黏土类矿物广泛存在于矿物加工领域中,尤其是在各类矿产资源的尾矿处理作业中,大量微细粒高岭石矿物的存在是当前制约尾矿处理效率及尾矿脱水的难点和热点问题。现有的对含有微细粒高岭石尾矿的沉降脱水处理工艺基本以絮凝沉降为主,但是存在药剂消耗量大、设备复杂、工艺要求高、效果不明显等弊端。当今以尾矿中的粗砂为载体的絮凝技术在国外在水处理和油砂尾砂处理中已有广泛应用,但其相关作用机制的研究鲜有报道,而且载体絮凝技术在我国矿业领域也少有应用。本研究针对以上问题,以石英粗砂作为载体,采用载体絮凝方法对微细粒高岭石尾矿进行强化絮凝沉降,探索絮体级配规律,研究高分子絮凝剂在载体石英和微细粒高岭石颗粒表面的作用机制,并通过载体沉降的强化实现微细粒高岭石尾矿快速沉降的目的。论文首先通过X射线衍射(XRD),X射线荧光光谱(XRF),傅里叶变换红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)和BET比表面积与孔径分布等测试方法,研究了微细粒高岭石和石英载体颗粒的表面微观结构及其性质。微细粒高岭石纯矿物表面官能团为亲水官能团,表面呈鳞片状结构,微孔多以Ⅱ类孔为主,这决定了其较高的比表面积和孔隙率。而工业高岭石颗粒表面更粗糙,比表面积更大,且微孔中Ⅰ类孔的存在增多。石英载体颗粒表面比较光滑,孔隙率极小。随着石英粒度的减小,其比表面积快速增加,但孔隙率基本无变化。在微细粒高岭石纯矿物的絮凝规律探索中,研究了絮凝沉降过程中微细粒高岭石的沉降规律和对上清液水质的影响。发现荷正电荷较多的钙离子和铝离子对最终絮体的沉降速率和上清液浊度都有显著的改善作用。适当提高温度有助于沉降速率的提高,但会恶化上清液浊度。研究了载体絮凝的沉降规律和粒度级配特性。通过载体强化絮凝的沉降试验,分别从尾矿粒度组成、电解质和温度三个方面研究了载体强化絮凝的絮凝行为和沉降性能:随着投加载体的粒度增加,其所形成的最终絮体粒度越大,电解质对最终絮体的级配粒度、沉降速率和上清液浊度的影响与其金属离子负荷的正电荷量正相关。最终絮体的级配粒度中钙离子存在的条件下>100μm的大粒径絮体含量最高,铝离子存在的条件下10-100μm的中等粒径絮体含量最高。其中钙离子对沉降速率的贡献最大,铝离子对上清液浊度的贡献度最大。温度对载体絮凝的沉降特性和上清液浊度的影响与高岭石纯矿物絮凝规律基本一致。在载体强化絮凝沉降机理研究中,使用总有机碳分析仪(TOC)研究了PAM在不同矿物表面的吸附规律和热力学参数的计算。研究首先探究了不同电解质和温度条件下的石英载体和微细粒高岭石的吸附规律,石英的吸附量和吸附速率均低于高岭石,并且随温度的上升石英和高岭石的吸附量都有微弱增长。然后进行了热力学分析,分析表明:石英和高岭石均符合Langmuir等温吸附方程式,石英的吸附是吸热反应过程,高岭石的吸附是放热反应过程。温度适当上升后石英吸附的PAM增多,其捕获微细粒高岭石的能力增强,因此可以形成粒度更大的絮团有利于沉降速率的提升。从理论上验证了石英载体絮凝微细粒高岭石的可行性。通过量子化学计算和经典DLVO计算分析了颗粒间的作用机制。计算了PAM与石英的结合能为-16.93KJ/mol,与高岭石001晶面的结合能为-33.18KJ/mol,这与石英和高岭石的标准熵计算结果基本一致,表明PAM分子在石英表面的束缚要低于与高岭石的束缚,更利于PAM分子的舒展,验证了以石英为核心的絮体成长的可行性。DLVO对颗粒间作用力的DLVO理论计算表明:吸附PAM后的石英和高岭石颗粒间的静电作用力排斥力增强,范德华势能减小,导致其总势能绝对值减小,但仍表现为排斥势能。这说明载体石英絮凝微细粒高岭石主要通过絮凝剂的桥架作用实现。在此研究的基础上进行了模拟实际微细粒高岭石尾矿的载体强化絮凝试验,与常规试验相比,载体絮凝强化试验絮体沉降速率提高了11.21倍,上清液浊度保持在10-30NTU的低浊度状态,实现了微细粒高岭石的快速高效沉降。该论文有图73幅,表39,参考文献180篇。