王进明
氧化锑矿的浮选回收是选矿界的一个难题,浮选工艺和基础理论相关的研究还很少。本文以黄锑矿、石英和方解石晶体结构和主要解理面性质差异研究为基础,通过单矿物浮选试验研究了阴、阳离子捕收剂浮选体系中三种矿物的浮选行为,并结合表面电位、吸附量、X射线光电子能谱、红外光谱及量子化学计算等方法,对浮选药剂与矿物间的作用机理进行了研究。主要研究结果如下：
(1)三种矿物晶体结构及表面性质研究 黄锑矿和石英主要解理面(001)面的表面能分别为1.646J/m2和2.675J/m2,方解石主要解理面(104)面的表面能为0.887J/m2。黄锑矿、石英和方解石表面在费米能级附近的态密度主要均由O2p轨道构成,氧是黄锑矿和石英表面的活性位点,因此二者的表面性质有一定的相似性。XPS检测结果表明：石英和黄锑矿表面氧的相对含量较为接近,方解石表面氧的相对含量则相对较低,表面含氧量差异导致了三种矿物表面电位及浮选药剂在矿物表面作用的差异。黄锑矿、石英和方解石的零电点PZC分别测得为2.4、2.6和7.6。
(2)阳离子捕收剂浮选体系 季铵盐31系列捕收剂对黄锑矿具有较强的捕收能力,且随着碳链长度的增加而增强,可浮选的pH区间也相应扩大,但季铵盐31和27系列捕收剂对石英和方解石的捕收能力强于黄锑矿,难以实现黄锑矿与石英和方解石的浮选分离。十二胺为捕收剂,pH>10.5时黄锑矿的浮选受到抑制,而石英和方解石回收率可达85%以上,可实现黄锑矿与石英和方解石的反浮选分离。十二胺在矿物表面吸附量和矿物表面电位的变化与十二胺对三种矿物的浮选行为一致,说明静电作用起重要作用。十二胺分子、水分子和十二胺离子在黄锑矿表面吸附能从大到小顺序为DDA>H2O>DDA+。十二胺阳离子不仅能排挤开黄锑矿表面的水分子而形成疏水吸附层,而且比十二胺分子更容易在黄锑矿表面形成静电吸附和氢键吸附。碱性条件下,十二胺分子仍能在石英和方解石表面产生一定的吸附,却很难吸附于黄锑矿表面,是实现黄锑矿与石英和方解石浮选分离的原因。
(3)金属离子对三种矿物的活化 不添加金属离子时,油酸钠对黄锑矿和石英均没有捕收作用,但对方解石具有较好的捕收效果。Ca2+、Mg2+在高碱度条件下能活化石英,但对黄锑矿基本上没有活化作用。Al3+.Fe3+离子能活化黄锑矿,但石英同时也受到活化。Pb2+离子能选择性活化黄锑矿和石英,但二者分选的pH区间较小,Cu2+能实现黄锑矿和石英的选择性活化,可在较大的pH区间实现二者的浮选分离。无论添加何种金属离子,方解石均能得到较高的浮选回收率。
(4)阴离子捕收剂浮选体系 以铅离子为活化剂,A型氧化锑捕收剂和十二烷基硫酸钠分别在pH=6.7和pH=6.1左右,可实现黄锑矿与石英的浮选分离,对应pH条件下,A型氧化锑捕收剂及十二烷基硫酸钠在铜离子活化的黄锑矿表面发生了化学吸附,而在石英表面仅发生物理吸附。两种捕收剂对三种矿物的浮选行为与矿物表面电位及捕收剂吸附量变化规律一致。硝酸铅为A型氧化锑捕收剂在黄锑矿表面吸附的活性质点,而Pb+是十二烷基硫酸钠在黄锑矿表面吸附的活性质点。Pb+和硝酸铅均起到“架桥”作用,把黄锑矿表面和捕收剂连接起来,实现黄锑矿的活化。
(5)两种阴离子捕收剂结构性能差异 A型氧化锑捕收剂和十二烷基硫酸钠对黄锑矿浮选行为差异的原因在于两者结构的差异,[SDS]-、[OH]-、[01]-在硝酸铅沉淀活化的黄锑矿表面吸附能顺序为[SDS]>[OH]->[01]-,[SDS]-不能排开在硝酸铅表面重新吸附的[OH]-,而[01]-则能排开硝酸铅表面重新吸附的[OH]-,实现黄锑矿的浮选。[SDS]-与[Ol]-相比,前者对硝酸铅的静电排斥作用更强,化学吸附活性相对弱。 (6)锡矿山氧化锑矿浮选工艺研究 对锡矿山北选厂含Sb品位1.11%的氧化锑矿,以“直接浮选”工艺可以得到Sb品位2.57%,回收率78.7%的指标。采用“直接浮选-硫化焙烧-浮选”工艺可以得到Sb品位21.8%,回收率64.81%的指标。
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