硫化礦浮選體系中金屬離子對石英浮選行為的影響

歐樂明，黃思捷,2，朱陽戈

(1. 中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙，410083；2. 廈門紫金礦冶技術有限公司，福建 廈門，361101)

在浮選過程中，礦漿溶液中的金屬離子往往對礦物的浮選分離有顯著的影響。一方面，為了活化某些礦物的可浮性，常添加金屬離子作為活化劑；另一方面，由礦物溶解或水中存在的金屬離子也常常顯著影響浮選過程[1?4]。石英是自然界廣泛存在的一種礦物，純凈的石英用陰離子捕收劑浮選時，其可浮性差[5?6]。以往的大量研究發現，在以脂肪酸為主要捕收劑的氧化礦浮選體系中，金屬離子的存在使石英被顯著活化[7?10]。而在以黃藥為主要捕收劑的硫化礦浮選體系中，一般認為硫化礦物與石英的可浮性差異很大，金屬離子對石英浮選行為的影響小，因而研究得很少。實際上，在硫化礦的浮選精礦中，二氧化硅通常是硫化礦精礦中含量最高的雜質組分，而且增加精選次數也很難降低精礦中二氧化硅的含量，說明石英(硅酸鹽礦物)除被泡沫夾帶和與有用礦物呈連生體形式進入精礦外，硫化礦物浮選體系中石英浮選行為的改變也是重要的原因。由于硫化礦物浮選中往往需要加入金屬離子作為活化劑或抑制劑以及礦石本身的溶解行為，大量金屬離子對石英表面的影響不可避免，因此，金屬離子對石英的活化作用是影響硫化礦精礦質量的重要方面。尤其是在對精礦質量要求較高的浮選體系，金屬離子對石英的活化作用對精礦質量有顯著的影響。如在高品質硫精礦的浮選中，石英是最主要的脈石礦物，而SiO2含量是硫精礦質量要求的重要方面。Fe3+，Pb2+，Cu2+，Ca2+，Mg2+和 Fe2+6種金屬離子是硫化礦浮選中存在的、常見的金屬離子，因此，研究硫化礦物浮選體系中常見金屬離子存在條件下硫化礦物捕收劑戊基鉀黃藥(PAX)浮選石英的行為規律，對了解以石英為代表的硅酸鹽礦物進入硫化礦精礦的機制并探討提高硫化礦精礦質量有重要意義。

1 試驗原料與方法

1.1 原料

塊狀石英試樣破碎后經手選得到石英純礦物，含SiO299.49%(質量分數，下同)，其純度達到99%以上。純礦物以瓷球磨磨細后經干篩得到粒度為 0.037～0.075 mm的礦物，以7%的稀鹽酸溶液浸泡后，用蒸餾水反復清洗至無Cl-檢出。烘干后將產品儲于磨口瓶中備用。

實驗中的浮選捕收劑為戊基鉀黃藥，起泡劑為丁基醚醇。用分析純硫酸和碳酸鈉作pH調整劑。實驗所用的水為一次蒸餾水, 銅離子、鐵離子和亞鐵離子以分析純的硫酸鹽加入，鉛離子以分析純的硝酸鹽加入，鈣離子和鎂離子以分析純的氯化鹽加入。

1.2 試驗方法

1.2.1 浮選實驗

每次稱取2.0 g礦物放入40 mL浮選槽中，調漿后加入起泡劑攪拌2 min，在XFG掛槽浮選機上浮選，在浮選過程中采取手工刮泡，浮選時間為 3 min。分別將泡沫產品和槽內產品在 60 ℃時烘干稱質量并計算回收率。

1.2.2 ξ電位測試

將礦物用瑪瑙研缽磨至粒度小于2 μm，每次稱取30 mg置于燒杯中，加50 mL蒸餾水，按照與浮選試驗相同的調漿條件加藥劑，用磁力攪拌器攪拌后在Zetaplus Zeta分析儀上進行ξ電位測量。每個樣品測量3次，取平均值。

2 試驗結果

2.1 金屬離子對石英浮選的影響

試驗研究表明：當pH在2～10的范圍內，以戊基鉀黃藥為捕收劑時，石英可浮性很差，其浮選回收率均低于15%；Fe3+，Pb2+和Cu2+可在一定的pH區間活化石英的浮選，見圖1。添加 Fe3+后，石英在 pH為中性時對石英有微弱的活化作用，使其浮選回收率增加到29.6%；Pb2+在pH為4～8范圍內對石英有一定的活化作用，當 pH為 6.34時，石英的回收率可達37.3%；Cu2+在pH為6～10范圍內時對石英有很強的活化能力，可使石英的回收率達到60%以上。同時，Ca2+，Mg2+和Fe2+對石英的浮選行為沒有明顯影響。

圖1 石英浮選回收率與pH的關系Fig.1 Relationship between recovery rate and pH for quartz

2.2 金屬離子對石英表面電性的影響

為考查金屬離子在礦物表面的吸附行為及其對捕收劑吸附的影響，對金屬離子作用與捕收劑作用前后的石英表面進行動電位測試，試驗結果見圖2。從圖2可以看出：在試驗研究的pH區間，石英的Zeta電位為負值；隨著pH的升高逐漸下降；添加Fe3+，Pb2+，Cu2+，Ca2+，Mg2+和Fe2+后，石英的Zeta電位均明顯升高，說明金屬離子可在石英表面發生吸附，這與文獻[11]中的研究結果一致；Ca2+，Mg2+和Fe2+作用后，添加戊基鉀黃藥并不影響石英的Zeta電位，說明在這3種離子作用后戊基鉀黃藥沒有在石英表面吸附；在Fe3+和戊基鉀黃藥作用下，石英的Zeta電位在pH為7附近比石英僅與Fe3+作用時有所負移；添加Pb2+或Cu2+后，在戊基鉀黃藥作用下，當pH大于5時，石英的Zeta電位比僅與Pb2+或Cu2+作用時也明顯負移，表明此時黃藥在石英表面發生吸附，且上述黃藥發生吸附的 pH區間與相應金屬離子活化石英的浮選區間一致。可見，金屬離子在石英表面發生吸附，進而使黃藥在其表面發生吸附是金屬離子活化石英浮選的重要原因。

2.3 銅鉛鐵離子的存在形式對其在石英表面吸附的影響

浮選試驗與動電位測試結果表明：Fe3+，Pb2+和Cu2+在合適的 pH區間可以活化石英的浮選。以往的研究表明金屬離子的存在狀態與其對硅酸鹽礦物可浮性的影響密切相關，如：Fuerstenau[11]認為金屬離子羥基絡合物是起活化作用的主要組分，即金屬羥基絡合物的氫氧離子和礦物表面的氫氧離子結合并脫水，使金屬陽離子吸附于礦物表面之上，或者羥基絡合物與表面進行氫鍵合；James等[12]則認為金屬氫氧化物表面沉淀是主要活性組分。

圖2 石英的Zeta電位與pH的關系Fig.2 Relationship between Zeta potential of quartz and pH

圖3 金屬離子的濃度對數圖Fig.3 Species distribution diagram for metal ions

根據溶液中金屬離子水解平衡常數和氫氧化物沉淀的溶度積[13]，計算出濃度為 1×10?4mol/L Fe3+，Pb2+和Cu2+水解產物的濃度分布如圖3所示。從圖3可見：在活化的pH區間內，Fe3+主要以Fe(OH)3沉淀形式在礦物表面吸附；Pb2+主要以PbOH+羥基絡合物形式在礦物表面吸附；Cu2+以氫氧化物沉淀及羥基絡合物 2種形式在礦物表面吸附。因此，Fe3+，Pb2+和 Cu2+金屬離子通過氫氧化物沉淀或羥基絡合物在石英表面吸附，哪種吸附方式占優勢與介質的pH有關，借助此吸附使戊基鉀黃藥進一步在石英表面發生吸附，使得石英疏水上浮。

3 結論

(1) 以戊基鉀黃藥為捕收劑，Fe3+，Cu2+和 Pb2+在一定pH范圍內對石英浮選有活化作用，Ca2+，Mg2+和Fe2+對石英可浮性基本沒有影響。

(2) 金屬離子均可在石英表面吸附使石英動電位升高，在 Cu2+，Pb2+和Fe3+起活化作用的pH區間，戊基鉀黃藥可在上述離子作用后的石英表面吸附，并導致活化作用的產生。

(3) Fe3+，Pb2+和Cu2+的氫氧化物沉淀或羥基絡合物是其活化石英浮選的有效組分。

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