我国硅藻土资源丰富,探明储量居世界第二位,但优质硅藻土资源相对较少。随着硅藻土资源的不断消耗,优质硅藻土资源已逐渐枯竭,因此,需对低品位硅藻土进行开发利用。低品位硅藻土中含有粘土、长石、石英等脉石矿物,需要采用有效的方法去除脉石矿物,使其中的硅藻得以富集。本文以吉林临江低品位硅藻土为研究对象,采用擦洗、酸浸、焙烧、浮选等方法对其开展提纯研究,系统地探讨了硅藻土浮选分离的机理。采用水热法、压热法、焙烧法对硅藻土孔径调控开展了基础研究,揭示了硅藻土孔径调控机理。工艺矿物学结果表明:吉林临江低品位硅藻土为三级硅藻土,其含有的脉石矿物主要为钠长石、石英;硅藻种属以圆筛藻为主,含有少量的冠盘藻、直链藻;原矿粒度较细,0.023 mm的筛下产品含量占87%以上。吉林临江低品位硅藻土提纯试验结果表明:采用擦洗-酸浸-焙烧的提纯工艺,在擦洗浓度为25%、擦洗时间为30 min、沉降时间为0.5 min、焙烧时间为1.5 h、焙烧温度不高于600 ℃的条件下,可使精矿中Si02的含量得到一定提高,但精矿中A1203和Fe203的含量降低并不显著,尤其精矿中Al2O3的含量仍然较高。本文采用浮选对低品位硅藻土提纯进行了创新性研究。单矿物浮选试验结果表明:以十二胺作为捕收剂,矿浆pH值分别为10.5和7.5,十二胺用量为40 mg/L时,硅藻土与钠长石、石英的回收率相差最大分别为93.50和95.25个百分点。在单矿物浮选试验的基础上,以吉林临江三级硅藻土作为浮选提纯研究对象,对pH调整剂种类、矿浆pH值、分散剂种类、分散剂用量、矿浆温度、捕收剂用量及浮选工艺进行考察。结果表明:以氢氧化钠作为碱性pH调整剂,矿浆温度为40 ℃,以焦磷酸钠和三聚磷酸钠作为分散剂,用量分别为450 g/t和300 g/t,矿浆pH值分别为9.0和10.0,十二胺用量为550 g/t时,采用一粗二精的反浮选流程,可获得Si02含量分别为79.39%和79.38%、Al2O3含量分别为4.92%和5.04%、SiO2回收率分别为45.00%和45.98%的精矿。对以上的浮选精矿进行焙烧,去除了硅藻土中的有机质,使精矿中Si02的含量分别提高至84.38%和83.97%。采用红外光谱、Zeta电位、原子力显微镜(AFM)、Material Studio(MS)模拟和扩展DLVO理论计算等方法对硅藻土浮选提纯的机理进行了探讨,结果表明:十二胺在硅藻土、钠长石、石英表面均发生了吸附作用。十二胺在钠长石、石英表面吸附量较大,显著的改变了钠长石和石英的表面Zeta电位;而在硅藻土外表面上的吸附量较小,对硅藻土表面Zeta电位的改变也相应较小。采用MS和AFM对药剂在矿物表面的吸附状态进行模拟和实测的结果一致。十二胺仅在硅藻土外表面的孔边缘发生了吸附;而十二胺可任意吸附在钠长石、石英的表面,且较为密集。由于十二胺在硅藻土、钠长石、石英外表面吸附量不同,增大了硅藻土与钠长石、石英表面的疏水性差异,为硅藻土与钠长石、石英的分选提供了依据。采用AFM对水溶液及十二胺体系下硅藻与钠长石、石英之间的作用力进行检测,并结合十二胺溶液化学分析及扩展DLVO理论计算进行表征。结果表明,水溶液中硅藻与钠长石、石英的作用力均较大。在十二胺体系下,硅藻与钠长石、石英的作用力较小。这是由于溶液pH值分别为4.0、5.5和9.0时,十二胺以离子、二聚物的形式存在,可较好地吸附在硅藻土、钠长石、石英的表面,使硅藻土与钠长石、石英的作用力减小,减少了硅藻与钠长石、石英包裹、团聚,使硅藻土与钠长石、石英有效的分离。采用水热反应法对硅藻进行孔径调控,以硅酸作为孔径调整剂,在反应温度为90℃,反应时间为2.5h,搅拌转速为400 r/min时,硅藻土孔径显著减小,为2.06 nm。以氢氧化钠作为孔径调整剂,在反应温度为55 ℃,反应时间为0.5 h,搅拌转速为400 r/min时,硅藻土孔径显著增大,为7.53 nm。采用压热反应法对硅藻进行孔径调控,以硅酸作为孔径调整剂,在反应温度为140 ℃,反应时间为1.5 h,搅拌转速为600 r/min时,硅藻土的缩孔效果较好,孔半径为2.21 nm;以氢氧化钠作为孔径调整剂,在反应温度为220 ℃,反应时间为2.5 h,搅拌转速为400 r/min时,硅藻土的扩孔效果较好,孔半径为2.93 nm。对硅藻土进行焙烧,在焙烧温度为400 ℃,焙烧时间为90min的条件下,可去除堵塞硅藻土孔道的有机质,使硅藻土内部孔道及外部孔道得以疏通,硅藻土的孔半径为2.67 nm。硅藻土孔径调控作用机理研究表明:硅藻土微孔内存在大量硅羟基,加入的硅酸凝胶可与硅藻表面的硅轻基形成Si-O键,在硅藻土的孔道内部形成三维网状结构,将孔道分隔,从而增大了硅藻土的比表面积,使硅藻土的平均孔半径减小。在较高的温度下,适宜浓度的氢氧化钠可对硅藻的壳体产生一定溶蚀,使硅藻土的孔道贯通,孔半径增大,微孔孔壁溶蚀消除后,硅藻土的比表面积减小。本文的研究成果对实现高效、节能、短流程提纯硅藻土具有参考价值,为浮选提纯硅藻土的机理分析奠定基础,并为硅藻土孔径调控研究提供借鉴。