幾種新藥劑對黃鐵礦浮選的機理研究

李建華 孫小俊

(大冶有色金屬集團控股有限公司)

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幾種新藥劑對黃鐵礦浮選的機理研究

李建華 孫小俊

(大冶有色金屬集團控股有限公司)

考察了丁基黃藥、CSU31、DLZ 3種藥劑對黃鐵礦的浮選行為，重點研究了在氧化鈣體系和硫酸銅體系下3種藥劑的浮選行為。試驗結果表明：DLZ、CSU31對黃鐵礦的捕收能力極弱，尤其隨著硫酸銅用量的增加，DLZ對黃鐵礦的捕收能力逐漸減弱，很好的抑制了黃鐵礦的可浮性。

黃鐵礦 DLZ CSU31 浮選

黃鐵礦廣泛的分布在硫化金屬礦床中，在多種不同的地質條件作用下均可以形成，常與其他硫化礦物共生。黃鐵礦為等軸晶系晶體結構，量子化學分析認為Fe與S形成較強配位鍵，S與S之間形成較強共價鍵，Fe與Fe之間形成弱金屬鍵[1-2]。在生產實踐中經常遇到黃鐵礦與其他硫化礦物的浮選分離問題，表面輕微氧化的黃鐵礦，其可浮性會提高，但其表面過度氧化的，則可浮性會下降。銅硫礦石浮選的關鍵是銅礦物與硫化鐵礦物的分離，而黃鐵礦能被黃藥、二硫代氨基甲酸鹽、黑藥等多種常規浮選藥劑捕收[3-4]，但是硫代化合物類捕收劑對銅硫礦石浮選分離的選擇性差。黃鐵礦的抑制劑通常為氰化物和石灰，生產實踐中常用石灰作為黃鐵礦的抑制劑[5-6]，石灰也是常用的礦漿pH值調整劑，既可以提高礦漿pH值，也能促進礦物表面溶解或氧化。被抑制的黃鐵礦可用硫酸降低礦漿pH值進行活化，活化時常加硫酸銅，銅離子在黃鐵礦表面起活化劑作用。為此，用丁基黃藥、CSU31、DLZ 3種藥劑分析黃鐵礦的浮選行為，在不同的體系下研究黃鐵礦的浮選機理。

1 試樣、藥劑及研究方法

1.1 試樣及藥劑

黃鐵礦取自廣東云浮硫鐵礦廠，礦樣經破碎、手選除雜、瓷球磨磨礦、干式篩分后，經化學分析，黃鐵礦礦樣含Fe 46.22%，S 49.51%，純度為92.89%。將礦物磨至0.037 4～0.074 mm進行試驗研究。

丁基黃藥、DLZ、氧化鈣和無水硫酸銅為分析純，CSU31、起泡劑2#油為工業級產品，試驗用水均為一次蒸餾水。

1.2 試驗設備和研究方法

(1)浮選試驗。浮選試驗用XFG型掛槽式浮選機，浮選槽容積為30 mL；試驗時，取純礦物2.0 g放入100 mL燒杯中加蒸餾水使用超聲波儀對黃鐵礦進行超聲波預處理5 min，可有效消除礦物表面的氧化膜；然后將礦物澄清倒去上清液，再用蒸餾水將礦物加入浮選槽中，攪拌1 min后加入所需調整劑，攪拌1 min后再加入抑制劑，攪拌3 min，然后加入起泡劑，攪拌1 min，浮選3 min。

浮選判據回收率R按下式計算：

(1)

式中，m1，m2分別為泡沫產品和槽內產品質量。

(2)吸附量測定試驗。藥劑與礦物作用的吸附量測定是采用紫外-可見分光光度計法。稱取2.0 g黃鐵礦加入相應藥劑濃度攪拌15 min，然后離心取上清液進行測定，然后計算黃鐵礦對藥劑的吸附量。

2 試驗結果及討論

2.1 pH值對礦物可浮性的影響

考察了丁基黃藥、CSU31、DLZ 3種藥劑在不同礦漿pH值下對礦物可浮性的影響，其結果見圖1。

由圖1可見，pH值對黃鐵礦的可浮性影響較大，在酸性條件下，丁基黃藥對黃鐵礦的可浮性明顯好于另外兩種藥劑對黃鐵礦的可浮性；DLZ、CSU31在整個pH值范圍內可浮性都很差，最大回收率都不到25%，尤其在pH值大于9.5以后，礦物基本不浮；可見，DLZ、CSU31在整個pH值范圍內都能很好的抑制黃鐵礦。

圖1 pH值對礦物可浮性的影響

2.2 Cu2+對礦物可浮性的影響

因為實際的銅硫分離試驗中，礦漿中肯定有銅離子對黃鐵礦產生影響，從而進一步考察添加硫酸銅后，3種藥劑對黃鐵礦可浮性的影響。

2.2.1 Cu2+體系下DLZ對礦物可浮性的影響

加硫酸銅后DLZ對黃鐵礦可浮性的影響見圖2。

圖2 DLZ加硫酸銅體系下pH值對礦物可浮性的影響

由圖2可見，加入1×10-4mol/L硫酸銅時，黃鐵礦的可浮性較不加硫酸銅時回收率相差不大，在酸性條件下，前者回收率稍高1個百分點左右，在堿性條件下，前者稍低2個百分點左右；加入4×10-4mol/L硫酸銅時，在酸性條件下，回收率顯著提高，最大達到42%左右，在堿性條件下，回收率較不加硫酸銅時略低。

2.2.2 Cu2+體系下CSU31對礦物可浮性的影響

加硫酸銅后CSU31對黃鐵礦可浮性的影響見圖3。

由圖3可見，在加入1×10-4mol/L硫酸銅時，在酸性條件下，黃鐵礦的可浮性較不加硫酸銅時回收率稍微高，在堿性條件下，兩者回收率基本一樣。

2.2.3 Cu2+體系下丁基黃藥對礦物可浮性的影響

加硫酸銅后丁基黃藥對黃鐵礦可浮性的影響見圖4。

圖4 丁基黃藥加硫酸銅體系下pH值對礦物可浮性的影響

由圖4可見，在加入1×10-4mol/L硫酸銅時，在整個pH值范圍內，回收率均在增加；在酸性條件下，黃鐵礦的可浮性較不加硫酸銅時回收率要高些，在堿性條件下，兩者回收率相差不大。

2.3 CaO體系下對礦物可浮性的影響

在銅硫分離的試驗研究和工業實踐中，石灰因其來源廣、價格低而廣泛用作礦漿調整劑或黃鐵礦的抑制劑，幾乎所有的銅硫浮選分離都用石灰作為銅浮選的調整劑和硫的抑制劑。因此，考察丁基黃藥、CSU31、DLZ對黃鐵礦的捕收性能時，有必要考察石灰對黃鐵礦用丁基黃藥、CSU31、DLZ浮選時的可浮性的影響關系。

從浮選研究和實踐中可見，石灰對硫化礦物的可浮性影響比較復雜，不僅有pH值的影響，還有Ca2+濃度的影響。因此，試驗不僅考察了黃鐵礦用丁基黃藥、CSU31、DLZ浮選時的可浮性受石灰調pH值的影響，還考察了石灰用量的影響，并據此作了石灰抑制黃鐵礦的機理分析。

2.3.1 用石灰調pH值時黃鐵礦的可浮性

3種藥劑分別用氧化鈣調礦漿pH值，其結果見圖5，與圖1用NaOH調礦漿pH值相比較，回收率明顯降低。

由圖5可見，由石灰調制的強堿性礦漿中[2-3]，黃鐵礦表面因礦漿溶解氧的氧化作用和OH-作用而生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，使黃鐵礦表面親水，黃鐵礦可浮性受到抑制；從溶度積原理進行分析，Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶度積常數分別為4.8×10-16、3.8×10-33，而黃藥在黃鐵礦表面生成的黃原酸鐵的溶度積為8×10-8；所以，在高堿度的礦漿中，OH-能排除黃原酸根離子。再者，Ca2+、[CaOH]+在黃鐵礦表面吸附，從而改變了黃鐵礦表面的電性和疏水性，強化了對黃鐵礦的抑制作用，降低了丁基黃藥、DLZ、CSU31分子在黃鐵礦表面的吸附作用，起到了抑制劑的作用，從而降低了黃鐵礦的可浮性。

圖5 石灰體系下藥劑對礦物可浮性的影響

2.3.2 石灰用量對黃鐵礦可浮性的影響

石灰用量對黃鐵礦用丁基黃藥、CSU31，DLZ浮選時，石灰調用量對可浮性的影響見圖6。

圖6 石灰用量對黃鐵礦可浮性的影響

由圖6可見，雖然礦漿堿度升高緩慢，但石灰對黃鐵礦的浮選有較強烈的抑制作用，基本不浮。

2.4 藥劑在礦物表面吸附量的測定

DLZ、CSU31、丁基黃藥3種藥劑在礦物表面的吸附量與pH值的關系分別見圖7～圖9。

圖7 DLZ在礦物表面吸附量與pH值的關系

由圖7可知，在pH值為2.7～10.9時，藥劑基本被吸附完；在pH值達到12.05時，加硫酸銅的黃鐵礦吸附藥劑較不加硫酸銅的要多，這一點與浮選規律很吻合。

圖8 CSU31在礦物表面吸附量與pH值的關系

由圖8可知，在酸性條件下比在堿性條件下，藥劑吸附的要多，加硫酸銅的礦物表面吸附藥劑更多；在pH值大于9.5后，兩者吸附量迅速減少，在pH值大于10.9后，基本不吸附，這與浮選規律基本吻合。

圖9 丁基黃藥在礦物表面吸附量與pH值的關系

由圖9可知，在中性條件下礦物表面吸附藥劑較多，加硫酸銅的礦物表面吸附藥劑更多，在pH值大于10.9后，基本不吸附。

3 結 論

(1)用丁基黃藥、DLZ和CSU31分別浮選黃鐵礦時，其可浮性在整個pH值范圍內均較差。DLZ和CSU31浮選黃鐵礦時，黃鐵礦的回收率低于25%，用NaOH調節礦漿pH值時，回收率高于用CaO調節礦漿pH值；在堿性條件下，DLZ和CSU31不能捕收黃鐵礦。3種藥劑對黃鐵礦的捕收能力依次為：丁基黃藥>CSU31>DLZ。

(2)加硫酸銅活化黃鐵礦時，在整個pH值范圍內，以丁基黃藥為捕收劑浮選黃鐵礦時，其可浮性均有所提高，在酸性條件下提高的幅度更為顯著；以CSU31為捕收劑時，其在酸性條件下黃鐵礦的可浮性有所提高，在堿性條件下基本不變；以DLZ為捕收劑時，在酸性條件下黃鐵礦的可浮性略有增強，在堿性條件下略有減弱。

(3)硫酸銅用量試驗表明，隨著硫酸銅用量的增加，以丁基黃藥為捕收劑，黃鐵礦的可浮性不斷增強；以DLZ為捕收劑，黃鐵礦的可浮性不斷減弱；以CSU31為捕收劑，黃鐵礦的可浮性略有增強。

(4)吸附量的測定試驗表明，加入硫酸銅，在不同pH值下，黃鐵礦表面對藥劑的吸附量均有所增加。

[1] 劉智林，許 芳.低堿度下組合抑制劑對易浮黃鐵礦的抑制機理研究[J].礦冶工程，2005，25(5)：33-35.

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2016-07-10)

李建華(1984—)，男，碩士，工程師，435100 湖北省黃石市大冶市。