礦漿表面張力對載金硫化礦的浮選影響研究

摘要：硫化礦是有色金屬浮選的關鍵目標礦物，其浮選效果備受關注。以載金礦物黃鐵礦和磁黃鐵礦為對象，通過表面張力檢測，探討了礦漿濃度、粒度、伴生礦物、捕收劑及起泡劑等因素對礦漿表面張力的影響。純礦物浮選試驗探究了礦漿表面張力對兩種礦物浮選回收率的影響。試驗結果表明：礦漿濃度增加時，表面張力先下降后升高，二者最佳礦漿濃度均為30 %；粒度減小，黃鐵礦表面張力明顯下降，磁黃鐵礦礦漿表面張力變化不大；方鉛礦是常見伴生礦物中礦漿表面張力最低的礦物；MA-1是提升黃鐵礦回收率及降低其表面張力的優選捕收劑，丁基黃藥對磁黃鐵礦表面張力降低效果最明顯，也是其優良捕收劑；HX-609和2號油分別為黃鐵礦和磁黃鐵礦的起泡劑，低用量下即可達最佳回收率和最低礦漿表面張力。分析顯示，礦漿表面張力降低，黃鐵礦與磁黃鐵礦的回收率均顯著增加。因此，硫化礦浮選中可通過降低礦漿表面張力來改善回收效果。

關鍵詞：硫化礦；磁黃鐵礦；黃鐵礦；礦漿表面張力；浮選；機理研究

[中圖分類號：TD923 文章編號：1001-1277（2025）04-0059-06 文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250412 ]

引言

黃鐵礦與磁黃鐵礦作為自然界中普遍存在的硫化礦物，亦是遼東半島及膠東半島地區金礦床中金元素的主要賦存礦物。黃鐵礦具有天然的疏水性，因此浮選成為回收該礦物的主要技術手段。然而，磁黃鐵礦的化學式為Fe1-xS（x=0～0.223），其具有同質多象變體及多種超結構類型，化學組成的不穩定性導致其礦物性質呈現多樣性。因此，不同類型的磁黃鐵礦在可浮性方面存在顯著差異，甚至在某些情況下，其可浮性表現可能完全相反［1-6］。

礦漿表面張力是評價浮選過程中表面活性劑活性的關鍵指標。在任何相界面，由于粒度、組成等的差異，會在相界面間產生非均勻力場。表面張力即用于表征該界面上不對稱吸引力的強度，它能夠增強礦粒的疏水性及在氣泡上的附著能力，從而促進目標礦物的高效浮選［5-9］。因此，通過考察礦漿表面張力，可以研究浮選藥劑與浮選礦物顆粒在三相界面的作用。將礦漿表面張力的變化規律同浮選效果相聯系，對于浮選藥劑制度的制定與優化具有重要指導意義。

在浮選藥劑方面，硫化礦適宜的捕收劑包括黃藥類、黑藥類、酯類及其衍生物［10］。黃藥類是目前應用最廣的硫化礦捕收劑，主要包括丁基黃藥、MA系列、Y89等［11-13］。由于黃藥類捕收劑通常不具有起泡性，因此需要與起泡劑配合使用。對于黃鐵礦，起泡劑以烴油類為主，包括松油、煤油、松醇油（又名2號油）等，此外，以HX-609為代表的改性起泡劑由于兼具捕收性能，也是硫化礦適宜的起泡劑［14-17］。黑藥類和酯類捕收劑因其對共伴生游離金礦物具有較好的選擇性，是黃鐵礦較適宜的捕收劑，代表性藥劑包括丁銨黑藥和Z200［18-20］。由于這些捕收劑自身具有起泡性能，因此在使用時無須額外添加起泡劑，不僅簡化了藥劑制度，也降低了藥劑用量。因此，本研究選取了丁基黃藥、丁銨黑藥和MA-1 3種捕收劑，2號油、HX-609、丁銨黑藥3種起泡劑［21-22］。

本文以某黃金礦山硫化礦為研究對象，通過考察礦漿濃度、粒度、伴生礦物、捕收劑和起泡劑等不同因素下，黃鐵礦與磁黃鐵礦的礦漿表面張力，深入探討了硫化礦在不同浮選藥劑體系下的浮選特性。該研究對于改良并研發效果優良的浮選藥劑體系、簡化藥劑制度并優化浮選工藝指標具有重要的指導意義。

1試驗原料與方法

1.1試驗原料

試驗所用礦石為某黃金礦山硫化礦，其化學成分分析結果見表1，其他純礦物為網上采購。

由表1可知：試驗所用礦石金品位為1.60 g/t，硫品位為1.86 %，為含金硫鐵礦。

1.2XRD分析

取適量待測粉末狀樣品，壓片制備厚度為1.5～2 mm的平整試片。將試片置于X射線衍射（XRD）儀中進行檢測，通過設定儀器參數，獲得礦樣XRD譜圖。黃鐵礦與磁黃鐵礦XRD譜圖見圖1。

由圖1可知：試驗所用黃鐵礦與磁黃鐵礦純度較高，均達到90 %以上，雜峰很少，符合試驗要求，可以用作后續試驗研究。

1.3礦石嵌布特征

通過反光顯微鏡對純度符合要求的礦石嵌布特征進行了測定，測定結果見圖2、圖3。

由圖2可知：黃鐵礦主要以中、晚期結晶形式存在，其特征表現為粒徑較小、拋光度優良及自形性較差。該礦物主要分布在脈石礦物的裂隙或顆粒間隙中。

由圖3可知：磁黃鐵礦在礦石中主要以嵌布形式存在，主要嵌布于脈石礦物粒間，少量嵌布在脈石礦物裂隙中。嵌布于脈石礦物粒間的磁黃鐵礦粒度以大于0.037 mm為主，而嵌布在脈石礦物裂隙中的磁黃鐵礦多呈細脈狀構造產出。常見金礦物與磁黃鐵礦連晶嵌布于脈石礦物粒間，這表明磁黃鐵礦與金礦物之間存在密切的關系，磁黃鐵礦同樣是主要載金礦物。

1.4試驗藥劑

試驗過程中所采用的捕收劑包括丁基黃藥、丁銨黑藥及以異戊基黃藥為主要成分的MA-1，而起泡劑則選用了2號油、丁銨黑藥和進口的HX-609。丁基黃藥和丁銨黑藥為分析純試劑，MA-1和HX-609則為選礦廠的工業原料。試驗用水為去離子水。

1.5試驗儀器及研究方法

表面張力的測定采用瑞典百歐林公司生產的Sigma701型全自動表面張力儀，依據板法測試原理進行。將特定濃度的溶液置于平底玻璃皿中，將鉑金板安裝于升降裝置上，啟動測定程序進行礦漿表面張力的測定。每組試驗條件重復進行3次測定，測定誤差控制在0.05 mN/m內，最終取3次測定的平均值作為試驗結果。

浮選試驗采用單礦物掛槽浮選機，在室溫條件下進行。試驗過程中添加捕收劑和起泡劑進行浮選操作，對泡沫產品和槽內產品分別進行過濾、烘干、稱量，并據此計算回收率。

2試驗結果與分析

2.1礦漿濃度對礦漿表面張力的影響

將粒度-0.074 mm的黃鐵礦與磁黃鐵礦配制成不同濃度的礦漿，考察礦漿濃度對礦漿表面張力的影響，試驗結果見圖4。由圖4可知：礦漿濃度從10 % 增加至30 %，黃鐵礦礦漿表面張力從71.15 mN/m降低至69.15 mN/m；礦漿濃度繼續增加，礦漿表面張力反而升高，直至69.63 mN/m。隨著礦漿濃度持續增加至30 %，磁黃鐵礦礦漿表面張力從71.14 mN/m降低至70.72 mN/m；當礦漿濃度超過30 %，礦漿表面張力有所增加，礦漿濃度增加至40 %，礦漿表面張力達到70.90 mN/m。

2.2粒度對礦漿表面張力的影響

粒度影響顆粒比表面積，也會直接影響礦漿中難免離子的濃度，可能間接影響礦漿表面張力。在礦漿濃度30 %、pH=7、攪拌時間3 min條件下，考察粒度分別為+0.15 mm、-0.15～+0.074 mm、-0.074～+0.043 mm、-0.043～+0.02 mm的黃鐵礦與磁黃鐵礦礦漿表面張力，試驗結果見圖5。

由圖5可知：粒度越細，礦漿表面張力越小。隨著粒度從+0.15 mm降低至-0.043～+0.02 mm，黃鐵礦礦漿表面張力下降較為明顯，從72.35 mN/m 降低至64.83 mN/m；磁黃鐵礦礦漿表面張力下降幅度較小，礦漿表面張力從71.24 mN/m 降低至70.46 mN/m。

2.3伴生礦物對礦漿表面張力的影響

對礦漿濃度為30 %的黃銅礦、方鉛礦、滑石、閃鋅礦及石英的礦漿表面張力進行了測定。在pH=7、粒度-0.074 mm占比80 %的條件下，考察了黃鐵礦與磁黃鐵礦及伴生礦物質量比為7∶3時，不同伴生礦物對礦漿表面張力的影響，結果見圖6。由圖6可知：不同礦物的礦漿表面張力存在差異，具體為石英72.17 mN/m、磁黃鐵礦70.72 mN/m、滑石69.31 mN/m、閃鋅礦68.88 mN/m、黃鐵礦65.89 mN/m、黃銅礦65.72 mN/m、方鉛礦59.14 mN/m。分析結果表明，方鉛礦的礦漿表面張力最低，而石英的礦漿表面張力與水的表面張力（72.80 mN/m）最為接近。

2.4浮選藥劑對礦漿表面張力的影響

2.4.1捕收劑種類及用量

為研究捕收劑種類及用量對礦漿表面張力的影響，將黃鐵礦與磁黃鐵礦配成30 %濃度的礦漿，起泡劑2號油用量3×10-5 mol/L、粒度-0.074 mm占比80 %、pH=7，改變捕收劑種類及用量以測定礦漿表面張力，結果見如圖7。

由圖7可知：隨著捕收劑用量的增加，礦漿表面張力均呈先下降后緩慢趨于平穩的趨勢。對于黃鐵礦礦漿表面張力的影響，丁基黃藥gt;MA-1gt;丁銨黑藥；但使用MA-1的礦漿表面張力僅略微高于丁銨黑藥。而對于磁黃鐵礦礦漿表面張力的影響，丁銨黑藥gt;MA-1gt;丁基黃藥，且三者差值較大。

2.4.2起泡劑種類及用量

起泡劑種類及用量也會影響礦漿表面張力。因此，在粒度-0.074 mm占比80 %、pH=7、礦漿濃度30 %、丁基黃藥用量9 ×10-3 mol/L 的條件下，考察起泡劑種類及用量對礦漿表面張力的影響。因丁銨黑藥本身兼具起泡劑和捕收劑的作用，故測試丁銨黑藥對礦漿表面張力的影響時，無需加入丁基黃藥，試驗結果見圖8。

由圖8可知：隨著起泡劑用量的增加，黃鐵礦與磁黃鐵礦的表面張力均整體呈下降趨勢。對于黃鐵礦礦漿表面張力的影響，2號油gt;HX-609gt;丁銨黑藥，HX-609的表面張力雖然不是最低，但HX-609達到最低礦漿表面張力所用藥劑用量最少，可以明顯降低藥劑使用成本。對于磁黃鐵礦礦漿表面張力的影響，丁銨黑藥gt;HX-609gt;2號油，且三者差值較大，2號油用量為3×10-5 mol/L時可顯著降低礦漿表面張力。

2.5浮選藥劑對硫化礦浮選行為的影響

為考察浮選藥劑對黃鐵礦與磁黃鐵礦浮選行為的影響，選擇丁基黃藥、丁銨黑藥和MA-1 3種捕收劑，2號油、HX-609和丁銨黑藥3種起泡劑，在粒度-0.074 mm占比80 %、礦漿濃度30 %、pH=7條件下進行試驗。捕收劑種類與用量試驗中，起泡劑為2號油，用量3×10-5 mol/L。起泡劑種類與用量試驗中，捕收劑為丁基黃藥，用量9×10-3 mol/L。試驗結果見圖9、圖10。

由圖9可知：黃鐵礦與磁黃鐵礦的回收率整體均隨著捕收劑用量的增加而逐漸提升；當回收率達到峰值后，繼續增加捕收劑用量，回收率趨于穩定狀態。相較于丁銨黑藥和丁基黃藥，MA-1作為黃鐵礦的捕收劑性能更佳。在磁黃鐵礦的浮選過程中，使用丁基黃藥和MA-1作為捕收劑時，回收率差異不顯著。鑒于實際生產過程中簡化藥劑制度和降低藥劑成本的考量，丁基黃藥更適宜作為磁黃鐵礦捕收劑。

由圖10可知：在起泡劑用量相同條件下，HX-609在提升黃鐵礦回收率方面的效果顯著優于另外兩種起泡劑。對于磁黃鐵礦而言，2號油與HX-609的浮選效果相當。然而，從藥劑成本角度考量，2號油更具有優勢。

2.6礦漿表面張力對硫化礦回收率的影響

在礦漿濃度30 %、pH=7、粒度-0.074 mm占比80 %條件下，考察不同起泡劑用量下，礦漿表面張力與回收率之間的關系。其中，黃鐵礦的浮選藥劑為MA-1+HX-609，磁黃鐵礦的浮選藥劑為丁基黃藥+2號油。試驗結果見圖11。

由圖11可知：礦漿表面張力與回收率之間存在顯著的負相關性，即礦漿表面張力的降低與黃鐵礦和磁黃鐵礦回收率的提高呈正相關。這一現象可歸因于礦漿表面張力在浮選過程中對泡沫形成及其穩定性的影響。具體而言，降低礦漿表面張力可減少泡沫生成過程中的能量消耗，從而促進泡沫的形成。同時，礦漿表面張力的降低亦可減小Plateau邊界與其他泡沫邊界間的壓力差，降低液膜厚度，減小破裂速率，增強泡沫穩定性。因此，礦漿表面張力的降低對于提升黃鐵礦和磁黃鐵礦的回收率具有積極影響［5， 13-15］。

3結論

1）礦石性質研究結果揭示，礦石金品位為1.60 g/t，硫品位為1.86 %，為含金硫鐵礦。黃鐵礦粒度較細，是主要載金礦物；磁黃鐵礦主要嵌布于脈石礦物粒間，少量嵌布在脈石礦物裂隙中，而嵌布于脈石礦物粒間的粒度多大于0.037 mm，磁黃鐵礦與金礦物的關系較為密切，也是主要載金礦物。

2）礦漿濃度試驗揭示，隨著礦漿濃度的增加，礦漿表面張力先降低后上升，黃鐵礦與磁黃鐵礦的最佳礦漿濃度均為30 %。從粒度來看，隨著粒度的減小，黃鐵礦礦漿表面張力呈現出明顯的下降趨勢，磁黃鐵礦礦漿表面張力變化不大。伴生礦物試驗揭示，石英、磁黃鐵礦、滑石、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦的礦漿表面張力中，方鉛礦的礦漿表面張力最低。

3）從捕收劑對礦漿表面張力和回收率的影響來看，丁銨黑藥和MA-1是降低黃鐵礦礦漿表面張力的良好捕收劑，同時，浮選試驗表明MA-1為黃鐵礦的最優捕收劑。丁基黃藥對磁黃鐵礦礦漿表面張力的降低效果最為明顯，并且它也是磁黃鐵礦的優良捕收劑。從起泡劑對礦漿表面張力和浮選回收率的影響來看，丁銨黑藥為起泡劑時黃鐵礦礦漿表面張力最低，然而HX-609降低礦漿表面張力至最低點時藥劑用量最少。浮選試驗表明，HX-609在較少用量下即可使黃鐵礦的回收率達到最大值。2號油為起泡劑時磁黃鐵礦的礦漿表面張力顯著低于其他兩種起泡劑，并且2號油可在較少用量下使得磁黃鐵礦的回收率達到峰值。在實際生產中，可以根據礦石性質的不同來科學地調整浮選藥劑制度，在回收率不受影響的情況下，盡可能獲得最大經濟效益。

4）通過考察礦漿表面張力對浮選回收率的影響可知，礦漿表面張力與浮選回收率成反比關系，隨著礦漿表面張力的降低，黃鐵礦與磁黃鐵礦的回收率均顯著增加。這一規律可以用于指導生產實踐，即在硫化礦浮選中，可以嘗試通過降低礦漿表面張力來改善硫化礦的回收效果。

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Study on the effect of pulp surface tension on flotation of gold?bearing sulfide minerals

Huang Enming， Song Baoxu， Nan Nan， Ma Fangyuan， Wang Shuai， Shi Yuhang

（School of Mining Engineering， University of Science and Technology Liaoning）

Abstract： Sulfide minerals are critical targets in non?ferrous metal flotation， and their flotation efficiency is of significant interest. This study investigates the effects of pulp concentration， fineness， associated minerals， collectors， and frothers on the surface tension of the pulp through surface tension measurements， with pyrite and pyrrhotite as the research objects. Pure mineral flotation tests further explore how pulp surface tension influences the flotation recovery rates of these two minerals. The test shows that surface tension initially decreases and then increases with rising pulp concentration， with an optimal pulp concentration of 30 % for both minerals; decreasing particle size significantly reduces pyrite’s surface tension， while pyrrhotite remains relatively unaffected; galena exhibited the lowest surface tension among common associated minerals; MA-1， the prioritized collector， optimizes pyrite recovery while lowering pulp surface tension; while butyl xanthate most effectively reduces pyrrhotite’s surface tension and enhances its recovery; the frothers， HX-609 （for pyrite） and No. 2 oil （for pyrrhotite）， achieve maximum recovery and minimal pulp surface tension at low dosages. Analysis confirms that reduced pulp surface tension correlates with markedly improved recovery rates for pyrite and pyrrhotite. Thus， lowering pulp surface tension presents a viable strategy to enhance sulfide mineral flotation efficiency.

Keywords： sulfide mineral; pyrrhotite; pyrite; pulp surface tension; flotation; mechanism research

收稿日期：2024-10-10；修回日期：2024-12-01

基金項目：遼寧省教育廳面上項目（LJKMZ20220650）；遼寧省教育廳青年項目（LJKQZ20222340）；遼寧科技大學博士啟動項目

作者簡介：黃恩銘（1998—），男，碩士研究生，研究方向為有色金屬綜合利用；E?mail：1975964985@qq.com

*通信作者：南楠（1986—），女，講師，博士，研究方向為礦產資源綜合利用、浮選理論研究與藥劑研發；E?mail：nannan_neu@163.com