10.77，Al2O3的回收率為84.06%；原礦鋁矽比為6.13的人工混合鋁土礦樣，經浮選分離後，鋁矽比達到14.17，Al2O3的回收率為83.67%。實驗結果說明聯合使用T型有機矽陽離子捕收劑與澱粉抑制劑，能有效分離一水硬鋁石型鋁土礦中的鋁和矽。2012年8月課題組將自行合成的將T型有機矽型伯胺類捕收劑（AS）套用與鋁土礦的選礦脫矽中，通過實際礦石反浮選的開路和閉路實驗，進一步客觀評價新型T型有機矽型捕收劑的浮選性能明顯優於傳統十二胺。本項目還採用了最先進的表面與界面科學分析儀器，飛行時間質譜儀研究了有機矽陽離子捕收劑在矽酸鹽礦物和鐵、鋁、鋅、稀土等礦物表面的吸附差異。飛行時間質譜（ToF-SIMS）作為捕收劑在礦物表面化學吸附的研究手段，提供了有價與脈石礦物吸附差異的直接證據，此研究方法在國內尚未見報導，屬本項目研究方法創新，為礦物表面於界面化學研究提供了新方法和新方向。項目涉及一類全新結構的表面活性劑，按項目計畫其設計開發、合成製備及機理研究工作已經完成，目前已經申請國家發明專利1項，發表SCI收錄期刊論文4篇，ISTP收錄會議論文3篇。
