نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری فرآوری مواد معدنی، دانشکده معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، ایران

2 دانشیار دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

انحلال سطحی روشی است که برای اصلاح سطح کانی‌ها به کار می‌رود. در این تحقیق، تاثیر انحلال سطحی بر روی ایزوترم و سینتیک جذب کلکتور سدیم اولئات بر سطح کانی‌های ایلمنیت، الیوین پیروکسن و کوارتز با استفاده از پارامترهای زمان، pH، دما و انرژی پیوند مورد بررسی قرار گرفت. نتایج برازش مدل‌های ایزوترم جذب لانگمویر، فروندلیچ و تمکین و مدل‌های سینتیکی الوویچ، لاگرگرین و شبه مرتبه دو بر روی داده‌های آزمایشگاهی نشان داد که جذب کلکتور بر روی کانی‌ها از مدل ایزوترم لانگمور و مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم پیروی می‌کند. فرآیند جذب کلکتور بر روی کانی‌های مورد نظر بر اساس ظرفیت جذب از محلول و عمدتا به صورت تک لایه‌ای اتفاق می‌افتد. نتایج به دست آمده نشان داد که انحلال سطحی باعث افزایش مقدار جذب کلکتور بر روی ایلمنیت و کاهش آن بر روی کانی‌های گانگ شده است. همچنین بعد از انحلال سطحی انرژی پیوند ایلمنیت از ۵۷۲۵۵/۴ ژول بر مول به ۴۲۴۳۷/۹ ژول بر مول کاهش یافت که نشان‌دهنده مساعدتر شدن جذب کلکتور است؛ همچنین در مورد کوارتز و الیوین- پیروکسن باعث کاهش آن به ترتیب از ۵۷۴۶/۵ به ۵۸۱۶/۵ ژول بر مول و از ۸۳۲۶/۶ به ۱۲۵۲۳/۳ ژول بر مول شد. نتایج اندازه‌گیری زاویه تماس نشان داد که بعد از انحلال سطحی مقدار زاویه تماس ایلمنیت افزایش و مقدار آن برای کانی‌های گانگ کاهش یافته است که با نتایج آنالیزهای طیف‌سنجی ماورابنفش، پتانسیل زتا، جذب کلکتور و آنالیز ICP مطابقت بسیار خوبی داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Impacts of Surface Modification on Isotherm and Kinetics of Collector Adsorption

نویسندگان [English]

  • Omid Salmani nuri 1
  • Mehdi Irannajad 2
  • Akbar Mehdilo 1

1 PhD Candidate, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

2 Associate Professor, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Surface dissolution is one of the mineral surface modification methods. In this study, the effect of surface dissolution on isotherm and kinetic of sodium oleate as a collector on the surface of ilmenite, olivine-pyroxene and quartz were investigated. Parameters of conditioning time, pH, temperature, activation energy, specific area and contact angle were studied before and after surface dissolution. The results of adsorption isotherms of Langmuir, freundlich and temkin and kinetic models of elovich, lagergerin and psedo second order showed that the collector adsorption on the minerals can be described by Langmuir isotherm and pseudo second-order kinetic model. The collector adsorption on the studied minerals is occurred based on adsorption capacity from solution and mainly single layer. The results indicated that surface dissolution result in increasing the collector adsorption on ilmenite surface and decreasing it about the gangue minerals. Also, after surface dissolution, the activation energy of ilmenite is decreased form 57255.4 J/mol to 42437.9 J/mol which indicates the collector adsorption on ilmenite is more favorable. Furthermore, after surface dissolution the activation energies of quartz and olivine-pyroxene are increased from 5746.5 J/mol to 5816.5 J/mol, and from 8326.6 J/mol to 12523.3 J/mol, respectively. The results of contact angle measurement showed that after surface dissolution the contact angle of ilmenite is increased and it is decreased for gangue minerals. These results were in good agreement with the results of Uv-Vis spectroscopy, collector adsorption and ICP analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface dissolution
  • Adsorption isotherm
  • Adsorption kinetics
  • Ilmenite
  • Sodium oleate

منابع

[1] S.Y. Cho, S.J. Kim, T.Y. Kim, H. Moon, S.J. Kim, “Adsorption characteristics of 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid and 2, 4-dinitrophenol in a fixed bed adsorber”, Korean Journal of Chemical Engineering, 20(2) (2003) 365-374.

[2] اسلامی، بهنام؛ احسانی نمین؛ پروین؛ قایمی، اسماعیل؛ عزیزی، حامد؛ کرابی، محمد؛ مطالعه ترمودینامیک و همدماهای جذب سطحی کادمیم بر روی نانو ذرههای روی اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، شماره 2، دوره 36، 1396.

 [3] حمیدی، عباس؛ خزاعلی، الهه؛ خضعلی، فریدون؛ "مطالعه ترمودینامیک و همدماهای جذب سطحی کادمیم بر روی نانو ذرههای روی اکسید"، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران  شماره 4، دوره 34، 1394

[4] P. Somasundaran, “Physicochemical Aspects of Adsorption of Surface-Active Agents on Minerals”, Croatica Chemica Acta, 52(2) (1979) 67-86.

[5] A. Omar, E. Azzam, “Relation Between Adsorption Of Some Anionic Surfactants On Barite And Solution/Air Interfaces”, Surface And Interface Analysis, 35(8) (2003) 709-713.

[6] P. Somasundaran, D. Wang, “Solution Chemistry”: Minerals And Reagents, Elsevier, 2006.

[7] رضایی, بهرام،. "تکنولوژی فلوتاسیون"، انتشارات نهر دانش، تهران، 1394.

[8] B.A. Wills, J. Finch, Wills' “mineral processing technology: an introduction to the practical aspects of ore treatment and mineral recovery”, Butterworth-Heinemann, 2015.

[9] J. Drzymala, “Mineral processing, Foundation of Theory and Practice of Metallurgy”. Oficyna Wydawnicza PWr, Wroclaw,  (2007).

[10] R. Wick, P. Walde, P.L. Luisi, “Light microscopic investigations of the autocatalytic self-reproduction of giant vesicles”, Journal of the American Chemical Society, 117(4) (1995) 1435-1436.

[11] U. Bilsing, “The Mutual Interaction of the Minerals During Flotation For Example the Flotation of CaF2 and BaSO4”, Dissertation, Bergakademie, Freiberg, 1969.

[12] J. Leja, “Introduction, in:  Surface chemistry of froth flotation”, Springer, 1982, pp. 1-59.

[13] J.O. Amankonah, P. Somasundaran, “Effects of dissolved mineral species on the electrokinetic behavior of calcite and apatite”, Colloids and Surfaces, 15 (1985) 335-353.

[14] O.S. Nuri, A. Mehdilo, M. Irannajad, “Influence of microwave irradiation on ilmenite surface properties”, Applied Surface Science, 311 (2014) 27-32.

[15] Z. Jie, W. Weiqing, L. Jing, H. Yang, F. Qiming, Z. Hong, “Fe (III) as an activator for the flotation of spodumene, albite, and quartz minerals”, Minerals Engineering, 61 (2014) 16-22.

[16] M. Irannajad, A. Mehdilo, O.S. Nuri, “Influence of microwave irradiation on ilmenite flotation behavior in the presence of different gangue minerals”, Separation and Purification Technology, 132 (2014) 401-412.

[17] X. Fan, K.E. Waters, N.A. Rowson, D.J. Parker, “Modification of ilmenite surface chemistry for enhancing surfactants adsorption and bubble attachment”, Journal of colloid and interface science, 329(1) (2009) 167-172.

[18] X. Fan, N. Rowson, “The effect of Pb (NO3) 2 on ilmenite flotation”, Minerals Engineering, 13(2) (2000) 205-215.

[19] X. Fan, N. Rowson, “Fundamental investigation of microwave pretreatment on the flotation of massive ilmenite ore”s, Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, 8(1‐2) (2000) 167-182.

[20] Y.-g. Zhu, G.-f. Zhang, Q.-m. Feng, D.-c. Yan, W.-q. Wang, “Effect of surface dissolution on flotation separation of fine ilmenite from titanaugite”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21(5) (2011) 1149-1154.

[21] P.S. Parapari, M. Irannajad, A. Mehdilo, “Modification of ilmenite surface properties by superficial dissolution method”, Minerals Engineering, 92 (2016) 160-167.

[22] R. Zheng, Z. Ren, H. Gao, Y. Qian, “Flotation Behavior of Different Colored Fluorites Using Sodium Oleate as a Collector”, Minerals, 7(9) (2017) 159.

[23] I. Langmuir, “The constitution and fundamental properties of solids and liquids”. Part I. Solids, Journal of the American chemical society, 38(11) (1916) 2221-2295.

[24] S. Kundu, A. Gupta, “Arsenic adsorption onto iron oxide-coated cement (IOCC): regression analysis of equilibrium data with several isotherm models and their optimization”, Chemical Engineering Journal, 122(1) (2006) 93-106.

[25] H. Freundlich, “Over the adsorption in solution”, J. Phys. Chem, 57(385471) (1906) 1100-1107.

[26] K. Zhong, L. Cui, “Influence of Fe 2+ ions of ilmenite on its flotability”, International Journal of Mineral Processing, 20(3) (1987) 253-265.

[27] F. Haghseresht, G. Lu, “Adsorption characteristics of phenolic compounds onto coal-reject-derived adsorbents”, Energy & Fuels, 12(6) (1998) 1100-1107.

[28] M. Baviere, E. Ruaux, D. Defives, “Sulfonate retention by kaolinite at high pH-effect of inorganic anions”, SPE reservoir engineering, 8(02) (1993) 123-127.

[29] P. Somasundaran, L. Zhang, “Adsorption of surfactants on minerals for wettability control in improved oil recovery processes”, Journal of Petroleum Science and Engineering, 52(1) (2006) 198-212.

[30] C.T.Q. Dang, Z.J. Chen, N.T.B. Nguyen, W. Bae, T.H. Phung, “Development of isotherm polymer/surfactant adsorption models in chemical flooding”, in:  SPE Asia Pacific oil and gas conference and exhibition, Society of Petroleum Engineers, 2011.

[31] P. Somasundaran, H. Hanna, “Adsorption of sulfonates on reservoir rocks”, Society of Petroleum Engineers Journal, 19(04) (1979) 221-232.

[32] P. Somasundaran, H.S. Hanna, “Adsorption/desorption of sulfonate by reservoir rock minerals in solutions of varying sulfonate concentrations”, Society of Petroleum Engineers Journal, 25(03) (1985) 343-350.

[33] M. Fuerstenau, J. Miller, M. Kuhn, “Flotation Chemistry, Metal Ore Dressing Abroad”, 12 (1980) 47-48.

[34] M. Fuerstenau, D. Rice, P. Somasundaran, D. Fuerstenau, “Metal ion hydrolysis and surface charge in beryl flotation”, Inst. Min. Metall. Trans, 74 (1965) 381.

[35] C. Young, “Thermodynamic evaluation of oleate chemisorption at calcium semi-soluble salt surfaces”, in:  ICAMMP-2002: International Conference on Advances in Materials Processing, 2002, pp. 793-805.

[36] R. Kulkarni, P. Somasundaran, “Flotation chemistry of hematite/oleate system”, Colloids and Surfaces, 1(3-4) (1980) 387-405.

[37] S. Raghavan, D. Fuerstenau, “The adsorption of aqueous octylhydroxamate on ferric oxide”, Journal of Colloid and Interface Science, 50(2) (1975) 319-330.

[38] J.S. Browder, S. Ballard, P. Klocek, “Physical properties of infrared optical materials”, Chap, 4 (1991) 141-481.

[39] D.L. Sparks, “Kinetics and mechanisms of chemical reactions at the soil mineral/water interface”, Soil physical chemistry, 2 (1999) 135-191.

[40] Y.-S. Ho, “Review of second-order models for adsorption systems”, Journal of hazardous materials, 136(3) (2006) 681-689.

[41] P. Saha, S. Chowdhury, “Insight into adsorption thermodynamics”, in:  Thermodynamics, InTech, 2011.