十八烷基三甲基氯化铵反浮选提纯磷石膏及石英脱除机理研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0356

摘要/Abstract

摘要：

磷石膏中硅、有机质等杂质的存在严重制约了磷石膏的增值化利用。基于此，以湖北某磷化工企业副产磷石膏为研究对象，通过同步反浮选结合预先筛分工艺，以十八烷基三甲基氯化铵（1831）为脱硅剂，对磷石膏中石英、有机质等杂质的脱除展开了研究，并通过XRD、Zeta电位、接触角和XPS分析探究了1831的作用机制。结果表明，预先筛分与同步反浮选相结合的工艺能有效提升磷石膏精矿的质量，在178 μm筛分、脱色剂TC-3用量为600 g/t、1831用量为100 g/t、转速为1 800 r/min的最佳工艺条件下，可获得CaSO₄·2H₂O质量分数为94.543%、白度为58.07%的磷石膏精矿。机理分析表明，1831通过氢键作用在石英表面形成选择性吸附，继而显著增强了石英的疏水性和可浮性。

关键词: 磷石膏, 反浮选, 脱硅提纯, 季铵盐

Abstract:

The existence of impurities such as silicon and organic matter in phosphogypsum seriously restricts the value-added utilization of phosphogypsum.Based on this，phosphogypsum as the by-product of a phosphorus chemical enterprise in Hubei Province was studied.The removal of impurities such as quartz and organic matter in phosphogypsum was studied by synchronous reverse flotation combined with pre-screening process，using octadecyl trimethyl ammonium chloride（1831） as desilication agent.The mechanism of 1831 was investigated by XRD，Zeta potential，contact Angle and XPS analysis.The results showed that the process combined with pre-screening and synchronous reverse flotation could effectively improve the quality of phosphogypsum concentrate.Under the optimal process conditions of screening at 178 μm，decolorizing agent TC-3 of 600 g/t，decolorizing agent 1831 of 100 g/t and rotating speed of 1 800 r/min，phosphogypsum concentrate could be achieved with the CaSO₄·2H₂O content of 94.543% and whiteness of 58.07%.The mechanism analysis showed that 1831 formed selective adsorption on quartz surface through hydrogen bonding，and then significantly enhanced the hydrophobicity and floatability of quartz.

Key words: phosphogypsum, reverse flotation, desiliconization and purification, quaternary ammonium salt

中图分类号:

TQ177.37

赵梦燕, 陈俊武, 汪逊, 魏娜, 翁孝卿, 陈迎新. 十八烷基三甲基氯化铵反浮选提纯磷石膏及石英脱除机理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(4): 111-117.

ZHAO Mengyan, CHEN Junwu, WANG Xun, WEI Na, WENG Xiaoqing, CHEN Yingxin. Study on purification of phosphogypsum by reverse flotation of octadecyl trimethyl ammonium chloride and its removal mechanism of quartz[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2025, 57(4): 111-117.

图/表 14

表1

图1

图2

图3

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

表3

参考文献 25

[1]	ATTALLAH M F， METWALLY S S， MOUSSA S I，et al.Environmental impact assessment of phosphate fertilizers and phosphogypsum waste：Elemental and radiological effects［J］.Microchemical Journal，2019，146：789-797.
[2]	CICERI D， ALLANORE A.Local fertilizers to achieve food self-sufficiency in Africa［J］.Science of the Total Environment，2019，648：669-680.
[3]	SILVA L F O， OLIVEIRA M L S， CRISSIEN T J，et al.A review on the environmental impact of phosphogypsum and potential health impacts through the release of nanoparticles［J］.Chemosphere，2022，286：131513.
[4]	徐长忠，於金浩，李义连.磷石膏的预处理和综合利用研究进展［J］.安全与环境工程，2024，31（1）：260-270.
	XU Changzhong， YU Jinhao， LI Yilian.Research progress of pretreatment and comprehensive utilization of phosphogypsum［J］.Safety and Environmental Engineering，2024，31（1）：260-270.
[5]	刘梅，高利坤，何海洋，等.磷石膏杂质脱除、稀土回收及资源化利用研究进展［J］.化工矿物与加工，2023，52（10）：24-31.
	LIU Mei， GAO Likun， HE Haiyang，et al.Research progress in removal of impurities and recovery of rare earth from phosphogypsum and its resource utilization［J］.Industrial Minerals & Processing，2023，52（10）：24-31.
[6]	朱桂华，何宾宾，杨文娟，等.磷石膏净化技术研究进展［J］.磷肥与复肥，2023，38（4）：25-30.
	ZHU Guihua， HE Binbin， YANG Wenjuan，et al.Research progress of phosphogypsum purification technology［J］.Phosphate & Compound Fertilizer，2023，38（4）：25-30.
[7]	张利珍，吕子虎，张永兴，等.磷石膏提质降杂实验研究［J］.无机盐工业，2021，53（6）：171-173，184.
	ZHANG Lizhen， Zihu LÜ， ZHANG Yongxing，et al.Experimental study on improving quality and reducing impurity of phosphogypsum［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（6）：171-173，184.
[8]	FANG Ji， GE Yingyong， CHEN Zhijie，et al.Flotation purification of waste high-silica phosphogypsum［J］.Journal of Environmental Management，2022，320：115824.
[9]	QI Mengyao， PENG Weijun， WANG Wei，et al.Simple and efficient method for purification and recovery of gypsum from phosphogypsum：Reverse-direct flotation and mechanism［J］.Journal of Molecular Liquids，2023，371：121111.
[10]	邓伏礼，夏志祥，龙秉文，等.磷石膏反浮选提纯工艺研究［J］.无机盐工业，2024，56（5）：115-120.
	DENG Fuli， XIA Zhixiang， LONG Bingwen，et al.Study on purification process of phosphogypsum by reverse flotation［J］.Inorganic Chemicals Industry，2024，56（5）：115-120.
[11]	陈小红，余意，朱淼，等.磷石膏共反浮选除杂增白工艺研究［J］.无机盐工业，2024，56（10）：86-94.
	CHEN Xiaohong， YU Yi， ZHU Miao，et al.Study on co-reverse flotation process of phosphogypsum for impurity removal and whitening ［J］.Inorganic Chemicals Industry，2024，56（10）：86-94.
[12]	史皓东，曾彦琦，任浏祎，等.磷石膏共反浮选脱色提质工艺及机理研究［J］.非金属矿，2024，47（2）：97-102.
	SHI Haodong， ZENG Yanqi， REN Liuyi，et al.Decolorization and quality improvement process of phosphogypsum by co-reverse flotation and its mechanism［J］.Non-Metallic Mines，2024，47（2）：97-102.
[13]	张晗.苄基季铵盐对磷石膏浮选脱硅性能与作用机理研究［D］.郑州：郑州大学，2022.
	ZHANG Han.Study on performance and mechanism of benzyl quaternary ammonium salt for desilication of phosphogypsum ［D］.Zhengzhou：Zhengzhou University，2022.
[14]	ZHANG Han， CHAI Wencui， CAO Yijun.Flotation separation of quartz from gypsum using benzyl quaternary ammonium salt as collector［J］.Applied Surface Science，2022，576：151834.
[15]	严超，彭秋桂，朱淼，等.磷石膏综合利用及除杂方法综述［J］.磷肥与复肥，2023，38（2）：27-33.
	YAN Chao， PENG Qiugui， ZHU Miao，et al.Comprehensive utilization and impurity removal methods of phosphogypsum［J］.Phosphate & Compound Fertilizer，2023，38（2）：27-33.
[16]	姜威，龚丽，何宾宾，等.磷石膏脱硅试验探索［J］.云南化工，2019，46（12）：125-127.
	JIANG Wei， GONG Li， HE Binbin，et al.Experimental study on desilication of phosphogypsum［J］.Yunnan Chemical Technology，2019，46（12）：125-127.
[17]	LIU Wenbao， LIU Wengang， WEI Dezhou，et al.Synthesis of N，N-Bis（2-hydroxypropyl）laurylamine and its flotation on quartz ［J］.Chemical Engineering Journal，2017，309：63-69.
[18]	GUO Wenda， ZHU Yimin， HAN Yuexin，et al.Flotation performance and adsorption mechanism of a new collector 2-（carbamoylamino） lauric acid on quartz surface［J］.Minerals Engineering，2020，153：106343.
[19]	YANG Siyuan， PENG Tiefeng， LI Hongqiang，et al.Flotation mechanism of wolframite with varied components Fe/Mn［J］.Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review，2016，37（1）：34-41.
[20]	宋水祥.胺类捕收剂对赤铁矿和石英浮选行为及其泡沫稳定性的影响［D］.昆明：昆明理工大学，2020.
	SONG Shuixiang.Effect of amine collectors on flotation behavior and foam stability of hematite and quartz ［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2020.
[21]	MATHEW R T， COONEY R P， MALMSTROM J，et al.Atomic force microscopy and angular-dependent X-ray photoelectron spectroscopy studies of anchored quaternary ammonium salt biocides on quartz surfaces［J］.Langmuir，2018，34（16）：4750-4761.
[22]	ZHANG Qian， WEN Shuming， NIE Wenlin，et al.Effect of dissolved species of cerussite on quartz flotation in sulfidization xanthate system［J］.Journal of Molecular Liquids，2022，356：119055.
[23]	GONG Beini， WU Pingxiao， RUAN Bo，et al.Differential regulation of phenanthrene biodegradation process by kaolinite and quartz and the underlying mechanism［J］.Journal of Hazardous Materials，2018，349：51-59.
[24]	蒋雪松.高纯石英砂制备及浮选机理研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2023.
	JIANG Xuesong.Study on preparation and flotation mechanism of high purity quartz sand［D］.Hefei：University of Science and Technology of China，2023.
[25]	韩增辉，周琼波，吴云英，等.季铵捕收剂对石英的浮选性能研究［J］.化工矿物与加工，2020，49（11）：9-11.
	HAN Zenghui， ZHOU Qiongbo， WU Yunying，et al.Study on flotation performance of quartz samples using quaternary ammonium collectors［J］.Industrial Minerals & Processing，2020，49（11）：9-11.

w（F）	w（Na₂O）	w（MgO）	w（Al₂O₃）	w（SiO₂）	w（P₂O₅）	w（SO₃）
0.37	0.12	0.07	0.51	5.87	0.92	54.76
w（CaO）	w（TiO₂）	w（Fe₂O₃）	w（SrO）	w（BaO）	w（Cl）	w（K₂O）
36.16	0.11	0.44	0.05	0.07	0.02	0.53

粒级/μm	产率/%	w（CaSO₄· 2H₂O）/%	回收率/ %	白度/ %
>297	0.37	24.576	0.11	20.10
178~297	2.25	73.292	1.97	21.87
150~<178	7.98	93.975	8.88	40.88
106~<150	18.95	92.793	20.81	43.12
74~<106	26.52	93.558	29.37	54.31
48~<74	23.99	92.882	26.38	55.32
38~<48	4.31	85.641	4.37	51.03
18~<38	3.19	68.900	2.60	51.03
<18	12.44	37.464	5.51	20.11
原矿	100	84.467	100	21.01

元素	石英		石英+1831		偏移量结合能/eV
元素	结合能/ eV	原子数分数/%	结合能/ eV	原子数分数/%	偏移量结合能/eV
C 1s	284.80	16.42	284.72	23.64	-0.08
O 1s	532.02	58.34	532.06	50.61	0.04
N 1s			402.00	1.43
Si 2p	102.82	25.24	102.88	24.32	0.06

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会