纳米技术在矿物加工中的应用研究

纳米技术在矿物加工中的应用研究

朱恒扬

身份证号码： 452501199208140***

广西壮族自治区工业设计院

摘要：为提升矿物加工效率，加速研究进程，获得更多成果。本文对纳米技术在矿物加工中的应用进行论述。首先，分析了纳米技术的基本概念。而后，对纳米粒子浮选、纳米气泡浮选、纳米过滤、在选矿设备配件中的矿物加工等方面的应用进行解读。

关键词：纳米技术；矿物加工；纳米粒子浮选

引言

矿产企业在进行矿物开采的过程中，每年都会生成大量的尾矿，这些有用目标组分含量最低的部分虽然与优质矿物无法在矿物含量上无法比拟，但是随着可持续发展战略的提出，这些尾矿中的矿物价值也应得到开发，减少对资源的浪费。

1纳米技术概念

纳米技术是指0.1~100nm范围内的单个分子、原子或是电子为基础，进行物质制造或研究的一种科学技术。与此同时，此项技术还能够与多项新兴技术进行融合应用，扩展技术应用范围，为人类社会提供更多便利。其中，纳米材料、纳米粒子和纳米气泡在纳米技术中属于较为突出的三个研究方向，纳米材料意味着材料存在于三维空间内，但是至少有一维的尺度是在纳米范围内。因此，纳米材料也可以是在纳米范围内进行某种物质的组合而形成材料，赋予其特殊性能。同时，重点研究材料合成与性质方面的改变，在纳米材料的应用过程中尺寸特征与其特殊的性能是最大的材料特点。伴随时代的进步，科学技术发展速度越来越快。不仅我国矿产资源日益减少，从全球范围来看，可利用的矿产资源还在持续锐减。加上矿产资源的开发难度较大、分布较为复杂，也进一步加大了矿产资源的开发难度。尤其是在矿浆中，由于微颗粒动量较小，无法克服自身与气泡间的能垒，所以附着或碰撞的情况基本不会出现。但是如果颗粒在气泡上可以附着，那么脱落难度也将更大，这意味着颗粒很难进入到泡沫层。因此，如果可以让将纳米技术引入到这个环节，就可以让矿物加工方式得到彻底革新。

2纳米技术在矿物加工中的应用

2.1纳米粒子浮选

纳米材料在行业中的应用伴随技术发展范围越来越广泛。与传统材料相比，纳米材料的使用优势主要体现在粒子表面积小、吸附性能好等，因此，纳米在实际应用层面，方向也在不断延伸。组织模拟实验时，部分技术工作者为了让实验效果更加明显，使用玻璃珠代替矿山中的矿物进行实验。同时，配合纳米材料捕捉与吸收试验物品。实验结果是当覆盖率为10%时，可以获得接近100%的浮选回收率，与此同时，脱落力也得到了大幅增加，这使玻璃珠从气泡上的脱落概率大幅降低，效果较好。最重要的一点是，在对纳米粒子的接触角进行精准调整后，如设置在51°～85°之间，可以获得良好的疏水性，同时保证其在溶液中不大幅聚集，进而保证实验人员可以获得较高的浮选回收率。

2.2纳米气泡浮选

对矿物进行浮选时，纳米材料的工作原理主要包括以下几个方面：首先，泡沫浮选就是技术人员将空气通入到液体中时，由于二者密度不同，因此在液体中会出现大量气泡。此时技术人员要需进行捕收剂与气泡的添加，辅助矿物混合物的疏水组分附着在气泡上，那么，随着气泡的上升，矿物就可以浮在液体表面上。而将附着矿物的气泡刮出，即可更大比例的获取到精矿。纳米气泡因为具备较大的比表面积，所以，与一般的气泡相比具备更好的捕收能力。在矿石浮选分离操作中，可以获得更好的效果。通常情况下，材料的超疏水就是源于固液界面上的纳米气泡，它能够使水微米、纳米孔径的粗糙表面拥有更大的接触角。同时，需要注意的是，如果使用普通化学方法，那么物体的接触角最高只能达到120°。但是如果表面粗糙程度更大，同时进行微结构处理，接触角可以扩大到175°。因此可以获得的结论就是，纳米气泡能够让矿物的接触角得到角度扩展，也就是增加矿物的疏水性，进而保证更高精度的矿物可以从混合物中高效率的精选出来。发现这一原理后，专业人员通过制备纳米气泡对细粒煤浮选效果机理进行研究，结果发现纳米气泡的应用不仅可以让煤的回收率更高，还可有效降低捕收剂与起泡剂的使用量，最大限度节约成本。

2.3纳米过滤

纳米过滤属于膜分离技术中的一种，其也是由压力驱动并界于超滤与反渗透之间的一种技术。同时因为纳滤膜孔径非常小，属于纳米级别，因此在实际应用过程中具备两个特点，第一个是截留分子量小，可控制在数十到数千单位之间。实际应用过程中还可让无机电解质得到有效透析。其次，是操作压力低。可在0.4到2.0MPa之间发生反应，这让反渗透膜的操作压力得到有效降低。与此同时需要注意的一点是，纳米膜的纳米孔径非常小。同时具备分子筛分作用。这意味着，纳米膜具备较强的选择透过性，可以只允许溶液中的一些微小离子通过，而其他组份被直接截留在纳米膜的外面。利用此项技术原理，可以让过滤分离和浓缩操作效果更好。纳米过滤技术在我国还处于开发阶段，但是从技术发展前景上看，此项技术拥有较为广阔的应用空间。将纳米过滤技术应用在选矿厂精矿和尾矿的过滤脱水环节，不仅可以让用水量提高更为精确的控制，还能减少矿物输送过程中所需要的能耗。同时，不仅可以帮助选矿厂获得更多的经济效益，还能间接获得更多环境效益。

2.4纳米材料在选矿设备配件中的应用

从当前的纳米材料研究工作现状上看，我国已经获得了很多研究成果，纳米材料也以其优越的性能获得了更多行业的青睐。其中，纳米陶瓷具备硬度大、耐磨性好、耐高温、防酸碱性等优良的特点。如果使用纳米TiO₂进行陶瓷材料制作，可以获得优于其他材料的韧性与抗裂性。因此使用纳米陶瓷材料对传统衬板材质进行替代，不仅可以降低衬板更换的频率、节约成本，陶瓷材料因其本身的特殊化学性质，还能够在使用过程中出现摩擦电化学反应，促进能量与物质的交换。在实际应用层面，是将设备的表面融入自修复纳米材料颗粒，机械设备在不解体情况下，金属磨损位置可以进行自主修复，这让设备折旧速度大幅降低。与此同时，摩擦系数的降低也让设备的使用寿命更长。在选矿厂的角度来看，磨矿工作占据着非常重要的地位，但是磨矿衬板由于更换频率较高，限制了选矿厂的矿物生产质量，还导致生产成本无法有效缩减。而此纳米材料技术一经研发，立即获得了矿物行业的关注。

结语

纳米技术与矿物加工的结合，也就是一种有效回收细微粒级矿物的方法，让矿物加工工作的效率得到有效提升，同时，成本不高，不仅让矿产企业的经济获取得到提升，还因此获得了更多的社会效益，承担了社会责任。选矿事业伴随技术革新，尤其是在纳米技术的辅助下，获得了长足性的发展。但是此方面的技术应用仍处在开发阶段，因此，技术人员必须要加大研发力度，挖掘纳米技术的价值空间。

参考文献

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