摘 要

钛是21世纪的一种重要金属，在航天、国防、生活等方面有着重大的作用。随着人类不断的发展进步，我国不断发展钛铁矿资源开发力度加大，导致细粒级钛铁矿原料越来越多，开采中可利用组分变少，选别难度加大。而淀粉作为选矿中一种常用的絮凝剂和抑制剂，在钛铁矿的浮选中有助于细粒级钛铁矿的选别。淀粉是由糖苷键结合的多糖聚合物，可作为调整剂运用在钛铁矿反浮选脱硅。矿物颗粒与浮选气泡的相互作用是决定矿物浮选效率的关键因素，而不同的淀粉由于分子结构的差异对其有重要影响。

本文研究了在不同玉米淀粉作用下的钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及粘附过程。通过前人经验搭建了颗粒-气泡相互作用观测装置，发现不同组分的淀粉对钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及粘附概率有着重要影响。结合接触角检测和激光粒度测试实验推测支链淀粉含量越高的淀粉分子更容易团聚矿物颗粒从而增大其与气泡的碰撞概率，且其更容易减小钛铁矿疏水性从而降低其与气泡的粘附力。最后基于实验结果和前人理论，建立了颗粒与气泡碰撞及粘附过程的数学模型，并讨论了淀粉分子结构在模型中的作用。

关键词：钛铁矿、淀粉、颗粒、气泡

Abstract

Titanium is an important metal in the 21st century. It plays an important role in aerospace, national defense and daily life. With the development and progress of human being, the development of ilmenite resources in China has been intensified, which leads to more and more fine ilmenite raw materials, less available components in mining and more difficult separation. As a common flocculant and depressant, starch is helpful to the separation of fine ilmenite in the floatation of Ilmenite. Starch is a polysaccharide polymer bonded by glycosidic bond, which can be used as a regulator in the reverse flotation desiliconization of ILMENITE. The interaction between mineral particles and flotation bubbles is the key factor to determine the efficiency of mineral flotation, and the difference of molecular structure of different starches has an important impact on it.

In this paper, the collision and adhesion of ilmenite particles with air bubbles under the action of different cornstarch were studied. It is found that different components of starch have an important effect on the collision and adhesion probability of ilmenite particles with bubbles. Combining the contact angle measurement and the laser particle size measurement, it is concluded that the higher the Amylopectin content is, the easier it is to agglomerate the mineral particles and increase the collision probability with the bubbles, and it is easier to reduce the hydrophobicity of Ilmenite so as to reduce its adhesion to bubbles. Finally, based on the experimental results and the theory of predecessors, a mathematical model of particle-bubble collision and adhesion process was established, and the role of starch molecular structure in the model was discussed.

Keywords: Ilmenite, starch, granules, bubbles

目 录

第一章 研究目的、意义与内容 1

1.1 研究的目的与意义 1

1.2 研究内容 2

第二章 钛铁矿与淀粉分子介绍 3

2.1 钛铁矿资源情况 3

2.2 钛铁矿的选别方法 3

2.2.1 重选 3

2.2.2 磁选 4

2.2.3 浮选 4

2.2.4 联合工艺 6

2.3 淀粉分子结构和作用机理介绍 7

2.3.1 淀粉的结构与构造 7

2.3.2 淀粉的性质 7

2.3.3 淀粉分子的作用机理 8

第三章 气泡与颗粒的相互作用 11

3.1 气泡的形成 11

3.2 浮选气泡的研究现状 11

3.3 气泡与颗粒作用的过程 12

3.4 气泡与颗粒作用模型 13

第四章 试验过程与理论分析 15

4.1 实验材料与方法 15

4.1.1 实验原料 15

4.1.2 矿物颗粒与气泡互相作用的观测装置 15

4.1.3 矿物颗粒与气泡作用观测实验方法 16

4.1.4 接触角检测与激光粒度检测 17

4.2 实验结果与理论模型 17

4.2.1 不同淀粉对钛铁矿接触角和力度的影响 17

4.2.2 不同淀粉对矿物颗粒与气泡的碰撞概率影响 18

4.2.3 不同淀粉对矿物颗粒与气泡的粘附概率影响 19

4.2.4 钛铁矿颗粒与气泡碰撞模型分析 19

4.2.5 钛铁矿颗粒与气泡沾附模型分析 20

第五章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.2 展望 22

参考文献 24

第一章研究目的、意义与内容

1.1研究的目的与意义

钛金属这被发现以来，他的一些优质特性吸引了人们的目光，它硬度大，并且与许多金属不同，它不活泼，不易外界发生反应，拥有较强的抗腐蚀能力。如今，社会不断发展与前进，人们生活水平方面不断提高，各个领域对材料的性能要求也越来越高^[1]。如今金属钛是符合人们心中特性的一种材料，在各个方面，他都为人们的生活进步提供了助力。在高端科技领域方面，钛资源在航空航天中成为了重要的金属来料来源，也在国防武器等研究方面起了重大的作用，成为了人们心中不可替代的重要材料。不仅如此，钛也在人们的生活方方面面中体占有重要的地位，不仅在汽车零件材料、还有眼镜这些人们可以看到的方面，在颜料、塑料、衣物等方面也发挥着着重要的作用。开始，含钛矿物由于难选等原因，一度被人们误认为是一种稀有的金属，但后来人们发现含钛矿物在地球的资源非常的丰富。我国是一个钛资源丰富的国家，钛资源含量排在世界前列，已探明的储量占全世界的38.85%，我国21个省区都有钛资源，其中在四川攀西等地占有大部分，有8.7吨的钛资源。我国钛资源虽然丰富，总储蓄量位居世界第一，但品味低，有贫、细、杂的特点，选别较难。

随着社会的不断发展，矿山不断开发利用，较好选的钛铁矿留下来的越来越少，留下来低品味的矿物越来越多。在我国对钛铁矿的选别，大多数是先通过选出铁，然后对选别铁后的中间产物进行选钛。但经过调查后发现，钛铁矿中的钛资源在选别铁后，以细粒级的矿物形式进入了铁精矿的回收中，只有少量的细粒级含钛矿物随着尾矿流出，成为选含钛矿物的主要材料。现如今对细粒级矿物的浮选效果较差，并且细粒级矿物极易流失，会造成大量的钛资源浪费。随着人类对含钛资源需求的日益增长，微细粒钛铁矿的选别富集逐渐成为人们研究的热点，而泡沫浮选择是回收利用低品位钛铁矿的关键技术，常常需要在浮选过程中添加不同类型的药剂里扩大矿物颗粒之间的表面性质，从而获得良好的分选指标^[2]。