Fe2+/Fe3+對水楊羥肟酸捕收鉛礬的影響

崔 瑞 聶新羽 蘭 星 豆金輝 姜興科

（武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北武漢430081）

自然界中的鉛礬通常是由方鉛礦經氧化后形成的，主要成分為PbSO4。其主要產于鉛鋅硫化物礦床的氧化帶中，由方鉛礦等含鉛硫化物經氧化作用形成。鉛礬也廣泛存在于以閃鋅礦為原料進行浸出后的鋅浸出渣中［1］，鋅浸出渣中的鉛礬是由方鉛礦與硫酸發生反應生成。羥肟酸類捕收劑作為對金屬離子具有高選擇性的一種螯合類捕收劑，已被廣泛研究與應用，在浮選錫石［2-4］、白鎢礦［5-6］、稀土礦物［7-8］和獨居石［9］等氧化礦時表現出良好的捕收性能及選擇性能。

文獻［10］指出，在以水楊羥肟酸為捕收劑浮選鋅浸出渣中的鉛礬時，不能取得理想的浮選指標，與純礦物浮選試驗結果差異較大；但是對鋅浸出渣清洗后再以水楊羥肟酸為捕收劑進行浮選，選別指標提高明顯，主要是由于浸出渣中雜質金屬離子的存在對浮選過程產生了影響。然而，以清洗的形式消除離子影響會增加冶煉廠水消耗量，而且清洗水無法有效利用，因此為了提高鋅浸出渣的資源化利用率，探究金屬離子影響機理，考察了Fe2+/Fe3+對水楊羥肟酸浮選鉛礬的影響。

1 試驗原料

廣東某冶煉廠鋅浸出渣中所含鉛礬為硫酸與方鉛礦發生化學反應生成，為研究鐵離子對鉛礬浮選回收的影響，鉛礬純礦物可用合成試劑代替，試驗中采用的鉛礬為國藥集團化學試劑有限公司生產，粒度分布見表1，主要化學成分分析結果見表2；七水合硫酸亞鐵為國藥集團化學試劑有限公司生產；硫酸鐵為麥克林公司生產；pH調整劑為氫氧化鈉以及硫酸。以上所用藥劑均為分析純試劑，試驗用水均為去離子水。

捕收劑為水楊羥肟酸，淺粉紅色粉末，純度＞95%，其分子式為C7H7NO3。

2 試驗方法

2.1 純礦物浮選試驗

純礦物浮選試驗在XFG型掛槽式浮選機上進行，浮選槽容積為150 mL，浮選試驗給礦量為8.00 g，加水100 mL，浮選溫度為室溫（20℃左右），浮選時間為4 min。浮選結束對所得精礦（泡沫產品）烘干稱重，計算回收率。浮選試驗流程如圖1所示。

2.2 礦漿吸光度測定

吸光度測量試驗在UV-2550型分光光度計上完成。取2.00 g純礦物置于25 mL事先調好pH的溶液中，按照浮選步驟進行磁力攪拌、加入金屬離子及水楊羥肟酸，作用完全后，取上層溶液于高速離心機中離心10 min，取上清液進行吸光度測量。

2.3 紅外光譜測試

紅外光譜測試在TENSORⅡ型傅里葉變換紅外光譜儀上進行，采用溴化鉀壓片法進行檢測。使用瑪瑙將鉛礬磨至-2 μm，稱取2.00 g置于5 mL燒杯中，調節礦漿pH并按照浮選流程依次加入金屬離子及水楊羥肟酸，磁力攪拌20 min后過濾并沖洗礦物5次，所得樣品置于真空干燥箱中充分干燥，溫度設置為25℃。對烘干樣品進行紅外光譜測試。

3 試驗結果與討論

3.1 水楊羥肟酸用量試驗

在自然pH條件下，考察水楊羥肟酸用量對鉛礬可浮性的影響，結果見圖2。

由圖2可得：不添加水楊羥肟酸時，鉛礬幾乎不上浮，鉛礬天然可浮性較差；以40 mg/L的濃度梯度添加水楊羥肟酸，隨著水楊羥肟酸用量的提高，鉛礬回收率迅速提高，水楊羥肟酸對鉛礬具有較強的捕收性能；水楊羥肟酸用量大于120 mg/L時，鉛礬回收率隨水楊羥肟酸用量增加變化不明顯，水楊羥肟酸用量為160 mg/L時，鉛礬回收率最大，為92.5%。因此，選擇水楊羥肟酸用量為160 mg/L。

3.2 pH條件試驗

在水楊羥肟酸用量為160 mg/L條件下，考察pH對鉛礬可浮性的影響，結果如圖3所示。

從圖3可以看出：礦漿pH為2、3、13時，鉛礬浮選回收率較低；pH在4～12范圍內時，鉛礬回收率穩定在90%以上，即在一定范圍內礦漿pH對鉛礬可浮性沒有顯著影響。由于本研究探究目標為金屬離子的影響，因此后續試驗過程中pH選取4～12。

3.3 鐵離子影響試驗

在Fe2+、Fe3+濃度分別均為5×10-4mol/L，浮選pH分別為5、7、9、11條件下，考察Fe2+/Fe3+對鉛礬可浮性的影響，結果見圖4。

從圖4可以看出：當Fe2+濃度為5×10-4mol/L時，鉛礬回收率隨著pH值的升高呈下降趨勢，在礦漿pH從5到9的過程中回收率下降幅度較小，當礦漿pH為11時，浮選回收率最低；當Fe3+濃度為5×10-4mol/L時，在5～11的pH范圍內，鉛礬的回收率在10%左右波動，相對較為穩定。在水楊羥肟酸為捕收劑的浮選體系中，Fe2+及Fe3+對鉛礬均有較強的抑制作用，其中Fe3+的抑制作用更為強烈，在其濃度為5×10-4mol/L時，鉛礬回收率僅為10%左右。

3.4 吸光度測量

設置Fe2+與Fe3+濃度分別均為10-4mol/L、5×10-4mol/L、10-3mol/L、5×10-3mol/L及10-2mol/L，水楊羥肟酸用量為160 mg/L，在pH為7的條件下分別測量礦漿上清液吸光度，結果如圖5、圖6所示。

從圖5、圖6可以看出：波長為470 nm附近出現吸收峰，該峰為羥肟酸鐵的吸收峰［11］，在極性溶液中發生藍移產生；隨著離子濃度的升高，礦漿中的羥肟酸鐵含量也隨之升高；當金屬離子濃度達到5×10-3mol/L時，再增加離子濃度，礦漿中羥肟酸鐵濃度不再升高，這是因為在金屬離子濃度小于5×10-3mol/L時，溶液體系中水楊羥肟酸過量，當金屬離子濃度大于5×10-3mol/L時，水楊羥肟酸與金屬離子完全反應產生羥肟酸鐵，因此，礦漿中羥肟酸鐵的濃度不再升高。

3.5 紅外光譜測量

在Fe2+及Fe3+濃度分別均為5×10-4mol/L，水楊羥肟酸濃度為160 mg/L，pH為7的條件下進行紅外光譜分析，結果如圖7所示。

從圖7可以看出：3 284 cm-1處為酚羥基振動峰［12］，3 135 cm-1與2 884 cm-1處為肟類化合物中羥基振動峰，2 689 cm-1與2 557 cm-1處為水楊羥肟酸生產原料中的HO—NH2·HCl所攜帶的NH2+伸縮振動峰，1 609～1 450 cm-1之間出現的4個尖銳吸收峰為芳環伸縮振動峰，1 355 cm-1與1 315 cm-1為肟基中的N—O鍵振動峰，1 247～1 030 cm-1處為苯環的—H面內彎曲振動峰，904 cm-1與747 cm-1處為苯環的—H面外彎曲振動峰。747 cm-1以后的峰為水峰及其他峰，無分析意義。

對比鉛礬與水楊羥肟酸作用前后的FTIR圖譜，可以發現鉛礬與水楊羥肟酸作用后相對于作用前，在1 161 cm-1與1 058 cm-1處有新峰出現，并且峰面積也發生較大的改變。這是由于水楊羥肟酸與鉛礬表面的Pb2+發生螯合反應，反應方程式為［13］

添加Fe2+或Fe3+，對比鉛礬以及鉛礬與離子作用前后的FTIR圖譜，可得3者之間幾乎無差異，即當Fe2+或Fe3+與水楊羥肟酸同時加入時，水楊羥肟酸幾乎不能在鉛礬表面吸附。結合吸光度測量，綜合分析可得，Fe2+與Fe3+在礦漿中與水楊羥肟酸發生了螯合反應，反應方程式為

這是由于Fe2+與Fe3+均能與水楊羥肟酸發生螯合反應，從而消耗水楊羥肟酸，使礦漿中水楊羥肟酸濃度減少，阻止了絕大部分的水楊羥肟酸與鉛礬發生捕收作用，致使浮選回收率急劇下降。

4 結論

（1）鉛礬天然可浮性差，無水楊羥肟酸作用時，鉛礬幾乎不上浮；水楊羥肟酸對鉛礬具有較強的捕收性能，水楊羥肟酸用量為160 mg/L，礦漿pH=4～12時，以水楊羥肟酸為捕收劑浮選鉛礬，鉛礬回收率均在90%以上。

（2）Fe2+與Fe3+存在時，以水楊羥肟酸為捕收劑浮選鉛礬，鉛礬回收率急劇下降的原因是Fe2+與Fe3+在礦漿中與水楊羥肟酸發生螯合反應，消耗了水楊羥肟酸。

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