CN102489228B - 一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对天然黄铁矿粉料深加工及改性的方法。一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)采用重选和反浮选相结合的方法对FeS2≥50wt％天然黄铁矿粉料进行提纯；2)分级、干燥；3)超细粉碎，获得粒径400～1340目的黄铁矿粉体材料；4)按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的0.1％～5％，以表面活性物质溶液在40～80℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性30min～90min，过滤，再于80～120℃下恒温干燥12～24h，粉碎，获得改性天然黄铁矿粉体。该方法简单易行；本发明制备的改性天然黄铁矿粉体，具有防吸潮和防止黄铁矿表面被氧化的效果。

Description

一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法
技术领域
本发明属于黄铁矿深加工技术领域，具体涉及一种对天然黄铁矿粉料深加工及表面包覆改性的方法。
背景技术
黄铁矿是地壳中分布最为广泛的硫化矿物，我国是黄铁矿资源丰富的国家，其应用主要局限于制造硫酸及铁的利用，且利用率都不高，黄铁矿粉体的综合利用也鲜见报道。申请号03146934.5“硫铁矿综合利用的方法”是少数涉及硫铁矿综合利用的专利文献，但也只是属于黄铁矿制酸的范畴。天然黄铁矿中主要杂质为氧化镁、硫化铁、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙等，二硫化铁(FeS2)的含量只有80％左右，成分中还通常存在微量的钴、镍、铜、金、砷等元素，同时黄铁矿在地表易风化形成褐铁矿。未经任何处理的天然黄铁矿，其性能和利用率都具有一定的局限性，对天然黄铁矿进行加工所制备的粉体材料，本身是一类具有多种性能和用途的材料，但由于天然黄铁矿粉料颗粒易团聚、易吸潮和表面容易被氧化使得黄铁矿的性能受到了一定的影响，通过对天然黄铁矿进行表面包覆改性，能获得性能更好的新材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，该方法简单易行；本发明制备的改性天然黄铁矿粉体，具有防吸潮和防止黄铁矿表面被氧化的效果。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料(即天然黄铁矿粉体材料)采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为43wt％～47wt％、硫元素的百分含量为46wt％～52wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中FeS2≥50wt％(为50wt％～90wt％)；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在40～100℃下恒温干燥2～48h(干燥温度优选为50～70℃，烘干时间优选为24h)，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径400～1340目(38～10μm)的黄铁矿粉料作为黄铁矿前驱体粉体材料；
4)将表面活性物质溶解于蒸馏水或乙醇中，得到浓度为0.2g/L～5g/L的表面活性物质溶液；
按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的0.1％～5％，以表面活性物质溶液在40～80℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性30min～90min(反应条件为机械搅拌或超声波分散)，过滤，再于80～120℃下恒温干燥2～24h，获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
所述表面活性物质主要为疏水基或亲油基中碳原子数大于等于6的有机物质，下面对这类物质进行简要介绍：
所述表面活性物质为C6～C18的脂肪酸、C6～C18的脂肪酸盐、C6～C18的磺酸、C6～C18的磺酸盐、C6～C18的硫酸酯、C6～C18的硫酸酯盐、C6～C18的磷酸酯、C6～C18的磷酸酯盐、R(C2H4O)nSO4Na、C6H11N(CH3)3Cl、C6H11N(CH3)2O、C6H11NH3Cl，吡啶盐、多乙烯多胺盐、Span型表面活性剂(失水山梨糖醇脂肪酸酯)、吐温型表面活性剂、聚氧乙烯脂肪酸酯、C6～C18的脂肪醇、C6～C18的二元醇、C6～C18的酰卤、酰胺、酸酐、酯中的一种。
盐类物质：由有机酸根离子或酯与金属离子组成，羧酸盐如己酸钠(C6H11O2Na)、月桂酸钠(C12H23O2Na)，磺酸盐如C8H15SO3Na，硫酸酯盐如C12H26OSO3Na，磷酸酯盐如C12H26OPO3Na，醇醚硫酸盐R(C2H4O)nSO4Na；
铵盐和胺(盐)类物质：包括季铵盐如C6H11N(CH3)3Cl，胺氧化物如C6H11N(CH3)2O，胺盐如C6H11NH3Cl，吡啶盐、多乙烯多胺盐；
酯型类物质：如Span型(失水山梨糖醇脂肪酸酯)，聚氧乙烯脂肪酸酯RCOO(CH2·CH2O)nH。醇类物质：脂肪醇如月桂醇C12H25OH、辛醇C8H15OH，多元醇如辛二醇C8H16O2，脂环醇如1，4-环己烷二甲醇C8H16O2；
羧酸及其衍生物类物质：羧酸类物质如月桂酸C12H24O2、辛二酸C8H14O4、油酸C18H34O2，羧酸衍生物如酰卤、酰胺、酸酐或酯。
本发明可以用以上任何一种有机物质作为天然黄铁矿表面包覆改性剂，优选疏水基或亲油基中碳原子数在8～16之间的表面活性物质。
天然黄铁矿的加工方法简单易行，对原料只需进行重选和反浮选即可获得铁元素的含量43wt％-47wt％，硫元素的百分含量46wt％-52wt％的黄铁矿粉料。采用气流粉碎机在大气气氛下对天然黄铁矿进行气流粉碎，防止了黄铁矿在粉碎过程中其表面发生氧化。采用表面活性物质对天然黄铁矿进行表面改性，改善了天然黄铁矿的性能。
本发明的有益效果是：本发明制备的改性天然黄铁矿粉料，具有防吸潮和防止黄铁矿表面被氧化的效果，能很好的改善黄铁矿的性能。本发明方法简单易行；本发明的主要原料天然黄铁矿资源极为丰富，并具有工艺流程短和成本低的优点，便于规模化生产。
附图说明
图1为天然黄铁矿的X射线衍射图谱，表明天然黄铁矿的主要物相为黄铁矿FeS2。
图2为实施例1的天然黄铁矿经深加工后(黄铁矿前驱体粉体材料)的X射线衍射图谱，说明经深加工后的天然黄铁矿晶体结构没有被改变且提高了纯度。
图3为本发明方法的过程示意图。
图4为天然黄铁矿和实施例3的改性天然黄铁矿的热重曲线图，说明活性物质能对黄铁矿进行表面改性。
图5为天然黄铁矿和实施例1至7的改性天然黄铁矿表面S的X射线光电子能谱图，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
图6为天然黄铁矿和实施例1至7的改性天然黄铁矿在蒸馏水中的润湿情况图，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。图中a-月桂酸钠改性(实施例1)，b-油酸改性(实施例4)，c-C6H11N(CH3)2O改性(实施例6)，d-辛醇改性(实施例3)，e-C6H11N(CH3)3Cl改性(实施例5)，f-己酸钠改性(实施例2)，g-RCOO(CH2·CH2O)nH改性(实施例7)，h-未改性黄铁矿。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
如图3所示，一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为44.36wt％、硫元素的百分含量为49.13wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料(天然黄铁矿粉体材料)中FeS2含量为80wt％，矿物中主要物相为黄铁矿FeS2，如图1所示。采用跳汰机对天然黄铁矿粉体材料进行跳汰选矿(重选)，以油酸钠为捕收剂(捕收剂的加入量与重选后的黄铁矿粉料质量配比为10g/t-15g/t)，常温下对跳汰选矿后的黄铁矿粉体材料进行反浮选(重选和反浮选为常规方法，以下实施例相同)。
2)用分样筛选择粒径小于200目的经选矿后的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料(提纯后的)在100℃下恒温干燥24h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料(即图3中的第2个分级)，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)以蒸馏水配置25ml含有0.02g月桂酸钠的溶液(即表面活性物质溶液)，加热至80℃，然后加入20g黄铁矿前驱体粉体材料，超声分散反应40min，将所得物经过滤后，在90℃下干燥24h，再经粉碎后，即可获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例2：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为45.30wt％、硫元素的百分含量为50.95wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中的FeS2含量为80wt％，矿物中主要物相为黄铁矿FeS2，如附图1所示；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在60℃下恒温干燥24h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)以蒸馏水配置25ml含有0.04g己酸钠的溶液，加热至60℃，然后加入20g黄铁矿前驱体粉体材料，机械搅拌反应60min，将所得物经过滤后，在100℃下干燥12h，再经粉碎后，即可获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例3：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为46.58wt％、硫元素的百分含量为51.86wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中的FeS2含量为90wt％；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在80℃下恒温干燥48h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料(即图3中的第2个分级)，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)以乙醇配置25ml含有0.08g辛醇的溶液，加热至50℃，然后加入20g黄铁矿前驱体粉体材料，超声分散反应90min，将所得物经过滤后，在80℃下干燥15h，再经粉碎后即可获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例4：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为45.30wt％、硫元素的百分含量为50.95wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中的FeS2含量为80wt％；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在80℃下恒温干燥48h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)以乙醇配置25ml含有0.05g油酸的溶液，加热至50℃，然后加入20g黄铁矿前驱体粉体材料，机械搅拌反应75min，将所得物经过滤后，在90℃下干燥20h，再经粉碎后即可获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例5：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料(即天然黄铁矿粉体材料)采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为43wt％、硫元素的百分含量为46wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中FeS2为50wt％；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在40℃下恒温干燥12h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)将表面活性物质溶解于蒸馏水中，得到浓度为3.5g/L的表面活性物质溶液；所述表面活性物质为C6H11N(CH3)3Cl；
按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的0.1％，以表面活性物质溶液在40℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性30min(反应条件为机械搅拌)，过滤，再于80℃下恒温干燥12h，粉碎，获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例6：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为47wt％、硫元素的百分含量为52wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中FeS2为90wt％；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在100℃下恒温干燥48h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)将表面活性物质溶解于蒸馏水中，得到浓度为4.5g/L的表面活性物质溶液；所述表面活性物质为C6H11N(CH3)2O；
按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的5％，以表面活性物质溶液在80℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性90min(反应条件为机械搅拌)，过滤，再于120℃下恒温干燥24h，粉碎，获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
实施例7：
一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为45wt％、硫元素的百分含量为49wt％的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中FeS2为70wt％；
2)用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在50℃下恒温干燥24h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3)将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径小于800目的黄铁矿粉料，获得黄铁矿前驱体粉体材料；
4)将表面活性物质溶解于乙醇中，得到浓度为1.5g/L的表面活性物质溶液；所述表面活性物质为聚氧乙烯脂肪酸酯RCOO(CH2·CH2O)nH；
按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的3％，以表面活性物质溶液在60℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性60min(反应条件为超声波分散)，过滤，再于90℃下恒温干燥20h，粉碎，获得改性天然黄铁矿粉体(产品)。
改性天然黄铁矿粉体(改性天然黄铁矿)表面S的X射线光电子能谱图如图5所示，说明通过活性物质对黄铁矿进行表面改性能防止黄铁矿表面发生氧化。
改性天然黄铁矿(产品)在蒸馏水中的润湿情况如图6所示，说明经活性物质改性的黄铁矿表面为疏水性，具有防吸潮的作用。
表1为实施例1至7的改性天然黄铁矿的活化指数(活化指数＝漂浮于水面的改性黄铁矿质量/置于蒸馏水中的改性黄铁矿的质量)，说明经活性物质改性后的黄铁矿粉体具有较高的活化指数。
表1
  活性物质   活化指数
  C6H11N(CH3)2O   93.82％
  己酸钠   53.64％
  月桂酸钠   88.72％
  C6H11N(CH3)3Cl   92.27％
  RCOO(CH2CH2O)nH   92.54％
  辛醇   61.28％
  油酸   91.67％

Claims (2)

1.一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1）将天然黄铁矿矿物粉料采用重选和反浮选相结合的方法对天然黄铁矿进行提纯，获得铁元素的百分含量为43wt%～47wt%、硫元素的百分含量为46wt%～52wt%的黄铁矿粉料；
所用天然黄铁矿矿物粉料中FeS2≥50wt%；
2）用分样筛选择粒径小于200目的黄铁矿粉料，然后将粒径小于200目的黄铁矿粉料在40～100℃下恒温干燥2～48h，然后冷却至室温，得到干燥后的黄铁矿粉料；
3）将干燥后的黄铁矿粉料采用气流粉碎机在室温和大气氛围下进行气流粉碎，选择粒径400～1340目的黄铁矿粉料作为黄铁矿前驱体粉体材料；
4）将表面活性物质溶解于蒸馏水或乙醇中，得到浓度为0.2g/L～5g/L的表面活性物质溶液；
按表面活性物质溶液的加入量为黄铁矿前驱体粉体材料质量的0.1%～5%，以表面活性物质溶液在40～80℃下对天然黄铁矿前驱体粉体材料进行表面改性30min～90min，过滤，再于80～120℃下干燥2～24h，获得改性天然黄铁矿粉体；
所述表面活性物质为C6～C18的脂肪酸、C6～C18的脂肪酸盐、C6～C18的磺酸、C6～C18的磺酸盐、C6～C18的硫酸酯、C6～C18的硫酸酯盐、C6～C18的磷酸酯、C6～C18的磷酸酯盐、R(C2H4O)nSO4Na、C6H11N(CH3)3Cl、C6H11N(CH3)2O、C6H11NH3Cl，吡啶盐、多乙烯多胺盐、Span型表面活性剂、吐温型表面活性剂、聚氧乙烯脂肪酸酯、C6～C18的脂肪醇、C6～C18的二元醇中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种天然黄铁矿粉体材料的深加工及表面改性的方法，其特征在于：步骤2）所述干燥温度优选50～70℃，烘干时间为24h。
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黄铁矿表面改性产物的XRD谱研究;朱红等;《燃料化学学报》;20000630;第28卷(第3期);第221-224页 *

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