腐植酸基鐵礦球團粘結劑的構效關系研究.pdf

1、粘結劑是生產鐵礦球團的關鍵性輔助原料，其性能優(yōu)劣直接關系到球團礦質量的好壞。腐植酸類物質是含有羧基、羥基以及苯環(huán)結構的有機高分子聚合物，已成功應用于直接還原球團的生產。目前，腐植酸基粘結劑在鐵精礦表面的作用機理尚不完全明確。此外，由于對粘結劑的物化特性特別是其結構特征缺乏系統(tǒng)的認識和研究，尚未建立粘結劑的結構與性能關系。
　　本論文利用我國不同低階變質煤資源（褐煤和風化煤），制備出了以黃腐酸、胡敏酸為功能組分的腐植酸基粘結劑;采用

2、紅外光譜(FTIR)、環(huán)境掃描電鏡(ESEM)、原子力顯微鏡(AFM)、熱重-差熱(TG-DSC)、X射線光電子能譜(XPS)等手段，深入研究了粘結劑功能組分的性質及其在鐵礦表面的吸附行為;運用量子化學中的密度泛函理論(DFT)，定量計算了粘結劑與不同類型鐵精礦中鐵礦物作用的能量判據ΔERTT，揭示了粘結劑分子空間因素對其親固能力的影響;根據粘結劑功能組分的結構與性能關系，建立了鐵礦球團用腐植酸基粘結劑的技術要求。本論文的主要結論如下:

3、
　　(1)黃腐酸和胡敏酸之間的理化性質存在明顯差異。黃腐酸分散性好、芳構化程度低、分子量小，而含氧官能團含量較高。胡敏酸的非極性芳香官能團含量高，而含氧官能團含量較低。胡敏酸的熱穩(wěn)定性好，熱分解區(qū)間較寬。
　　(2)黃腐酸和胡敏酸在鐵精礦表面發(fā)生化學吸附，且前者的吸附作用較強。黃腐酸、胡敏酸在鐵精礦表面的吸附符合Freundlich式和二級動力學模型，理論最大吸附量分別為8.92×10-3 mg·cm-2和2.70×10-

4、3 mg·cm-2。吸附黃腐酸或胡敏酸后，鐵精礦中Fe2p3/2的電子結合能變化量分別為-1.12 eV和-0.57 eV，凈脫附熱分別為-87.0j·g-1和-26.7 J·g-1。粘結劑功能組分在鐵精礦表面呈網狀、纖維狀或堆簇狀吸附。黃腐酸的存在能夠促進胡敏酸在鐵精礦表面的吸附。
　　(3) DFT計算表明，羧基的親固能力大于酚羥基。隨著極性基團數量的增加，粘結劑的親固能力提高。對粘結劑分子來說，非極性芳香烴基越大，其化學作用

5、越強，但其靜電力作用越弱。
　　粘結劑主要通過化學作用與礦物表面發(fā)生親固反應。粘結劑與礦物晶胞表面的親固能力從強到弱依次為FeTiO3、Fe3O4、Fe2O3。對于粘結劑與礦物晶胞表面之間的作用力來說，正配鍵共價作用ΔERT2對能量判據ΔERTT的貢獻最大，靜電力作用ERT1的貢獻最小。
　　(4)黃腐酸的吸附性能、粘結性能與其光密度比(E4/E6)呈負相關性。黃腐酸分子量越大或芳構化程度越高，其吸附、粘結性能越強。胡敏酸的

6、吸附性能、粘結性能與其E4/E6呈正相關性。胡敏酸分子量越小或芳構化程度越低，其吸附、粘結性能越強。腐植酸分子量過大或過小均不利于其吸附、粘結性能。當黃腐酸、胡敏酸的分子量分別接近600 Da和1500 Da時，二者的吸附、粘結性能最好。當黃腐酸、胡敏酸的分子量為最優(yōu)值時，腐植酸分子量趨于1410～1490 Da。
　　鐵礦球團用腐植酸基粘結劑的技術要求為:1）腐植酸的E4/E6接近3.86;2）腐植酸含量（容量法）為40％～50