金屬陽離子對銅鋅硫化礦浮選行為影響的研究

摘 要： 銅鋅硫化礦的浮選過程中，礦漿中必然存在一些金屬離子或無機陰離子，礦物本身也可能會發生溶解而釋放一些離子于礦漿中，影響礦物浮選。本文通過單礦物浮選試驗實驗，在烯丙基己基硫氨酯捕收劑體系下，考察了金屬離子對黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦浮選行為的影響。結果表明，在pH=2～12內，Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺對黃銅礦浮選性能沒有影響，Cu²⁺對閃鋅礦和黃鐵礦浮選具有明顯的活化作用，Fe³⁺對閃鋅礦的浮選性能沒有影響。pH<11時，Ca²⁺能夠促進閃鋅礦與捕收劑的作用，當pH值pH為12時，Ca²⁺對閃鋅礦浮選具有抑制作用。pH<6時，Fe²⁺對閃鋅礦浮選沒有影響，pH>6時，Fe²⁺對閃鋅礦浮選有一定的活化作用。Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺對黃鐵礦浮選有一定抑制作用，其中Ca²⁺抑制作用最強。

關 鍵 詞：捕收劑；銅鋅硫化礦；陽離子；浮選

中圖分類號：TQ047 文獻標志碼： A 文章編號： 1004-0935（20202024）0×9-00001395-0×4

在銅鋅礦物的浮選過程中，礦漿中存在一些金屬陽離子或無機陰離子，礦物在破碎過程中本身也可能會發生溶解而釋放一些離子于礦漿中，影響礦物的浮選效果^[1-5]。由于某些金屬陽離子本身可作為礦物的活化劑或抑制劑，因此研究這些離子對礦物可浮性的影響規律，有助于消除和利用金屬離子的作用。本文研究了常見金屬離子對黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦可浮性的影響，以期為礦物浮選分離提供依據。

1 試驗實驗部分

以烯丙基己基硫氨酯（簡稱HATC）為捕收劑，2#油為起泡劑，進行單礦物試驗實驗，考察礦漿pH值pH、捕收劑用量、金屬離子（Cu²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺）等因素對黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦單礦物浮選性能的影響。

1.1 試驗實驗樣品

試驗實驗用黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦均取自撫順紅透山銅礦，碎磨至0.074～0.038mm后用搖床重選、電子顯微鏡下挑選出純礦物顆粒，低溫烘干后作為浮選試驗實驗樣。三種單礦物X射線衍射圖礦物的XRD圖譜見圖1.11。

由圖1可知，黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦純礦物試樣的XRD圖譜中其他礦物的衍射峰非常少，且非常弱，因此，試樣的純度較高，滿足實驗要求。

由圖1.1可知，黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦純礦物試樣的XRD圖譜中其他礦物的衍射峰非常少，且非常弱，因此，試樣的純度較高，滿足試驗要求。

1.2 試驗實驗方法

純礦物浮選試驗實驗在容積為30 mL的XFG型掛槽式浮選機上進行。每次取2 g礦樣，加30 mL蒸餾水，攪拌（1180 r·/min^-1）2 min后；用HCl或NaOH調節pH值pH，攪拌2 min，依次加入捕收劑、2#油后攪拌2 min，充氣1 min后開始浮選。泡沫產品和槽內產品分別烘干，稱重，計算回收率。單礦物浮選實驗流程浮選流程見圖1.2。

2 試驗結果與討論

2.1 不同pH值pH條件下三種礦物的可浮性

在HATC用量為30mg·/L^-1，起泡劑松醇油用量為10mg·L^-1/L，HCl或NaOH為調整劑的條件下，礦漿pH對礦物浮選性能的影響得到礦漿pH值對礦物浮選性能的影響如圖2.13所示。

由圖2.13可知，當pH=2～10時，黃銅礦的回收率隨著礦漿pH值pH的增大逐漸增加；當pH=10～12時，黃銅礦的回收率隨著礦漿pH值pH的升高有所降低。在低pH值pH條件下，HATC對黃銅礦的捕收力稍差；強堿條件下，黃銅礦的回收率有所降低。當pH=2～8時，閃鋅礦的回收率幾乎沒有變化；當pH>8時，閃鋅礦的回收率逐漸降低，可浮性明顯下降；當pH值pH為12時，閃鋅礦的回收率僅為23.6%。當pH=2～10時，黃鐵礦回收率隨礦漿pH的增加變化不大；當pH>10時，黃鐵礦的回收率逐漸降低，可浮性明顯下降。HATC體系中，pH=9.5時，黃銅礦與閃鋅礦的浮游差為38.4個百分點。HATC系列捕收劑分子中極性基團的C=S鍵及C-N鍵在不同pH介質中會發生相互轉化，在酸性介質中，ATC系列捕收劑分子的極性基以硫羰基（C=S）形式存在，ATC分子通過C=S鍵或C-N鍵與黃銅礦發生相互作用^[6-7]。隨著pH值pH的增加，黃銅礦的回收率慢慢上升，因為在堿性介質中，少量HATC分子中的硫羰基（C=S）會部分轉化為硫醇型（C-SH），-—SH基團上的H易于解離，酸性增大，捕收劑分子同時具備C=S鍵、C-SH和C-N鍵，容易與礦漿的Cu²⁺發生相互作用，化學鍵的協同作用，使HATC分子螯合能力增強，黃銅礦的回收率增加。當pH值pH為12時，黃銅礦回收率明顯下降，因為在強堿條件下，黃銅礦表面可能部分被氧化生成氫氧化銅水化膜，阻礙了捕收劑與礦物的相互作用，導致回收率降低。在實際銅鋅礦石分離中，還應考慮Cu²⁺對閃鋅礦活化的影響后^[8-9]，再確定礦漿pH值pH。

2.2 不同HATC用量條件下三種礦物的可浮性

固定礦漿pH值pH為9.5，松醇油用量為10mg·L^-1/L，HATC用量對礦物可浮性的影響得到HATC用量對三種單礦物浮選性能的影響如圖2.24所示。

由圖2.24可知，當HATC用量小于30mg·L^-1/L時，黃銅礦的回收率隨HATC用量的增加快速增加。當HATC用量為20mg·L^-1/L時，黃銅礦的回收率為76.9%；用量在20mg/L～30mg·L^-1/L時，黃銅礦回收率變化不大；當用量大于30mg·L^-1/L時，黃銅礦的回收率略有降低，隨著用量的增加，可能是因為捕收劑HATC中的正己醇含量增加所致^[10-12]，其對浮選起泡劑產生了一定抑制作用。閃鋅礦和黃鐵礦的回收率均隨著捕收劑用量的增加而增加，HATC用量分別大于40mg/L、50mg·L^-1/L時，閃鋅礦和黃鐵礦的回收率趨于穩定。當HATC用量為20mg·L^-1/L時，黃銅礦的回收率為76.9%，閃鋅礦的回收率為34.6%，黃鐵礦的回收率為17.2%，此時黃銅礦與閃鋅礦的回收差最大。因此，以HATC為捕收劑，最佳用量為20mg·L^-1/L。

2.3 金屬離子對三種礦物可浮性影響

試驗實驗選擇金屬離子Cu²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺，分別向礦漿中加入CuSO、FeCl、FeSO、CaCl溶液，固定用量為2×10^-4mo1·L^-1/L，捕收劑HATC用量為20mg·L^-1/L，松醇油用量為10mg·L^-1/L，金屬離子對黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦可浮性的影響如圖2.35～—圖72.5所示。

由圖2.35可知，在HATC體系中，當pH<8時，Cu²⁺對黃銅礦浮選略有抑制作用，這是因為HATC與Cu²⁺具有很強的絡合作用，會消耗部分捕收劑分子，從而會影響HATC與黃銅礦相互作用，降低黃銅礦的回收率。當pH>8時，Cu²⁺對黃銅礦浮選性能沒有任何影響。當pH>8時，Ca²⁺黃銅礦的浮選有一定的活化作用。在試驗實驗pH范圍內，Fe³⁺、Fe²⁺對黃銅礦的浮選基本沒有影響。

由圖2.46可知，在HATC體系中，Cu²⁺對閃鋅礦具有明顯的活化作用，當pH>8時，閃鋅礦的回收率明顯降低，表明在堿性條件下，活化后的閃鋅礦浮選受到抑制。當pH<11時，Ca²⁺能夠促進閃鋅礦與HATC的作用，使閃鋅礦的回收率略有增加，當pH值pH為12時，Ca²⁺對閃鋅礦具有一定抑制作用，此時Ca²⁺在溶液中形成了氫氧化鈣沉淀，覆蓋在閃鋅礦表面使礦物疏水性減弱，導致回收率降低^[13-14]。在試驗實驗pH值pH范圍內，Fe³⁺對閃鋅礦的浮選性能沒有影響。當pH<8時，Fe²⁺對閃鋅礦的浮選沒有影響；當pH>8時，閃鋅礦的回收率有一定幅度增加，當pH值pH為12時，回收率增加更為明顯，表明Fe²⁺對閃鋅礦浮選具有一定活化作用。

由圖2.57可知，在HATC體系中，在試驗實驗pH范圍內，Cu²⁺對黃鐵礦的浮選具有活化作用。加入Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺后，黃鐵礦的回收率略有降低，其對浮選黃鐵礦有一定抑制作用，其中Ca²⁺抑制作用最強，Fe³⁺、Fe²⁺抑制作用大體相同。

4 3 結 論（結束語）

（1）新型捕收劑HATC對黃銅礦具有良好的浮選性能。在藥劑用量為40mg·L^-1/L、pH值pH為9.5時，黃銅礦的回收率為71.5%；閃鋅礦的回收率分別為42.1%；黃鐵礦的回收率分別為24.9%

（2）捕收劑HATC體系中，當pH>8時，Cu²⁺對黃銅礦浮選性能沒有任何影響，當pH<8時，Cu²⁺對黃銅礦略有抑制作用。在pH=2～12范圍內，Cu²⁺對閃鋅礦和黃鐵礦具有明顯的活化作用；Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺對黃銅礦浮選沒有影響；Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺對浮選黃鐵礦有一定抑制作用，Ca²⁺抑制作用最強；Fe³⁺對閃鋅礦的浮選性能沒有影響。

（3） HATC體系中，當pH<11時，Ca²⁺能夠促進閃鋅礦與HATC的作用，當pH值pH為12時，Ca²⁺對閃鋅礦浮選具有一定抑制作用。當pH<8時，Fe²⁺對閃鋅礦的浮選沒有影響，當pH>8時，Fe²⁺的存在有利于閃鋅礦的浮選。

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Study on the Effect of Metal Cations on the Flotation

Behavior of

Copper Zinc Sulfide Ores

LIANG Guoshuai

（Chifeng Dajingzi Mining Co..，Ltd.，Chifeng Inner MongoliaShenyang110819025250，China）

Abstract：In the flotation process of copper zinc sulfide ore， there isaresome metal ions or inorganic anions in the slurry， and the mineral itself may also dissolve and release some ions in the slurry， affecting mineral flotation. Inthis article，investigates the effect of metal ions on the flotation behavior of chalcopyrite， sphalerite， and pyrite in the system of allyl hexyl thiocarbamate collector was investigated through single mineral flotation experiments. The results indicatedthat within the pH range of 2-～12， Ca²⁺， Fe³⁺，and Fe²⁺have had no effect on the flotation performance of chalcopyrite， Cu²⁺has had a significant activation effect on the flotation of sphalerite and pyrite， while Fe³⁺has had no effect on the flotation performance of sphalerite. When pH<was below 11， Ca²⁺can could promote the interaction between sphalerite and collectors， and when pH is was 12， Ca²⁺has had an inhibitory effect on sphalerite flotation. When pH<was below 6， Fe²⁺has had no effect on the flotation of sphalerite， while when pH>was higher than 6， Fe²⁺has had a certain activation effect on the flotation of sphalerite. Ca²⁺， Fe³⁺，and Fe²⁺have had a certain inhibitory effect on pyrite flotation， with Ca²⁺having the strongest inhibitory effect.

Key words：Collector; Copper zinc sulfide;Cation; Flotation