Ảnh hưởng của polyaluminum chloride (PAC) tổng hợp trong phòng thí nghiệm, được chuẩn bị bằng phương pháp chuẩn độ kiềm, đến hiệu suất nổi của than chì đã được nghiên cứu một cách hệ thống trong công trình này. Các thử nghiệm nổi sử dụng quặng than chì tự nhiên cho thấy PAC có thể nâng cao sản lượng nổi trong khi vẫn duy trì chất lượng tinh quặng. Các thử nghiệm nổi tiếp theo sử dụng khoáng sản than chì-kaolinite nhân tạo cho thấy việc bổ sung PAC ở khoảng 30 mg/L có thể cải thiện khả năng thu hồi và hiệu suất tách than chì, và không có ảnh hưởng tiêu cực đáng kể đến sự mất mát khi đốt trong tinh quặng. Cơ chế cải thiện khả năng nổi của PAC trên than chì bao gồm sự giữ nước, lớp bùn phủ, và sự gắn kết giữa bọt và than chì đã được tiết lộ thông qua các phương pháp đặc trưng như đo điện thế zeta, đo phản xạ chùm tia tập trung (FBRM), thị giác và đo kích thước hạt (PVM), thử nghiệm tải bọt đơn và đo góc tiếp xúc. Các phép đo điện thế zeta cho thấy PAC ở 30 mg/L đã trung hòa điện tích âm trên bề mặt kaolinite, trong khi than chì có điện tích dương. Kết quả FBRM theo thời gian thực cho thấy chiều dài dây trung bình của các hạt kaolinite tăng đáng kể khi nồng độ PAC là 30 mg/L và giảm khi nồng độ PAC là 90 mg/L, trong khi các hạt than chì vẫn ở trạng thái phân tán. Tuy nhiên, kết quả PVM chỉ ra rằng lớp bùn phủ giữa bề mặt kaolinite và than chì đã gia tăng khi PAC là 30 mg/L và sau đó giảm ở 90 mg/L. Các thử nghiệm tải bọt đơn và đo góc tiếp xúc đã chứng minh rằng PAC ở 30 mg/L đã làm tăng đáng kể xác suất gắn kết giữa bọt và các hạt than chì. Trong khi đó, góc tiếp xúc của than chì vẫn ổn định mà không giảm đáng kể, hiệu quả duy trì tính kỵ nước của bề mặt than chì và cuối cùng thúc đẩy khả năng thu hồi nổi của than chì. Công trình này được kỳ vọng sẽ cung cấp hiểu biết lý thuyết và hỗ trợ kỹ thuật cho việc nổi than chì thông qua việc điều chỉnh nồng độ PAC.

Là một nguồn tài nguyên khoáng sản phi kim loại chiến lược trong tự nhiên, graphit có những đặc tính xuất sắc như độ dẫn nhiệt cao, độ bôi trơn tuyệt vời và độ ổn định hóa học đáng kể. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành luyện kim, cơ khí, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác [1,2]. Ứng dụng của graphit trong công nghiệp được xác định bởi hình thái tinh thể của nó [3]. Graphit tự nhiên có thể được chia thành graphit tinh thể và graphit cryptocrystalline theo mức độ kết tinh, nguồn gốc địa chất và các đặc tính. Graphit tinh thể thường được chia thành graphit khối và graphit tấm. Graphit tấm có tính kỵ nước vốn có, mang lại khả năng nổi vượt trội so với các loại graphit khác, do đó xếp hạng trong số các khoáng sản có thể tách biệt chọn lọc nhất. Thông qua các quy trình tuyển nổi, hàm lượng carbon cố định của nó có thể vượt quá 90%. Ngược lại, graphit cryptocrystalline thể hiện sự phân bố kích thước hạt không đồng nhất và thành phần tạp chất phức tạp, dẫn đến những thách thức đáng kể cho việc tinh chế [4].

Tiềm năng kinh tế của quặng graphit chủ yếu phụ thuộc vào độ tinh khiết của graphit [5]. Các kỹ thuật chế biến khoáng sản thông thường để làm giàu graphit bao gồm tách trọng lực, tách tĩnh điện, nổi bọt và tách từ [6]. Trong quá trình nổi bọt, sự cân bằng giữa các thành phần ưa nước và kỵ nước trên bề mặt khoáng sản đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả tách [7]. Do tính kỵ nước vốn có và khả năng nổi tự nhiên, graphit có thể được tách hiệu quả khỏi các khoáng sản gangue thông thường (ví dụ: fenspat, thạch anh, mica và khoáng carbonat), mà chủ yếu là ưa nước. Do đó, nổi bọt đã trở thành phương pháp công nghiệp tiêu chuẩn cho việc tập trung chính quặng graphit và vẫn là một trong những kỹ thuật hiệu quả và được áp dụng rộng rãi nhất cho việc tinh chế graphit [8]. Vì vậy, nổi bọt cho phép tách hiệu quả graphit khỏi các khoáng sản gangue, từ đó đạt được sự tinh chế đáng kể.

Với việc giảm chất lượng quặng và sự phân tán khoáng sản ngày càng phức tạp, quá trình nổi trực tiếp đã trở nên khó khăn hơn trong việc thu hồi khoáng sản quý giá, cần thiết phải nghiền mịn để đạt được sự giải phóng đủ của các khoáng sản mục tiêu [9]. Tuy nhiên, quá trình nghiền mịn có xu hướng đồng thời làm giảm cả khoáng sản quý giá và khoáng sản gangue thành các hạt mịn siêu mịn. Trong số các khoáng sản mịn này, khoáng sản gangue, do kích thước hạt nhỏ và tính ưa nước bề mặt mạnh, rất dễ bị cuốn vào tinh quặng [10]. Cuốn vào cơ học đề cập đến quá trình không chọn lọc mà trong đó các hạt khoáng sản bị treo trong bùn được mang lên trên bởi chất lỏng vào bọt nổi. Li et al. [11] đã chứng minh rằng sericite thể hiện hành vi cuốn vào đáng kể trong quá trình nổi than chì, với mức độ cuốn vào của nó phụ thuộc mạnh vào kích thước hạt. Xu et al. [12] đã xác nhận thêm rằng các khoáng sản gangue trong tinh quặng nổi than chì chủ yếu xuất phát từ việc cuốn vào cơ học. Thêm vào đó, các khoáng sản gangue mịn ưa nước có thể bao phủ bề mặt của các khoáng sản quý giá, làm giảm tính kỵ nước của chúng và cản trở sự gắn kết giữa bọt và hạt, cuối cùng dẫn đến việc thu hồi thấp hơn các khoáng sản quý giá [13].

Sự kéo theo cơ học đặt ra một thách thức đáng kể trong quá trình nổi của các hạt khoáng mịn [14,15]. Nghiên cứu chỉ ra rằng có sự phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước trong hành vi kéo theo hạt [16,17]. Thông thường, các khoáng gangue siêu mịn dễ dàng bị kéo vào pha bọt bởi các lực chất lỏng. Tuy nhiên, quán tính thấp của chúng ngăn cản chúng vượt qua sức cản thủy động lực học trong bọt, cản trở việc thoát nước trở lại vào bùn và dẫn đến việc kéo theo gangue nghiêm trọng. Để giảm thiểu vấn đề này, các nhà nghiên cứu nổi đã đề xuất sử dụng các phụ gia polymer để kích thích sự kết tụ chọn lọc của các khoáng gangue, từ đó ức chế sự kéo theo của chúng [18,19]. Ví dụ, Li et al. [20] đã đề xuất rằng việc sử dụng polyethylene oxide (PEO) có thể kết tụ chọn lọc thạch anh, điều này đã giảm sự kéo theo của thạch anh trong quá trình nổi hematite, từ đó cải thiện độ tinh khiết và tỷ lệ thu hồi của tinh chất cuối cùng. Chen et al. [21] đã chỉ ra rằng PAC có thể kết tụ chọn lọc cryolite, giảm sự kéo theo của nó trong quá trình nổi, và cải thiện hiệu suất nổi của catot carbon đã sử dụng (SCC). Phương pháp này giảm đáng kể sự kéo theo gangue vào bọt trong khi cải thiện hành vi lắng của các khối kết tụ gangue bị kéo theo.

PAC được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải nhờ vào những ưu điểm như dễ hòa tan trong nước, khả năng thích ứng rộng với giá trị pH, hình thành bông nhanh, chi phí thấp và sử dụng đơn giản [22,23]. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng PAC như một chất keo tụ có thể keo tụ chọn lọc các khoáng sản gangue, giảm ô nhiễm đến tinh quặng và tăng độ tinh khiết của tinh quặng [24]. Tuy nhiên, PAC được áp dụng trong các nghiên cứu hiện có chủ yếu là sản phẩm công nghiệp, và thành phần của nó không rõ ràng. Trong công trình này, PAC tổng hợp trong phòng thí nghiệm được chuẩn bị bằng phương pháp chuẩn độ kiềm đã được sử dụng lần đầu tiên trong quá trình tuyển nổi các khoáng sản graphite-kaolinite hỗn hợp nhân tạo. Các đặc điểm cấu trúc của PAC đã được xác định bằng phương pháp đo màu phức hợp Al-Ferron theo thời gian và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Hành vi tập hợp chọn lọc của kaolinite và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất tuyển nổi graphite đã được nghiên cứu một cách hệ thống thông qua các thử nghiệm tuyển nổi, phân tích tiềm năng zeta, FBRM, PVM, thử nghiệm tải bọt đơn và đo góc tiếp xúc. Người ta phát hiện rằng ngoài việc giảm sự cuốn trôi nước của kaolinite, PAC còn có thể tăng xác suất bám dính bọt-graphite và thu hồi graphite. Ngoài ra, lớp bùn giữa kaolinite và graphite đã trở nên trầm trọng hơn khi kaolinite bị tập hợp bởi PAC, nhưng tác động tiêu cực này đến tuyển nổi graphite có thể được bù đắp bởi các tác động tích cực khác. Những phát hiện này không chỉ cung cấp một con đường kỹ thuật mới cho việc tách biệt hiệu quả tài nguyên graphite, mà còn mở ra một góc nhìn nghiên cứu mới cho hành vi keo tụ chọn lọc trong tuyển nổi khoáng sản.

80 của graphit và kaolinit là 48 μm và 14 μm, tương ứng. Graphit dạng mảnh và kaolinit được trộn đều theo tỷ lệ 4:1 để thu được khoáng sản nhân tạo hỗn hợp graphit-kaolinit. Dầu hỏa được sử dụng làm chất thu gom và sec-octyl alcohol (AR, 99%, thu được từ

Hình 6 cho thấy tác động của PAC đối với cả năng suất và tổn thất khi đốt của tinh quặng nổi sử dụng quặng than tự nhiên dưới các liều lượng chất thu gom và chất tạo bọt khác nhau (0 và 100 g/t so với 300 và 150 g/t). Như được thể hiện trong Hình 6(a), trong trường hợp không có chất thu gom, nhóm kiểm soát (không có PAC) cho thấy năng suất nổi chỉ đạt 3.41 % với tổn thất tinh quặng khi đốt là 66.97 %. Mặc dù việc thêm PAC ở mức 30–50 mg/L đã làm tăng nhẹ năng suất, nhưng năng suất tổng thể vẫn không đạt yêu cầu.

Các thử nghiệm nổi sử dụng cả quặng tự nhiên và mẫu trộn nhân tạo đã chứng minh rằng PAC cải thiện các chỉ số chính như năng suất tinh chế, thu hồi graphit và hiệu quả tách. Phân tích tiềm năng Zeta cho thấy PAC thể hiện hiệu ứng kết tụ chọn lọc trên kaolinit ở nồng độ 30 mg/L PAC. Các thử nghiệm FBRM và PVM cho thấy thêm rằng 30 mg/L PAC có thể thúc đẩy sự kết tụ chọn lọc của kaolinit, và kaolinit sẽ bám vào bề mặt của graphit dưới dạng các cụm.