矿物的表面特性是界面现象中最重要的一种特性,矿物表面特性很复杂,包括表面键的断裂、表面电性、表面离子状态、表面溶解性以及表面结构和化学组成等,这些表面特性与矿物可浮性具有直接的关系;因此通过改变矿物表面的某些特性可以达到分离矿物及改善浮选效果的目的。
硫化矿的磨矿一般采用湿式球磨,硫化矿物进行湿式球磨时,硫化物之间、硫化矿物与磨矿介质之间会发生原电池相互作用,对捕收剂在硫化矿物表面的作用过程会产生较大的影响,进而影响硫化矿物的浮选分离效果。磨矿体系对硫化矿表面电化学反应的影响可以归结为以下几个方面:
(1)磨矿行为改变了矿物的表面性质,在矿物表面产生缺陷,引人杂质,使得表面电子能级产生变化,影响到矿物的电极电位,同时也改变了表面的活性。
(2)磨矿介质的某些组分直接参与矿物表面氧化还原反应,影响表面产物。
(3)腐蚀电偶的作用在新生表面与未磨剥表面之间、矿物与矿物之间、矿物
与介质之间、不同性质的表面之间,因为各自的电位不同而形成腐蚀电偶。
胡岳华等人的研究表明,机械力因素影响电极电位变化,当方铅矿、黄铁矿受到不同介质的机械力作用时,随着介质的改变及机械力大小的改变,其电位发生变化,量子化学计算表明机械力作用下,表面电子结构发生改变,导致与药剂作用的机制发生改变。研究发现磨矿过程中机械力-表面缺陷-表面能级之间的相互关联,通过控制磨矿化学环境进行矿物界面特性调控,进而对矿物表而与药剂相作用乃至最终浮选行为进行调控。
顾帼华等人的研究结果表明,黄铁矿和黄铜矿在铁介质和不锈钢介质磨矿体系中,矿物电极表面产生阴极电流,磨矿介质为阳极,被氧化,生成铁的羟基配合物,覆盖在矿物表面,削弱了体系中药剂与矿物之间的吸附作用。不同磨矿气氛造成磨机中氧化还原气氛不同,影响硫化矿物表面性质。
何发钰等人论述了国内外关于磨矿环境对硫化矿物表面形态与性质、矿浆化学性质及其浮选行为的影响。在硫化矿物的磨矿-浮选体系中,磨矿过程是一个复杂的物理、化学和物理化学过程,存在着力学、电化学和机械力化学等多种作用因素,共同影响着硫化矿物的表面形态与性质、矿浆的溶液化学性质和硫化矿物的浮选行为。通过改变磨矿介质和在磨机中添加药剂等多种方式调控磨矿环境,可使硫化矿物的浮选分离得到改善。
Peng等人的研究表明,在磨矿时产生的三价铁的氧化物是影响方铅矿浮选的主要因素,有人在研究磨矿对闪锌矿的活化作用时发现,磨剥行为使Fe2+取代闪锌矿的Zn2+,改变了矿物的表面性质,恶化了闪锌矿的浮选。用XPS研究磨矿后方铅矿、闪锌矿表面发现,方铅矿、闪锌矿表面都有含铁化合物出现,且它们的特征峰随磨矿时间延长而增强。另外对硫化铜矿、毒砂的研究都表明,磨矿矿浆中铁离子影响硫化矿的可浮性。
Huang等人利用XPS技术研究了磨矿环境对毒砂表面性质和可浮性的影响,结果表明,磨矿介质的电化学活性越强,毒砂表面的亲水氧化铁和氧化物越多,这些亲水物质降低细粒级毒砂的可浮性。
Wei等人的研究表明:非铁质磨机的氧化性磨矿环境可提高铅回收率,但由于矿石氧化产生的铜离子对闪锌矿的活化而降低了浮选选择性。相反,传统铁质磨机磨矿则导致铅回收率下降,而选择性提高,铁质磨机磨矿时铅回收率降低可能是由铁氧化物在矿物表面覆盖而造成的,而且对粗粒矿物的抑制更明显。
B 硫化矿浮选过程中的电化学行为
在进行硫化矿物浮选分离的试验研究过程中发现:矿浆电位、矿浆pH值和体系组分浓度对控制硫化矿物间的浮选分离起重要作用,而矿浆电位是硫化矿浮选过程中控制的关键因素。硫化矿物浮选体系的基本性质是电化学性质,硫化矿物具有半导体性质,巯基类捕收剂具有氧化还原性,在硫化矿-液相界面上涉及电荷传递反应,因此硫化矿物与黄药类捕收剂的作用是电化学过程。
经过多年的研究,已经形成了硫化矿电化学浮选的理论体系,这里不再赘述。近年来,研究的体系以丁黄药、Z-200、巯基苯骈噻唑、乙硫氮、丁胺黒药、苯胺黑药、硫醇、石灰等为主,主要针对黄铜矿、方铅矿、黄铁矿、铁闪锌矿、脆硫锑铅矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿等矿物的电化学行为,用电化学机理解释了矿物的浮选行为及其与药剂作用的机理,为硫化矿的电位调控浮选提供了基础。但是,这些研究大部分都是利用矿物电极或金属电极进行的,对于矿浆电化学特性的研究基本没有进行在线检测,而是利用矿浆的上清液进行检测,因为纯矿物电极并不能从内部结构和导电特性上代表矿浆体系,从而造成数据的偏差较大。所以,如何利用纯矿物电极更好地代替矿浆体系是进一步研究的方向。
硫化矿浮选过程中矿物间的电化学行为也得到了进一步的研究。G.Urbano用比较伏安法研究了方铅矿和闪锌矿之间氧化作用的相互影响。由于与锌和镉的硫化矿间存在伽伐尼作用,闪锌矿精矿中的方铅矿氧化程度减小,而闪锌矿和其他矿物的氧化程度增加。与纯方铅矿对比发现,闪锌矿中的方铅矿在更高的电位下才会氧化,证明与其他矿物组合减小了方铅矿的反应活性。精矿中方铅矿的存在使闪锌矿氧化反应发生,这在纯闪锌矿中通常难以观测到。