重晶石是一种重要的非金属矿物原料,具有广泛的工业用途。但随着重晶石的消费量逐年增加,重晶石资源逐渐枯竭。因此研究低品位重晶石的浮选具有重大意义。重晶石浮选的常用捕收剂有脂肪酸类、烷基硫酸盐、石油磺酸盐以及膦酸类,其中脂肪酸类捕收剂,比如油酸使用最为广泛;油酸由于其水溶性差、在矿浆中不易分散、对温度敏感等缺点,使油酸的使用受到了限制,因此新型常温捕收剂的研制是浮选重晶石的关键。本文以低品位重晶石为研究背景,选取了重晶石、白云石、赤铁矿以及石英这四种单矿物作为研究对象,旨在了解这四种矿物在新型药剂体系下的浮游差。首先在实验室合成六种新型捕收剂DLM-1、DLM-2、DLM-3、DLM-4、DLM-5和DLM-6,通过该六种捕收剂与四种单矿物之间浮选条件试验,研究新型捕收剂对该四种矿物的捕收性能。然后借助Zeta电位、FTIR和接触角检测等手段研究该系列捕收剂与矿物表面的作用机理。单矿物浮选试验结果表明,六种新型捕收剂及油酸对重晶石的捕收能力都较强。但是,在DLM-1和DLM-5体系下,重晶石与脉石矿物之间有较大浮游差;在DLM-2、DLM-3、DLM-4、DLM-6以及油酸体系下,重晶石与脉石矿物之间浮游差较小。在浮选温度28.0℃,矿浆pH值8.4、捕收剂用量50.0mg/L时,DLM-1对重晶石达到最佳捕收效果,回收率达98.0%;此时,白云石回收率81.5%、赤铁矿回收率46.0%、石英回收率0.5%;当抑制剂六偏磷酸钠用量为10.0mg/L时,重晶石回收率为81.0%,白云石回收率为3.0%,赤铁矿回收率为1.5%。在浮选温度28.0℃,矿浆pH值8.9、捕收剂用量40.0mg/L时,DLM-5对重晶石达到最佳捕收效果,回收率达96.0%;此时,白云石回收率75.5%、赤铁矿回收率84.0%、石英回收率6.0%;当抑制剂六偏磷酸钠用量为10.0mg/L时,重晶石回收率为86.5%,白云石回收率为53.0%,赤铁矿回收率为8.0%。综合考虑,DLM-1能较好的将重晶石和脉石矿物分离。根据单矿物条件试验结果,进行了人工混合矿的试验。结果表明,在浮选温度28.0 ℃、矿浆pH值8.4、六偏磷酸钠用量10.0 mg/L、捕收剂DLM-1用量30.0 mg/L时,可获得精矿铁品位93.1%,回收率87.0%的指标。此外,对于难免离子Mg²⁺对重晶石、白云石、赤铁矿和石英的浮选性能的影响进行了探究,结果表明,DLM-1体系下,矿浆为弱碱性环境,Mg²⁺有利于重晶石与脉石矿物的分离。通过对捕收剂的极性基和非极性基的特性研究以及运用Materials Studio软件对DLM-1、DLM-5及油酸进行量子力学计算,结果表明DLM-1的浮选活性和选择性高于油酸和DLM-5。以单矿物浮选结果为基础,通过红外光谱测试、Zeta电位测试和接触角测试探讨了捕收剂与矿物的浮选作用机理,结果表明:在最佳pH条件下,阴离子捕收剂DLM-1和螯合捕收剂DLM-5在重晶石、赤铁矿和白云石矿物表面主要发生化学吸附和氢键吸附;在石英表面发生了氢键吸附。同时通过捕收剂与矿物作用后矿物表面Zeta电位变化幅度以及接触角的增加值也验证了DLM-1对矿物的捕收性能好于DLM-5。