基于苯甲羟肟酸的三元组合捕收剂高效浮选白钨矿研究及分子动力学模拟

代龙富, 刘建, 李达, 黄蓉, 王萍, 李智宇. 基于苯甲羟肟酸的三元组合捕收剂高效浮选白钨矿研究及分子动力学模拟[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(3): 49-56. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.03.005
引用本文: 代龙富, 刘建, 李达, 黄蓉, 王萍, 李智宇. 基于苯甲羟肟酸的三元组合捕收剂高效浮选白钨矿研究及分子动力学模拟[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(3): 49-56. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.03.005
DAI Longfu, LIU Jian, LI Da, HUANG Rong, WANG Ping, LI Zhiyu. Research and Molecular Dynamics Simulation of Efficient Flotation of Scheelite with Ternary Combined Collector Based on BHA[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(3): 49-56. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.03.005
Citation: DAI Longfu, LIU Jian, LI Da, HUANG Rong, WANG Ping, LI Zhiyu. Research and Molecular Dynamics Simulation of Efficient Flotation of Scheelite with Ternary Combined Collector Based on BHA[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(3): 49-56. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.03.005

基于苯甲羟肟酸的三元组合捕收剂高效浮选白钨矿研究及分子动力学模拟

  • 基金项目: 国家重点研发计划项目 (2019YFC1904202)
详细信息
    作者简介: 代龙富(1997—),男,贵州毕节人,硕士研究生,E-mail:2979299410@qq.com; 刘建(1984—),男,汉族,教授,昆明理工大学博士生导师,昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室副主任,西部优势矿产资源高效利用教育部工程研究中心副主任。长期从事矿物加工工程专业教学和科研,主要研究方向为复杂矿产资源综合利用、浮选界面化学、浮选新药剂开发与应用等。主持工作和参与完成国家级、省部级、国际合作、企业委托项目10余项,发表高水平论文60余篇,其中第一/通信作者SC1、EI等论文40余篇,出版专著2部,获专利20多项。2018年获云南省自然科学一等奖,入选云南省“兴滇英才支持计划”青年人才;2023年入选国家“高层次人才支持计划”青年人才入选者,斯坦福全球前2%顶尖科学家
    通讯作者: 刘建(1984—),男,四川广元人,博士,教授,主要从事浮选表面化学研究,E-mail:vacation2008@126.com
  • 中图分类号: TD923+.13;TD91

Research and Molecular Dynamics Simulation of Efficient Flotation of Scheelite with Ternary Combined Collector Based on BHA

More Information
  • 羟肟酸是常见的白钨矿浮选捕收剂,由于其价格高、用量大导致浮选成本偏高。为实现白钨矿的低成本高效浮选,提出一种降本增效的白钨矿浮选三元组合捕收剂:苯甲羟肟酸(BHA)+R−苯甲酸(4−MBA)+辛基羟肟酸(OHA)。采用分子动力学模拟计算方法证实了该组合捕收剂在白钨矿浮选体系中存在协同作用;同时,通过实际矿石浮选实验,进一步验证了组合捕收剂对白钨矿有着良好的捕收性能。分子动力学模拟结果表明,随着捕收剂种类的增加,白钨矿(112)表面水分子相对浓度也随之降低,矿物表面疏水性增强;当捕收剂体系为BHA+OHA+4−MBA的三元组合捕收剂时,白钨矿表面水分子相对浓度最低,表明该三元组合捕收剂间存在协同作用,使矿物表面表现出更强的疏水性。针对某复杂低品位白钨矿进行了浮选试验,结果表明,在BHA浮选白钨矿体系中加入BHA用量11.11%的4-MBA,有效提高了BHA对白钨矿的浮选效果,在保障回收率的同时,BHA用量约降低40%;而BHA用量2.22%的OHA与BHA组合后,白钨矿的浮选回收率约提高20百分点,同时改善了浮选泡沫层。在BHA+OHA+4−MBA的三元组合捕收剂体系中,综合了两种不同的协同作用效果,使钨粗精矿的品位与回收率均达到最佳值。在使用水玻璃与羧甲基纤维素(CMC)组合作为抑制剂,经一粗一扫三精的闭路浮选实验后得到WO3品位为28.55%、WO3回收率为72.04%的钨精矿;与现场使用苯甲羟肟酸单一捕收剂相比,钨精矿的品位与回收率分别提高了3百分点与4百分点左右,捕收剂用量降低了37.5%。在提高白钨矿回收率的同时显著降低了浮选药剂成本,实现了白钨矿的高效回收。

  • 加载中
  • 图 1  白钨矿单胞模型结构(美国矿物学晶体结构数据库)

    Figure 1. 

    图 2  优化后的白钨矿(112)表面模型

    Figure 2. 

    图 3  药剂分子和水分子的最佳结构和原子电荷

    Figure 3. 

    图 4  不同药剂体系中水分子在白钨矿(112)表面垂直方向上的相对浓度分布(a—Pb体系;b—BHA体系;c—BHA+4-MBA体系;d—BHA+OHA体系;e—BHA+4-MBA+OHA体系)

    Figure 4. 

    图 5  样品XRD分析结果

    Figure 5. 

    图 6  浮选原则流程

    Figure 6. 

    图 7  单一捕收剂条件下浮选实验结果(a—BHA 500 g/t;b—BHA 600 g/t;c—BHA 700 g/t;d—BHA 800 g/t;e—OHA 300 g/t;f—OHA 500 g/t)

    Figure 7. 

    图 8  二元组合捕收剂体系下的浮选实验结果(a—BHA+4-MBA 450+25 g/t;b—BHA+4-MBA 450+50 g/t;c—BHA+OHA 450+5 g/t;d—BHA+OHA 450+10 g/t;e—BHA+OHA 450+20 g/t)

    Figure 8. 

    图 9  三元组合捕收剂体系下的浮选实验结果(a—BHA+OHA+4-MBA 450+3+25 g/t;b—BHA+OHA+4-MBA 450+3+35 g/t;c—BHA+OHA+4-MBA 450+7+25 g/t)

    Figure 9. 

    图 10  闭路试验流程

    Figure 10. 

    表 1  优化前后白钨矿晶体的晶格参数

    Table 1.  Lattice parameters of scheelite crystal after geometric optimization

    项目 a=b/nm c/nm α=β=γ/(°) Z
    实验值[21] 0.5243 1.1376 90 4
    优化值 0.5240 1.1371 90 4
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    表 2  白钨矿样品化学多元素分析结果

    Table 2.  Chemical multi−element analysis results of sample /%

    元素WO3CaFSSiAl
    含量0.4042.8011.400.1720.007.40
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    表 3  钨的物相分析结果

    Table 3.  Results of tungsten phase analysis /%

    钨相白钨矿黑钨矿钨华总钨
    WO3 含量0.350.040.010.40
    WO3 分布率85.8910.643.47100.00
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    表 4  闭路实验结果

    Table 4.  Results of closed−circuit test

    产物名称产率/%WO3品位/%WO3回收率/%
    精矿0.9528.5572.04
    尾矿99.050.1127.96
    共计100.000.38100.00
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出版历程
收稿日期:  2024-04-03
刊出日期:  2024-06-15

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