·1360· 工程科学学报，第38卷，第10期 天因用红外光谱系统研究了十二烷基磺酸钠作为捕收 赤铁矿原矿磨至-0.074mm粒级占80%，摇床除去脉 剂时，pH值及各类调整剂对赤铁矿浮选的影响，发现 石矿物，经过弱磁选（磁场强度为0.172A·m),除去 赤铁矿浮选的最佳pH值范围也为3~4，且主要作用 强磁性矿物，将得到的赤铁矿纯矿物湿筛，得到+ 机理为静电吸附.非原位和非实时的测定方法无法对 0.038-0.074mm粒级的产品，在真空中干燥后密封 十二烷基磺酸钠在赤铁矿表面的吸附动力学及吸附层 保存，用作浮选试验用样。经化验，赤铁矿纯度为 结构变化过程进行实时研究，而原位和实时测定吸附 96.86%.试验中用到的pH值调整剂为HCL(优级 过程不仅可以帮助我们区别及理解不同吸附阶段的吸 纯)和NaOH(分析纯).十二烷基磺酸钠纯度为分析 附机理，还能帮助我们研究吸附层构象的变化过程. 纯，2油纯度为工业纯 石英晶体微天平(quartz crystal microbalance wit汕l.2试验方法 dissipation,QCM-D)是一种基于石英晶体的压电效应 1.2.1纯矿物浮选 而对其电极表面质量变化进行实时测量的仪器.该仪 采用XFGs型挂槽浮选机进行赤铁矿单矿物浮选 器可以在液态环境中实时测定药剂在特定表面的吸附 试验.设置浮选机转速为1800r·min,每次称取2.0g 层质量、厚度及吸附层黏度、剪切弹性模量等物理性 矿样于浮选槽内，加入30mL蒸馏水，搅拌2min后，加 质，并可由此来推断吸附层结构的实时变化.通过对 入适量pH调整剂，并测定矿浆pH值，搅拌2min后， 石英晶体微天平测试得到的吸附层质量随时间变化的 加入捕收剂十二烷基磺酸钠，再搅拌2min后，加2油 试验数据进行拟合，可以得到吸附过程的实时吸附动 作为起泡剂，搅拌1min之后充气，手动刮泡，浮选时间 力学信息.Teng等0通过石英晶体微天平对异戊基黄 为4min.然后分别将精矿和尾矿过滤、烘干和称量， 药在经Ag'活化了的ZS谐振器表面的吸附及脱吸附 按各产品的质量计算回收率 的全过程进行测定，得到吸附的实时信息及其吸附层 1.2.2石英晶体微天平测定 的构象变化，证明Ag'取代ZnS中Zn2·发生化学反 试验所用石英晶体微天平的型号为Q一sense E4, 应，而非Ag在谐振器表面发生物理吸附：Deng等回 其主要工作单元包括石英晶体谐振器、流动池、样品平 在研究石膏过饱和溶液对石英和闪锌矿表面性质的影 台、驱动电路、蠕动泵和控制软件(Qso401).石英晶 响中，应用石英晶体微天平监测石膏在Si02和ZS表 体谐振器是石英晶体微天平的核心部件，是利用石英 面沉淀以及石膏微粒与Si02和ZnS谐振器的相互作 晶体的压电效应制成的一类压电传感器.该谐振器 用，说明Ca2+在SiO,和ZnS表面的吸附为可逆的物理 由一块厚0.3mm、直径14mm的AT切割型石英晶体 吸附，并且证明矿物与石膏颗粒之间不存在异质凝结 夹在两片金电极之间构成，在其工作电极表面可以涂 现象.用石英晶体微天平对药剂在矿物表面作用的全 镀或修饰不同的待测物质，在本试验研究中该镀层为 过程进行原位动态量化，并得出吸附的动力学性质，为 Fe203,如图1所示.驱动电路在石英晶体谐振器上产 探究药剂的作用机理提供新的研究手段和思路 生一定频率的震荡电流，当其他物质作用于谐振器表 本文主要运用石英晶体微天平对十二烷基磺酸钠 面时，石英晶体的共振频率会产生变化，因此输出电信 在镀有Fe,O,的石英晶体谐振器表面的吸附过程进行 号的频率变化△反映石英晶体谐振器表面的微小质 了实时测定，并结合赤铁矿纯矿物的浮选试验，研究十 量变化△m.此外，石英晶体微天平还可以同步测定系 二烷基磺酸钠在赤铁矿表面的吸附动力学及吸附机理 统内的能量耗散变化（△D)啊，由测得的△D可以表 1原料与试验方法 征得到吸附层的黏度和剪切弹性模量，从而判断吸附 层的牢固程度及形貌变化，并能进行反应动力学 1.1原料 模拟-0 纯矿物浮选所用赤铁矿纯矿物产自河北宣化.将 石英晶体微天平能同时检测谐振器表面由于吸附 正面 背面 正面镀层 Fe,O Au i0 电极+镀层 电极 具有压电效应的石英晶体 图1F©203石英品体谐振器结构示意图 Fig.1 Schematic diagram of the Fe2O quartz crystal resonator工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 天［3］用红外光谱系统研究了十二烷基磺酸钠作为捕收 剂时，pH 值及各类调整剂对赤铁矿浮选的影响，发现 赤铁矿浮选的最佳 pH 值范围也为 3 ～ 4，且主要作用 机理为静电吸附． 非原位和非实时的测定方法无法对 十二烷基磺酸钠在赤铁矿表面的吸附动力学及吸附层 结构变化过程进行实时研究，而原位和实时测定吸附 过程不仅可以帮助我们区别及理解不同吸附阶段的吸 附机理，还能帮助我们研究吸附层构象的变化过程． 石英晶体微天平( quartz crystal microbalance with dissipation，QCM--D) 是一种基于石英晶体的压电效应 而对其电极表面质量变化进行实时测量的仪器． 该仪 器可以在液态环境中实时测定药剂在特定表面的吸附 层质量、厚度及吸附层黏度、剪切弹性模量等物理性 质，并可由此来推断吸附层结构的实时变化． 通过对 石英晶体微天平测试得到的吸附层质量随时间变化的 试验数据进行拟合，可以得到吸附过程的实时吸附动 力学信息． Teng 等［4］通过石英晶体微天平对异戊基黄 药在经 Ag + 活化了的 ZnS 谐振器表面的吸附及脱吸附 的全过程进行测定，得到吸附的实时信息及其吸附层 的构象变化，证明 Ag + 取代 ZnS 中 Zn2 + 发生化学反 应，而非 Ag + 在谐振器表面发生物理吸附; Deng 等［5］ 在研究石膏过饱和溶液对石英和闪锌矿表面性质的影 响中，应用石英晶体微天平监测石膏在 SiO2 和 ZnS 表 面沉淀以及石膏微粒与 SiO2 和 ZnS 谐振器的相互作 用，说明 Ca2 + 在 SiO2 和 ZnS 表面的吸附为可逆的物理 吸附，并且证明矿物与石膏颗粒之间不存在异质凝结 现象． 用石英晶体微天平对药剂在矿物表面作用的全 过程进行原位动态量化，并得出吸附的动力学性质，为 探究药剂的作用机理提供新的研究手段和思路． 本文主要运用石英晶体微天平对十二烷基磺酸钠 在镀有 Fe2O3 的石英晶体谐振器表面的吸附过程进行 了实时测定，并结合赤铁矿纯矿物的浮选试验，研究十 二烷基磺酸钠在赤铁矿表面的吸附动力学及吸附机理． 图 1 Fe2O3 石英晶体谐振器结构示意图 Fig． 1 Schematic diagram of the Fe2O3 quartz crystal resonator 1 原料与试验方法 1. 1 原料 纯矿物浮选所用赤铁矿纯矿物产自河北宣化． 将 赤铁矿原矿磨至 － 0. 074 mm 粒级占 80% ，摇床除去脉 石矿物，经过弱磁选( 磁场强度为 0. 172 A·m － 1 ) ，除去 强磁性矿 物，将 得 到 的 赤 铁 矿 纯 矿 物 湿 筛，得 到 + 0. 038 － 0. 074 mm 粒级的产品，在真空中干燥后密封 保存，用作浮选试验用样． 经 化 验，赤 铁 矿 纯 度 为 96. 86% ． 试验中 用 到 的 pH 值 调 整 剂 为 HCL ( 优 级 纯) 和 NaOH( 分析纯) ． 十二烷基磺酸钠纯度为分析 纯，2# 油纯度为工业纯． 1. 2 试验方法 1. 2. 1 纯矿物浮选 采用 XFGII5型挂槽浮选机进行赤铁矿单矿物浮选 试验． 设置浮选机转速为 1800 r·min － 1，每次称取 2. 0 g 矿样于浮选槽内，加入 30 mL 蒸馏水，搅拌 2 min 后，加 入适量 pH 调整剂，并测定矿浆 pH 值，搅拌 2 min 后， 加入捕收剂十二烷基磺酸钠，再搅拌 2 min 后，加 2# 油 作为起泡剂，搅拌 1 min 之后充气，手动刮泡，浮选时间 为 4 min． 然后分别将精矿和尾矿过滤、烘干和称量， 按各产品的质量计算回收率． 1. 2. 2 石英晶体微天平测定 试验所用石英晶体微天平的型号为 Q--sense E4， 其主要工作单元包括石英晶体谐振器、流动池、样品平 台、驱动电路、蠕动泵和控制软件( Q soft 401) ． 石英晶 体谐振器是石英晶体微天平的核心部件，是利用石英 晶体的压电效应［6］制成的一类压电传感器． 该谐振器 由一块厚 0. 3 mm、直径 14 mm 的 AT 切割型石英晶体 夹在两片金电极之间构成，在其工作电极表面可以涂 镀或修饰不同的待测物质，在本试验研究中该镀层为 Fe2O3，如图 1 所示． 驱动电路在石英晶体谐振器上产 生一定频率的震荡电流，当其他物质作用于谐振器表 面时，石英晶体的共振频率会产生变化，因此输出电信 号的频率变化 Δf 反映石英晶体谐振器表面的微小质 量变化 Δm． 此外，石英晶体微天平还可以同步测定系 统内的能量耗散变化( ΔD) ［7--8］，由测得的 ΔD 可以表 征得到吸附层的黏度和剪切弹性模量，从而判断吸附 层的牢 固 程 度 及 形 貌 变 化，并 能 进 行 反 应 动 力 学 模拟［9--10］． 石英晶体微天平能同时检测谐振器表面由于吸附 · 0631 ·