五倍子单宁对锗的富集机制及性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jinyu9782
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锗是稀散金属的一种,在地壳中稀少且分散。锗常伴生在其他矿物之中,只能在主金属矿床选矿、冶炼时加以分离、回收。目前,单宁沉淀法是我国富集锗金属的主要方法之一。单宁是一类分子量在500-3000的植物多酚,因为其丰富的邻二酚羟基结构,为其鳌合金属离子提供了充足的活性位点,使其对许多金属离子表现出较高的配位亲和力。但单宁沉淀法对单宁消耗量过大,并在沉锗过程中的残留不仅影响其利用效率,同时容易对后续冶炼工艺造成干扰形成二次污染,且目前对单宁沉锗的认识不足,尤其单宁酸对锗的作用机制不明确,改进措施很难做到有的放矢。为了解决这个问题,本文从单宁种类、沉锗工艺条件、单宁沉锗机制和单宁固定化等几个方面研究锗的富集和回收方法,旨在揭示单宁沉锗的作用机制并在最大程度上提高单宁酸的利用效率。本文的研究内容主要有三个部分:(1)探究了单宁种类、单宁酸沉锗工艺条件对游离单宁沉锗的影响。发现所考察的五种单宁的沉锗能力排序为:五倍子单宁>塔拉单宁>杨梅单宁>余甘子单宁>落叶松单宁。五倍子单宁不仅具有最佳的沉锗效率(99.05%)、富集率(0.055%提升至3.6%)和选择性,而且五倍子单宁对矿酸浸液金属离子组成和浓度变化的适应性最强。但单宁用量不可过大,否则会影响单宁的选择性,致使锗精矿的品位降低。pH值、温度、锗浓度对纯锗体系的单宁沉降研究发现:在没有其他金属离子干扰的情况下,体系pH值的升高有利于提高单宁的利用率;温度的升高同样有利于提高单宁的利用率,60℃时单宁利用率较高,最佳沉锗温度为60℃;纯锗体系中锗的初始浓度越高单宁利用率亦越高,但当锗浓度大于2 mmol/L时已无明显作用。(2)以提高单宁酸利用率为目的,从不同金属离子、五倍子单宁酸含量及分子量分布、单宁酸聚集形态和分级沉淀等四个方面探究单宁沉锗的作用机制。首先,不同金属离子与锗的作用关系不同。其中,Na+通过盐析效应对单宁沉锗形成协同作用,当CNa+从30 mmol/L上升至50 mmol/L时,单宁沉锗率能从23.01%上升至96.52%;Pb(Ⅱ)通过共沉淀作用对单宁酸沉锗起协同效应,当CPb2+从1mmol/L上升至2 mmol/L时就能使单宁沉锗率从12.24%上升至98.56%;Fe(Ⅲ)在低浓度范围内通过共沉淀作用对单宁酸沉锗起协同效应,但当浓度大于10mmol/L时则转化为竞争效应,降低单宁酸沉效率;Ga(Ⅲ)是与锗完全的竞争关系,降低单宁酸沉效率。其次,单宁酸分子量及分布对沉锗效率有较大影响。单宁酸平均分子量越低、低分子量区间单宁酸分布越多,越有利于提高单宁酸的沉锗效率。通常单宁酸的检测方法有铬皮粉法、福林酚法、酒石酸亚铁法和HPLC等方法,就沉锗而言,HPLC法最有利于呈现和表达单宁酸样品含量及分子分布的差异性对沉锗效率的影响。再次,单宁聚集态对单宁酸溶液的沉锗效率有极大影响。单宁酸溶液的临界浓度为11.45%(Wt%),当单宁酸溶液浓度从30%降至7.5%时,沉锗效率可从2.78%升至91.46%。单宁酸浓度越高,解凝剂对单宁酸胶束的分散作用越好,可将30%单宁酸溶液的沉锗率从2.78%上升至49.60%;解凝剂对低于临界胶束浓度的单宁沉锗效率作用有限。最后,分级多次沉淀有利于提高锗的富集率(0.16%上升至4.37%)、单宁沉锗效率和锗精矿品位。在以一次单宁沉锗的最佳单宁用量为初始锗含量的16倍。较一步沉锗,分段沉锗有利于提高单宁酸的利用率,且单宁用量小于10倍时无需分段,之后可进行分段沉锗有利于提高单宁酸利用率。分段沉锗过程,随着分段次数的增加,锗精矿品位逐渐变差。建议分级多次沉锗,锗精矿分开存放,分开处理。(3)制备了一种以五倍子单宁和壳聚糖为基础的固体吸附材料,并将其用于吸附矿石模拟酸解液中的Ge(Ⅳ)、Ga(Ⅲ)、In(Ⅲ)等稀散金属离子。采用FTIR、固体核磁、AFM表征了五倍子单宁在壳聚糖基质上的固定化方式及表观形态。吸附试验结果表明,在保证酸解液稳定的前提下,适当提高pH值,更有利于提高固化单宁的吸附量。当温度超过30℃,固化单宁变得对温度不再敏感。吸附动力学研究显示,五倍子固定化单宁对三种稀散金属的吸附遵循准二级动力学方程,其吸附机理为化学吸附。吸附等温线以Langmuir模型拟合较好,说明其表面存在均匀的吸附位点,且以单分子层吸附水体中的Ge(Ⅳ)、Ga(Ⅲ)、In(Ⅲ),最大吸附量分别为61.39 mg/g、63.82 mg/g、59.92 mg/g,此时富集率分别从原来的7.68%、7.23%、7.40%提升至20.52%、21.34%、20.42%。力学性能和稳定性测试表明,固定化单宁对稀散金属离子吸附工况具有较好的耐受性。
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