新型季銨鹽脫硅浮選陽離子捕收劑的定向合成與定量構效關系研究.pdf

1、我國鋼鐵產量日益增長，而國內鐵礦石資源嚴重自給不足，導致我國鐵礦石對外依存度2012年及2013年高達65％以上。我國鐵礦資源豐富，但大多數都是難選礦，嵌布粒度細，含鐵硅酸鹽礦物共生，僅通過磁選，石英與磁鐵礦連生體容易進入鐵精礦中，導致鐵精礦含SiO2高、質量低，需采用陽離子反浮選工藝對磁選粗精礦進行再次選別，然而目前常用的陽離子捕收劑存在分選效果差、泡沫不易破碎導致難以正常生產、難降解等問題。
　　為解決以上難題，本文在國家86

2、3計劃“典型浮選藥劑的降解性能及其環境安全性評價”(No.2007AA06Z123)的資助下，進行高效綠色環保的新型陽離子捕收劑開發研究。
　　1.從陽離子捕收劑基本結構出發，設計了一系列新型季銨鹽陽離子捕收劑：單酯季銨鹽（M301），雙子雙酯季銨鹽（M302，M303），十二胺改性季銨鹽（M331），不對稱雙子季銨鹽（M332），對稱型雙子季銨鹽（M333）。采用Gaussian09量子化學軟件對各藥劑分子結構進行計算，得到鍵長

3、、鍵角及二面角等結構參數，證明了設計的合理性。
　　2.通過季銨化反應、酯化反應定向合成了上述新型季銨鹽陽離子捕收劑，采用四苯硼鈉滴定法測試合成產品純度，完備各藥劑最佳合成條件，較高產率地獲得了設計產品。采用核磁共振與紅外光譜測試手段驗證合成產品即為目標產物。
　　3.單礦物浮選試驗中新型藥劑M332與M303在低濃度下得到石英與磁鐵礦上浮率差值在90％以上，十二胺上浮率差值僅有73.29％，說明M303與M332比十二胺分

4、選性高很多。人工混合礦試驗結果表明M303、M331及M332選礦效率分別為74.23％、76.89％和75.97％，比十二胺選礦效率（71.99％）高。
　　4.運用量子化學軟件Material Studio6.0中CASTEP模塊對浮選目標礦物的晶體表面性質進行研究，得到石英與磁鐵礦的晶體能帶結構圖、總（分）態密度圖以及電荷布局，揭示了石英與磁鐵礦晶體表面的藥劑吸附活性點。Zeta電位測試結果：石英的等電點<3，磁鐵礦的等電點

5、為6.26，新型季銨鹽陽離子捕收劑主要以靜電作用優先在石英表面吸附。紅外光譜圖測試結果表明新型藥劑除在石英表面有靜電作用與氫鍵作用外，還與石英間有成鍵作用產生，而新型藥劑在磁鐵礦表面的作用為可逆物理吸附。
　　5.采用Gaussian09軟件以及Material Studio6.0軟件中DMol3模塊分別對各藥劑分子與石英晶體進行量子化學計算。量子化學計算中建立了各藥劑與其浮選性能的定量構效關系，并得到前線軌道能量差大小與選礦效率

6、間的線性擬合公式：y=-0.0199x+1.5896以及藥劑的偶極矩與石英上浮率的線性擬合公式：y=1.2625x-65.853。將藥劑量子化學參數代入以上公式進行計算可提前對藥劑的浮選性能進行較為準確的定量分析。
　　6.酒鋼焙燒磁選精礦含鐵54％左右，通過新型藥劑反浮選，鐵精礦含鐵可提高到61％以上，二氧化硅含量可降低6個百分點，新藥劑改善了浮選藥劑耐低溫性，浮選泡沫易碎性和生物降解性能。量子化學分析結果與浮選試驗結果表明含有