硫化矿无捕收剂浮选技术研究
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：382
硫化矿无捕收剂浮选技术研究 张治元 肖文馨 史玲 谢建宏 西安建筑科技大学材料科学与工程学院 摘 要 提出了添加一种电化学调整剂实现无捕收剂浮选的工艺，此工艺已成功应用于某大型铁矿山的硫浮选，并对某大型含铜磁铁矿矿石取得了铜、硫无捕收剂浮选的试验研究成果。对所采用的电化学调整剂—电化I号的作用机理进行了考察研究。 关键词 硫化矿 无捕收剂浮选 电化学调整剂 矿浆电势 1 前言 20世纪40年代发现电化学调控硫化矿无捕收剂浮选以来，已经取得了大量的理论研究成果。硫化矿电化学调控浮选的根本特征是：通过电势—pH值的匹配、调节和控制，使硫化矿物表面疏水化和亲水化，从而达到浮选与分离。硫化矿表面的捕收剂疏水化和无捕收剂疏水化，是一个电极反应过程。硫化矿物—液相的界面电势决定着硫化矿的浮选与抑制。因此，电化学调控的宏观作用是把电势调到某个值，产生疏水化的电极反应（浮选）；或调到另一个值，使产生疏水体的电极反应不发生（抑制）。电化学调控下的无捕收剂浮选的理论研究分两个方面： 1.1无电化学调整剂的无捕收剂浮选疏水化机理研究 有影响的观点有三种： (1)认为电化学调控下，硫化矿表面适度阳极氧化产生中性硫（S0），导致浮选。 MS+H2O←→S0+MO+2H++2e （2）认为电化学调控下，硫化矿表面阳极氧化初期生成的缺金属富硫化合物是疏水体。硫化矿表面氧化开始时，金属离子优先离开矿物晶格，进入液相，留下缺金属富硫层，这种物质被认为是疏水的。随着氧化过程的继续，金属离子越来越多地离开矿物晶体，进入液相，富硫程度越来越高，最终在矿物表面生成中性硫。总反应式为： MS+xH2O ←→ M1-XS+xMO+2xH++2xe (3)认为硫化矿物的溶解度很小，不易被水润湿，决定了矿物的无捕收剂浮选，溶解度越小，无捕收剂可浮性越好。从本质上说，这种看法属于传统的天然可浮性范畴。 1.2有电化学调整剂的无捕收剂浮选疏水化机理研究 有些硫化矿（如黄铁矿）不具备自身氧化生成的中性硫（S0），因此必须添加电化学调整剂，即在电化学调整剂诱导下的无捕收剂浮选。一种情况，在硫化矿表面生成中性硫促进无捕收剂浮选；另一种情况，作为还原电势调整剂降低了矿浆电势，抑制了某些硫化矿的无捕收剂浮选。[next] 1.3电化学调控的方法 （1）外控电势法 浮选槽中加入电极，如芬兰奥托昆普公司研制了外控电势浮选机，成功地应用于浮选低品位铜镍硫化矿石。这一方法排除了化学因素对硫化矿物浮选的影响，可以得到硫化矿物浮选行为与电势的单一依赖关系。但目前在现场实施尚有一定困难，矿浆中的电势值不能达到均匀。 （2）化学法 向浮选矿浆中加入一些氧化还原剂调节矿浆电势。化学法在工业上更容易实现，但矿浆电势取决于浓度较高的电对，欲控制矿浆电势，就需要一定的氧化—还原剂浓度，如果选择不当，则可能会导致对浮选过程的不利影响或导致药剂成本的增高。因此研究寻找适宜的电化学调控方法是推动无捕收剂浮选实用技术发展的关键。 我校自1998年开始这方面的研究，提出了仅通过添加少量电化学调整剂进行调控的无捕收剂浮选工艺，该工艺已成功应用于某大型铁矿的硫浮选，并对某大型含铜磁铁矿的铜、硫浮选取得了试验研究成果。 2 电化I号调控下的无捕收剂浮选 对黄铜矿、辉铜矿及黄铁矿等硫化矿物的无捕收剂浮选的研究表明，添加少量电化I号可使捕收剂（黄药）用量减少80-90%，显著降低浮选药剂成本；电化I号，原料来源广，价格便宜，添加量少，使用方便，对浮选过程无有害影响；采用此工艺无需对原生产流程及设备进行任何改动。 2.1 在某大型铁矿硫浮选的应用 该公司选厂年生产能力（原矿石）120万t/a，原矿TFe品位50-52%，S品位3%左右，采用浮-磁流程，先浮硫得硫精矿，然后采用弱磁选回收铁精矿。硫浮选添加丁基黄药100g/t以上，2号油60g/t。无捕收剂浮选实验室试验和现场工业试验结果分别如表1和表2所示。表中原生产药剂条件：丁基黄药100g/t，2号油60g/t；试验药剂条件：电化I号100g/t，丁基黄药20g/t，2号油60g/t。 表1 无捕收剂浮选实验室试验结果 | 条件 | 产物 | 产率（%） | 品位（S）/% | 回收率（S）/% |
| 原常规浮选 | 精矿中矿尾矿原矿 | 7.761.4690.78100.00 | 39.2414.280.323.54 | 85.925.888.20100.00 |
| 无捕收剂浮选 | 精矿中矿尾矿原矿 | 8.601.2590.15100.00 | 38.558.580.313.70 | 89.552.907.55100.00 |
表2 无捕收剂浮选工业试验结果 | 条件 | 产物 | 产率/% | 品位（S）/% | 回收率（S）/% |
| 原常规浮选 | 精矿尾矿原矿 | 5.6094.40100.00 | 37.540.392.47 | 85.1014.90100.00 |
| 无捕收剂浮选 | 精矿尾矿原矿 | 6.3893.62100.00 | 37.230.422.77 | 85.8014.20100.00 |
实验室试验及工业试验结果表明，无捕收剂浮选可以取代原常规浮选。该厂已从1999年下半年将无捕收剂浮选新工艺应用于生产至今，仅年节省药剂生产成本就可达100万元以上。[next] 2.2 某大型含铜磁铁矿铜、硫无捕收剂浮选试验成果 该矿矿石中主要金属矿物为黄铜矿、含钴黄铁矿及磁铁矿，采用浮-磁流程，先铜硫混合-分离浮选得铜精矿和硫钴精矿，然后浮尾磁选回收铁精矿。铜硫混合浮选添加乙基黄药70g/t，2号油72g/t；铜硫混合精矿经Φ50M浓密机脱药后，分离浮选，分离浮选加石灰和Z-200药剂。经无捕收剂浮选试验研究，在添加电化I号90g/t的条件下，乙基黄药用量可由70g/t降至7g/t，比常规浮选减少90%；由于混合浮选捕收剂用量大幅度地减少，因而改善了铜硫分离，混精可不经脱药直接进行分离浮选，且原分离浮选添加的Z-200药剂可以省掉，石灰用量可大幅度减少（50%）。表3和表4分别示出混合浮选对比试验及全流程浮选闭路试验结果 表3 混合浮选开路对比试验结果 | 条件 | 产物 | 产率（%） | 品位/% | 回收率/% |
| Cu | S | Cu | S |
| 原常规浮选 | 混精浮尾原矿 | 7.8692.14100.0 | 8.200.0810.719 | 23.520.202.03 | 89.6210.38100.00 | 90.949.06100.00 |
| 无捕收剂浮选 | 混精浮尾原矿 | 8.6191.39100.0 | 7.020.0510.651 | 21.100.2152.02 | 92.817.19100.00 | 90.269.74100.00 |
表4 全流程无捕收剂浮选闭路试验结果 | 产物 | 产率（%） | 品位/% | 回收率/% |
| Cu | S | Cu | S |
| 铜精硫精浮尾原矿 | 2.713.6393.66100.0 | 22.130.550.0520.668 | 29.8833.940.212.24 | 89.722.997.29100.00 | 36.1755.048.79100.00 |
实验研究表明，采用电化I号调控的无捕收剂浮选同样可用于铜硫混合浮选，不仅可降低药剂成本还可改善铜硫分离。 3 电化I号作用机理的考察 采用PXD-2型通用离子计及JJO-2型润湿角测定仪考察研究了电化I号对矿浆电势、pH值及矿物润湿接触角的影响。 3.1 电化I号浓度与矿浆电势 图1为不同电化I号浓度下清水及矿浆滤液的电势测定结果。矿浆滤液即在浮选矿浆浓度下添加电化I号作用后经过滤得到的滤液。[next] 
由图1看出：不添加电化I号下，清水与滤液的电势值相同，表明矿粒在细磨过程中虽受到氧化，但并未影响水中的溶氧浓度，其氧化电势与清水中的溶解氧所造成的氧化电势相近；清水曲线的变化梯度反映出具有还原性的电化I号与水中溶解氧等氧化性物质作用的结果；清水曲线与滤液曲线的变化梯度存在较大的差别，反映出电化I号在矿物表面发生吸附与化学作用的结果，由于电化I号的浓度范围很低，所以滤液电势的降低幅度很小。 图2为电化I号浓度比较高的情况下的滤液电势变化曲线。 在电化I号浓度达到900mg/l左右，矿浆电势发生逆转（由正转负），继续增大电化I号的浓度，矿浆电势的降低变缓。表明矿浆中的氧化性物质已基本被还原，矿浆已显示较强的还原性。考虑到 电化I号在使用中要在矿浆中滞留较长的时间，故测定了电化I号浓度为30mg/l的矿浆在不同搅拌时间下的矿浆电势值，见表5。 表5 电化1号浓度为30mg/l的矿浆在不同搅拌时间条件下滤液的电势值 | 搅拌时间（min） | 5 | 10 | 20 | 40 | 80 |
| 电势值 （mV） | 130 | 131 | 132 | 130 | 132 |
表5数据表明电化I号在矿浆中较长时间的搅拌下仍表现出稳定的化学性质。[next] 3.2 电化I号浓度与矿浆pH 见图3 电化I号水解呈碱性，由于电化I号在矿物表面发生吸附与化学作用，因此清水与滤液两曲线呈现不同变化梯度。 3.3 电化I号浓度与矿物润湿接触角 采用JJO-2型接触角测定仪，测定了在不同电化I号浓度下清水及矿浆中黄铜矿、黄铁矿和方铅矿薄片的润湿接触角，测定结果如图4、图5所示。
[next] 从图4和5可以看出，三种矿物接触角在不同浓度电化1号溶液中呈现的变化趋势相似；在同一浓度下，黄铜矿、方铅矿接触角较大，而黄铁矿接触角较小；在没有电化1号存在时，黄铁矿与黄铜矿、方铅矿接触角的差别很大，而添加电化1号后可使这一差别大大减小；在清水溶液中，电化1号浓度在10~30mg/l时，各矿物接触角均较大，而在矿浆滤液中，矿物接触角较大时的电化1号浓度范围为20~40mg/l（可认为是由于在矿粒表面吸附、作用导致药剂的消耗）。与这一浓度范围相对应的添加量为50—100g/t,这与选别试验现象完全吻文合，此时黄铜矿接触角为500以上，黄铁矿接触角为450以上，已具有良好的自然可浮性。根据图1、图3，此时矿浆pH值为8左右，电势值为127~132mV，黄铜矿与黄铁矿都可能处于适度氧化范围，表面可以生成疏水性物质S0。 通过对电化1号机理的考察研究，可认为电化1号对矿浆电势的调控是导致铜、硫矿物无捕收剂浮选的重要原因。也证实了电化1号在矿物表面发生吸附或反应的现象，由于未能对矿物表面的物质组成变化进行分析，所以尚不能解释电化1号的诱导活化机制。 4结论 （1）采用电化学调整剂—电化I号调控的无捕收剂浮选工艺，可以成功地取代传统的铜、硫浮选工艺，黄药用量可减少80-90%，显著降低浮选药剂成本，且不需要对原来的浮选流程及设备进行任何改动，对铜硫混合浮选采用无捕收剂浮选后，还有利于改善后续的铜硫分离。 （2）对电化I号作用机理的研究考察表明，电化I号在溶液中显碱性，性质较稳定，在较长时间的搅拌下不会发生明显的变化；当其添加量在50-100g/t时，黄铜矿、方铅矿及黄铁矿均可获得较大的接触角，呈现良好的可浮性，与实验完全吻合；对矿浆电势的调控是电化I号重要的作用机制。 参考文献 1 T. W. Healy and M. J. Moignard, Flotation, A. M. Gaudin Memorial Volume 1,edited by M. C. Fuerstenau,:275~297(1976)2 Luttred G H, Yoon R H. Surface chemistry of collectorless flotation of chalcopyrite. 112th SME—AIME Annual Meeting, 1983, Atlanta, Georgia, preprint.No.p.83~1963 孙水裕，王淀佐，李柏淡.硫化矿电化学调控浮选及无捕收剂浮选的理论与应用（IV）电化学调控的机理和应用技术.《国外金属矿选矿》1992，第2期，18~204 张治元，史玲，李鸿岩.无捕收剂电化学浮选技术在某大型含铜磁铁矿的应用，《2000年全国矿产资源和二次资源综合利用学术研讨与经验交流会论文集》，金属矿山增刊，成都，2000.9
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