1993, Vol. 7引用本文 |
| 硫化矿物硫化钠诱导浮选的基本行为 |  [PDF全文] |
早已发现，HS-离子能在惰性铂电极上阳极氧化产生中性硫(S0)，使电极表面疏水。HS-离子对硫化矿物表面疏水性和无捕收剂浮选的影响已成为最近感兴趣的一个研究课题。在所有硫化矿物中，黄铁矿电极的静电位最高，与钼电极性质最为接近。有理由认为HS-离子也能在黄铁矿表面氧化生成中性硫，导致黄铁矿的无捕收剂浮选。文献的报道证实了这种预测。黄铁矿在空气饱和液相中经硫化钠调浆后，其无捕收剂浮选行为明显改善，并把这种无捕收剂可浮性称之为硫化钠诱导浮选。砷黄铁矿与黄铁矿的性质非常相近，我们的研究发现，即使在pH12强碱性介质中，HS-离子的添加能促进砷黄铁矿的无捕收剂浮选。
本文研究了HS-离子对五种硫化矿无捕收剂浮选的影响，得到了硫化钠诱导浮选的基本行为曲线。
1 浮选试验结果试验中所用五种单矿物的含量及半导体类型，浮选方法和浮选用水，矿浆电位测定方法，见参考文献的试验方法部分。所用硫化钠为分析纯，调浆2min，并且用其调控矿浆电位。
1.1 pH的影响图 1表明了在空气饱和碱性介质中，硫化矿经硫化钠调浆2min后的无捕收剂浮选行为与pH的关系。显然硫化矿可以分成二组，一组包括黄铁矿和砷黄铁矿，其硫化钠诱导浮选行为在pH8~12范围内较好。另一组包括黄铜矿、方铅矿和闪锌矿，其硫化钠诱导浮选在pH8~12范围内差，即硫化钠不能诱导其浮选。
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| 图 1 硫化矿经硫化钠调浆后的无捕收剂浮选行为与pH的关系 |
1.2 硫化钠浓度的影响
图 2表明了在空气饱和碱性介质中，硫化钠浓度对硫化矿硫化钠诱导浮选的影响。硫化钠浓度为零的始点为自诱导浮选，pH12.0时黄铜矿和方铅矿的自诱导浮选良好，上浮率为98%。随着硫化钠浓度增加，这两种矿物的无捕收剂浮选行为明显变差，当CNa2S=100mg/L，上浮率降为零。这表明硫化钠的添加抑制了黄铜矿和方铅矿的无捕收剂浮选。
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| 图 2 硫化矿经硫化钠调浆后的无捕收剂浮选行为与硫化钠浓度的关系 |
对于砷黄铁矿和黄铁矿，情况正好相反。这两种矿物在pH=12和CNa2S=0时自诱导浮选行为很差，上浮率分别为20%和10%。随着硫化钠添加，这两种矿物的无捕收剂浮选行为明显变好，CNa2S=40mg/L时的上浮率增加到90%和98%。这表明硫化钠能诱导砷黄铁矿和黄铁矿无捕收剂疏水化和浮选。
1.3 矿浆电位的影响图 3表明了由硫化钠调控的矿浆电位对黄铁矿硫化纳诱导浮选的影响，图中a点为实验始点，此时没加硫化钠，箭头表明实验进行的方向。硫化钠是一种还原剂，其添加能降低矿浆电位。由图可知，随着矿浆电位降低，黄铁矿无捕收剂浮选行为明显变好，在相当宽的一段低电位区，上浮率均保持在100%，随着硫化钠调控的Ept降低到更低，浮选行为变差。因此，浮选存在着一个矿浆电位下限(Ept)L和一个低电位可浮区。图 3中表明了pH12.0时(Ept)L的求法，Ept=(Ept)L，上浮率等于50%，Ept＞(Ept)L，上浮率大于50%，浮选好，(Ept)＜(Ept)L，上浮率小于50%，浮选差。随着pH提高，从8.4提高到12.0，黄铁矿硫化钠诱导浮选的电位区间变窄。
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| 图 3 硫化钠调控的矿浆电位对黄铁矿硫化钠诱导浮选的影响 |
硫化钠调控矿浆电位对砷黄铁矿硫化钠诱导浮选的影响，同黄铁矿类似，见图 4。随着硫化钠调控Ept的变低，砷黄铁矿硫化钠诱导浮选行为变好，浮选存在着一个矿浆电位下限。
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| 图 4 硫化钠调控的矿浆电位对砷黄铁矿硫化钠诱导浮选的影响 |
对于黄铜矿和方铅矿，硫化钠调控矿浆电位对其硫化钠诱导浮选的影响见图 5和6，情况与黄铁矿和砷黄铁矿相反，由图 5可知，随着硫化钠添加，矿浆电位下降，黄铜矿无捕收剂浮选的上浮率随之下降。pH12.0时，Ept从0.2V下降0.1V时，黄铜矿的上浮率从98%下降到20%，浮选存在着一个矿浆电位下限。硫化钠调控的Ept的影响在pH8.0~12.0碱性介质中均存在。方铅矿情况与黄铜矿相似，但在pH11.0~12.0时，添加少量硫化钠，矿浆电位没有下降，仍保持在0.21V，此时上浮率从78.0%提高到98%，浮选受到活化，然而活化仅在0.20 V处才有，当Ept＜0.20V后，活化作用消失，方铅矿浮选上浮率下降。
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| 图 5 硫化钠调控的矿浆电位对黄铜矿硫化钠诱导浮选的影响 |
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| 图 6 硫化钠调控的矿浆电位对方铅矿硫化钠诱导浮选的影响 |
1.4 浮选的临界pH、临界硫化钠浓度和矿浆电位下限
图 7给出了硫化矿硫化钠诱导浮选的临界pH(pHc)与硫化钠浓度的关系。pH=pHc时，上浮率=50%；pH＞pHc，上浮率＜50%，浮选差；pH＜pHc，上浮率＞50%，浮选好。某一硫化钠浓度下的pHc可从该硫化钠浓度下的上浮率-pH关系曲线求得，见图 1。
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| 图 7 硫化矿硫化钠诱导浮选的临界pH与硫化钠浓度的关系 |
图 8给出了硫化矿硫化钠诱导浮选的临界硫化钠浓度(CNa2S)c与pH的关系。CNa2S= (CNa2S)c时，上浮率=50%，CNa2S＞(CNa2S)c时，上浮率＜50%，浮选差。CNa2S＜(CNa2S)c时，上浮率大于50%，可浮性好。某一pH下的(CNa2S)c可以从该pH下的上浮率-CNa2S关系曲线中求得，见图 2。
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| 图 8 硫化矿硫化钠诱导浮选的临界硫化钠浓度与pH关系 |
图 9表明了硫化矿硫化钠诱导浮选的矿浆电位下限(Ept)L与pH的关系。某一pH下的(Ept)L求法及(Ept)L的浮选意义，见图 3。
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| 图 9 硫化矿硫化钠诱导浮选的矿浆电位下限与pH的关系 |
pHc、(CNa2S)c和(Ept)L是三个用来判断硫化矿硫化钠诱导浮选好坏的参数。显然pHc值越大，(CNa2S)c值越大，(Ept)L值越小，可浮性越好，反之越差。从图 7、8和9可知，从上述三个参数判断出发，黄铁矿和砷黄铁矿硫化钠诱导浮选的pH范围、硫化钠浓度范围和矿浆电位范围宽，可浮性好；黄铜矿和方铅矿硫化钠诱导浮选的pH范围、硫化钠浓度范围和矿浆电位范围窄，可浮性差。
2 硫化钠诱导浮选分离方案的设计从前面讨论业已清楚，硫化矿硫化钠诱导浮选受硫化钠浓度调控，不同硫化矿浮选的临界硫化钠浓度不同。这容易导致基于硫化钠浓度控制来实现硫化矿物的硫化钠诱导浮选分离，设计分离方案的基础是图 8。当两种矿物浮选的临界硫化钠浓度差值大于60mg/L，认为可以实现硫化钠诱导浮选分离，差值越大，分离选择性越高。由图 8可知：
a. 黄铁矿和砷黄铁矿之间不可能实现硫化钠诱导浮选分离。
b. 黄铜矿和方铅矿之间不可能实现硫化钠诱导浮选分离。
c. 碱性介质中可以实现黄铁矿的硫化钠诱导优先浮选，来分离FeS2/PbS和FeS2 /CuFeS2。
d. 碱性介质中可以实现砷黄铁矿的硫化钠诱导优选浮选，来分离FeAsS/PbS和FeAsS/CuFeS2。
3 硫化钠诱导浮选的应用前景硫化钠诱导浮选(sodium sulphideinduced flotation)是80年代中期才发展起来的一个前沿研究课题。它揭示了在适当电位范围内通过HS-离子在硫化矿表面的电化学催化氧化而导致无捕收剂疏水化和浮选的现象和本质，较黄药诱导浮选(xanthateinduced foltation)更进了一步，打破了浮选必须使用黄药的传统观念，为解决复杂硫化矿的浮选分离提供了一个新的技术。在我们进行的天然矿石小型浮选试验中(未发表)，黄铁矿硫化钠诱导优先浮选新技术已被用来分离FeS2/PbS，FeS2/PbS + ZnS和FeS2/Bi2S3，取得了明显成功，选别指标取得突破性进展，明显优于常规浮选。初步应用研究结果表明，黄铁矿硫化钠诱导优先浮选新技术具有下列优点：
a. 由于优先浮硫，不需加石灰先抑制硫，也无需加硫酸和硫酸铜再来活化被抑制的硫。大大减少了浮选药剂的用量，同时提高了精矿的质量。
b. 由于消除了捕收剂的无选择性吸附和充分利用矿物自身的结构特征，浮选和分离选择性较高。
c. 可以处理更细粒的硫化矿。
d. 有利于伴生贵金属的综合回收，金和银也具有良好硫化钠诱导浮选行为。
上述这些优点展示了硫化矿物硫化钠诱导浮选新技术的良好应用前景。
4 结论a. 硫化矿物硫化钠诱导需要一个合宜矿浆电位范围，pH范围和硫化钠浓度范围，黄铁矿和砷黄铁矿在空气饱和碱性介质中的硫化钠诱导浮选行为良好，上述三个调控参数的范围宽。黄铜矿和方铅矿在空气饱和碱性介质中的硫化钠诱导浮选行为差，上述三个调控参数的范围窄。
b. 用硫化钠诱导浮选新技术进行硫-铜和硫-铅，及砷-铅和砷-铜的分离是可能的。
c. 硫化钠诱导浮选新技术较常规捕收剂浮选优越，具有良好工业应用前景。