英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
实验和理论中离子液体作为新型石 英收集器的效果
Hrushikesh Sahoo a，Nishant Sinhab，Swagat S. Ratha，Bisweswar Dasa,uArr;
摘要
季铵盐型离子液体作为石英的俘获收集器已经被研究。 已经研究了四个相同烷基链中的碳原子数目的影响。 通过FTIR，XPS和分子模型确定其在石英表面上的吸附行为。 在2900cm处的FTIR峰表明其在石英表面上的吸附，这进一步通过X射线光电子谱中峰的出现得到证实。曲线分裂数据表明四己基碘化铵（THEX）的最大吸附。 发现使用离子液体的纯石英的浮选结果与常规捕收剂如十二烷基胺（DDA）或十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）相比更好。 通过使用THEX浓度为4.8times;10-5M的燕麦可以进行92-100％的石英蒸馏收集器进一步用于38％铁的低品位带状赤铁矿石英石（BHQ）铁矿石的选择。 通过使用THEX作为收集器，可以获得63.6％Fe的铁精矿，回收率为63.2％。 使用分子模拟解释了由静电和范德华力组成的IL-石英吸附机理。 石英的可浮性与表面覆盖度和吸附能计算有关。 在这里使用的IL被发现比传统的石英收集器更好，因为它们在较低剂量下显示更好的收集效率。 使用这些IL进行浮选不需要起泡剂，与传统的收集器相比，这是一个额外的优势。
1.绪论
石英是一种天然存在的矿物，与几乎所有的矿石都有关。 它需要从矿石中分离出来，以获得合适的贵重矿物浓缩物，从而实现金属价值的经济提取。 泡沫浮选是将新分开的矿石的疏水颗粒与亲水颗粒分离的过程。 选择性的添加试剂在所需的矿物质颗粒中诱导疏水性，所述矿物质颗粒附着于气泡并在泡沫阶段报告。 在石英中，长期使用伯胺及其相应的乙酸盐或氯化物衍生物作为阳离子捕收剂。 然而，仍然需要开发高度选择性的收集器来降低石英回收率提高的整体成本。
伯胺如十二胺（DDA）及其盐通常用于从相关矿物中分离石英和硅酸盐的反向阳离子选择。 在这方面，菲利波夫等已经对阳离子反向进行了广泛的研究
关于各种收集器的石英[1]。 在寻找新的替代试剂时，常用的溶解度低的脂肪胺现在被更易溶解的醚和酯胺取代。 与伯胺相比，醚胺更便宜且pH更低，比DDA更有效[2,3]。 其他一些与醚胺有关的研究表明石英有高吸附性和高回收性[4,5]。 与十二烷基胺相比，含有酯官能团的季铵盐表面活性剂对石英颗粒具有更好的收集能力和选择性[6–8]。 与十二烷基氯化铵相比，含有两个季铵基团的双子表面活性剂是更好的石英收集器[9].
在研究Aliquat-336之前，没有探索离子液体在泡沫浮选中的应用[10] 和TOMAS[11] 作为石英的收集者。 Aliquat-336和TOMAS是基于季铵的离子液体，其中铵头部负责与石英表面静电连接，而庞大的烷基导致疏水性。 通常，离子液体由离子物质组成，并且它们在100℃左右或甚至低于该温度下保持为液体 [12]。 由于体积庞大的基团，这些化合物具有低挥发性。 与仅在高温下离子化的熔盐不同，即使在室温下，离子液体也容易作为离子物质处理。 它们通常用作有机合成中的相转移催化剂，并用作取代常规有机溶剂的溶剂萃取剂。 任务特定离子液体可以通过阴离子和阳离子的不同组合来设计。 由于它们蒸气压低，温度范围宽，热稳定性和化学稳定性高，可以用常规有机溶剂代替离子液体[13–18].
引入新的收集器进入选择系统需要得到正确解释矿物收集器相互作用机制的支持。 典型的特征研究如红外光谱（IR），zeta电位和XPS已经帮助研究人员了解相互作用机制的不同方面。 然而，涉及密度泛函理论（DFT），分子动力学（MD）和半经验方法的分子模拟技术能够很好地预测捕收剂 - 矿物质的吸附配置和与之相关的能量。 最近，密度泛函计算已用于建立长链胺及其醚和酯衍生物在石英表面上的最佳几何配位[19] 不同的设计方面，如烷基链长度的变化考虑了试剂中官能团的位置并计算出相应的吸附能。 DFT也用于深入理解油酸盐在三种主要氧化铁（即赤铁矿，磁铁矿和针铁矿）的不同解理平面上的吸附机理[20]。 类似地，使用通用力场的分子力学计算被用于设计不同矿物的特定试剂[21–24]。 除了DFT和forceeld计算，HOMO-LUMO研究使用半经验方法来研究不同脂肪酸和黄原酸与铁和铜原子的相互作用[25,26]。 除了静态能量最小化计算之外，分子动力学模拟也被纳入几种试剂 - 矿物机理研究中。 Rai和Pradip在钙矿物表面建立了油酸盐的自组装单层（SAM）[27]。 基于UFF的分子动力学（MD）模拟被完成以模拟SAM在不同覆盖度的油酸盐中的位置占有率。 随后，计算油酸盐吸附的矿物表面的与水的接触角[28]。 分子动力学也用于模拟复杂的铝硅酸盐表面和吸附不同的化学吸附和生理吸附收集器[29]。 最近，Fa等人 采用了类似的策略来研究二油酸钙收集胶体与方解石和uorite表面的相互作用[30].
作为我们以前工作的延伸[10,11]，在此我们打算研究具有烷基链长度变化的一系列基于季铵的离子液体的石英收集能力。 使用COMPASS力场的特征研究和分子模型计算已被用于支持使用这些IL的石英的臆测。 此外，还进行了低品位BHQ铁矿石的反向选择，以确定离子液体收集器对低品位铁矿石石英的适用性。
2.材料和方法
2.1试验
石英样品（纯度99％）是从印度奥里萨邦的石英矿收集的。 这个样本被用于后续的otation研究
在实验室球磨机中将其研磨至100微米以下并且大小
分析在中给出图。1。 使用粉碎机来减小其尺寸
以低于5 lm进行特性研究，如FTIR和XPS。 用PVA和KBr粘合剂制备XPS和FTIR的粒料
分别使用研钵。 磨碎的石英颗粒用稀盐酸洗涤以除去杂质。 天然低品位带状赤铁矿石英岩（BHQ）矿石; 含有约38％的铁和42％的二氧化硅，主要成分来自印度的一个铁矿。
将BHQ矿石研磨至100 lm以下，
tribution在中给出图。1。 XRD研究显示在图2表明BHQ主要由赤铁矿和石英组成。 详细
B
HQ
Q
uartz
这个矿石的特征描述和解放研究报道在其他地方[31].
在选择研究中，使用稀NaOH或HCl作为pH调节剂，而使用1％可溶淀粉作为氧化铁抑制剂。 所有离子液体购自Sigma Aldrich并与甲醇稀释剂一起使用。 在实验工作中用于IL的分子量和缩写列于表格1。 这些具有季铵阳离子基团的离子液体通常用于重金属的萃取，催化剂，有机合成中的溶剂和表面活性剂。 与基于吡啶鎓和咪唑鎓的化合物相比，基于铵基的IL具有更好的热稳定性和化学稳定性。 它们具有独特的混溶性和溶剂化特性，使其在特定应用中非常有用。
FTIR研究400-4000厘米范围内-1进行了一个使用KBr圆盘颗粒的Shimadzu仪器。 XPS研究使用波兰Prevac的S / N：10001设备进行。 所有的IL处理过的石英样品都是通过将石英混合在浓度为0.1mol / L的离子液体水溶液中制备的
具有低于5lm的10％石英的0.2times;10-5M。 样品是在实验室搅拌器中调节30分钟。 最后，通过过滤分离颗粒，用蒸馏水彻底漂洗并在室温下干燥。 使用聚乙烯醇（PVA）作为制造XPS颗粒的粘合剂。 处理过的样品的结合能由所拍摄的光谱确定Al Ka（hm = 1486.6 eV）辐射和半球能量分析仪。 在实验期间保持6times;10-10毫巴的压力。
x
x
在10 L固体浓度的1 L检测池中进行选择实验。 将浆液在1500rpm下搅拌3分钟，同时将pH保持在4至10的所需值。然而，发现在所有实验中浆液的天然pH值为7-7.5。 淀粉和收集器以1分钟的时间间隔有序地加入细胞。 在所有实验中保持3分钟的选择时间不变，同时在所有实验中加入pH调节补充水以保持恒定的泡沫层。 IL列出表格1常规捕收剂如十二烷胺（DDA）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）用于otation研究。 分别收集浓缩物和尾矿，干燥，称重并分析以确定品位和回收率。
2.2计算方法
几何优化模拟使用COMPASS forceeld进行[32] 如由Accelrys在Materials Studio软件的Forcite模块中实施的[33]。 以前，COMPASS已被证明可以有效模拟石英和表面活性剂 - 水体系[34]。 为了验证我们系统的COMPASS，优化了块状石英和晶格参数的优化结构与实验值进行了比较。 a（5.02）和c（5.48）的计算值与实验值（a = 4.91？和c = 5.41？）非常吻合，[35]。 使用Forceeld分配的电荷和Ewald求和方法计算静电相互作用。
对一些选定的ILs进行了实验（表格1）除了DDA和CTAB。 然而，建模研究扩展到了解所有NR4型ILs与R：C4-C12的吸附行为。 在模拟部分，IL的四戊基氯化铵，四烷基氯化铵和十四烷基氯化铵分别缩写为TPEN，TNON和TUND。 为了确定这些大链分子的平衡结构，使用Materials Studio中的Conformers模块来搜索分子的构象空间以获得最低的能量构象。 所有可旋转的扭转角度被系统地改变以产生数以万计的潜在构象，且最低能量结构被用于进一步分析。 为了确定石英（101）表面上最有可能的表面活性剂分子的吸附配置，我们在Accelrys Materials Studio中使用了吸附定位器模块。 吸附定位器通过在温度缓慢下降时对基底吸附系统的共同空间进行蒙特卡罗搜索来确定可能的吸附构造。 吸附定位器中的模拟退火过程是在COMPASS力场的300-500K温度范围内完成的。该分析的输出结构经过几何优化以获得表面上分子的最低能量平衡配置。 使用以下表达式计算表面活性剂在矿物表面上的总吸附能（DEads）：
其中Ecomplex，Eadsorbate和Emineral是指被吸附物（表面活性剂）与矿物表面系统的总能量，被吸附物和裸露的石英表面。 负吸附能意味着更多的放热吸附和更强的矿物吸附物结合。
为了预测ILs的最大表面覆盖率，每个IL在最小可能超分子上的分子吸附，在这个覆盖面上的分子。 平衡运行使用100ps的总模拟时间。 使用1 fs的时间步长产生100,000个模拟步骤。 对恒定体积恒温（NVT）整体和Noseacute;-Hoover恒温器进行分子动力学模拟[36,37] 被用于维持系统温度在298K。
2.3 结果与讨论
2.3.1 FTIR分析
通过FTIR光谱学研究季氮基离子液体在石英表面上的吸附，并且光谱显示在图3。 裸露的石英光谱显示石英的特征峰，没有额外的烷基峰。 没有强烈的化学品从FTIR光谱可以明显地看出，石英的所有特征峰在用ILs处理后都保持不变。 所有光谱中3400cm-1附近的峰指的是存在羟基。 出现在2900cm左右的新峰-1表明-CH2和-CH3烷基的吸附[38]。 烷基峰强度从TBUT逐渐增加到TDOD，表明所研究的所有离子液体的吸附。
3.2 XPS研究
用IL处理过的石英和石英进行XPS处理，并给出完整的光谱数据表2。 所有经IL处理的石英样品都显示N（1S）峰，三
全文共8265字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[10580]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
