黄铁矿表面氰根离子的吸附规律研究*

韩跃新 马艺闻 朱一民 高 鹏 赵金菊 李建波

氰化提金是一种高效的、应用普遍的选金方式，其浸金尾渣不仅含有大量的剧毒氰化物，通常还含有一些有价金属硫化物［1-2］。因此，无论从资源的高效利用还是从保护环境的角度，这些氰化尾渣都不适合直接向环境排放。虽然目前在氰化尾渣的回收利用工艺研究方面取得了一些成果［3-7］，但是理论研究少且不系统［8-10］，尤其关于CN－在特定矿物表面的吸附机理研究就更加鲜见。研究氰化过程中黄铁矿对CN－的吸附规律，将有助于改善氰化尾渣中黄铁矿的浮选效果，从而更有效地实现氰化尾渣的回收利用。

1 试验原料、药剂与仪器

黄铁矿单矿物取自山东沂源福吉山铜矿，矿物经手选除杂、粉碎、制样，得到－0.045 mm占93%的试样，备用。

氰化钠为化学纯，用蒸馏水配制成浓度为24 mg/L的氰化钠溶液，备用;pH调节剂NaOH，以及CN－浓度检测所用试剂AgNO3、KI、EDTA等均为分析纯。

试验所用FuHua 78－1型磁力加热搅拌器为浙江金坛市富华仪器有限公司制造，TGL－16G型离心分离器为上海安科精密仪器厂制造，PHS－3C型pH计由上海盛磁仪器有限公司制造，CN－浓度检测所用AA－6300型石墨炉原子吸收分光光度计由日本津岛公司制造，740－FTIR型傅立叶红外光谱仪由美国PE公司生产。

2 试验方法

(1)黄铁矿吸附CN－的影响因素试验。将100 mL氰化钠溶液加入250 mL锥形瓶中，然后加入定量的黄铁矿样品，用NaOH溶液调节矿浆pH值至预设值，在常温下搅拌吸附一定时间(搅拌器转速为1 200 r/min，)离心分离 5 min(转速为 3 960 r/min)后用移液管精确量取出5 mL上清液置于25 mL具塞比色管中，采用原子吸收法间接测定吸附后溶液中CN－的浓度，按下式计算吸附率和吸附负载:

其中，Q为吸附率，%;C0为吸附前溶液中CN－浓度，mg/L;Ce为吸附平衡后上清液中CN－的浓度，mg/L;Γ为吸附负载，mg/g;V为吸附试验用CN－溶液的体积，L;m为吸附试验用黄铁矿的质量，g。

(2)红外光谱分析。取2份黄铁矿样品，每份均为1 g，其中1份在氰化钠溶液中吸附5 min，离心分离5 min(转速为3 960 r/min)，滤去上层清液，用20 mL去离子水洗涤3次，自然干燥得到吸附氰根离子的黄铁矿样品。然后将吸附前后的2份样品分别与100 mg光谱纯的KBr均匀混合、压片，用740－FTIR型傅立叶红外光谱仪进行红外光谱测定。

3 结果与讨论

3.1 黄铁矿吸附CN－的影响因素研究

3.1.1 吸附时间

取5 g黄铁矿置于盛有氰化钠溶液的锥形瓶中，用NaOH调节溶液pH=9.0，在常温下搅拌吸附不同时间，试验结果见图1。

图1 吸附时间对吸附率的影响

从图1可以看出，达到吸附平衡所需的时间非常短，仅需1 min，说明该吸附过程相当快速，最大吸附率达90.28%;进一步延长吸附时间，吸附率微幅下降，说明吸附与解吸同时存在。

3.1.2 溶液的pH值

取5 g黄铁矿置于盛有氰化钠溶液的锥形瓶中，用NaOH调节溶液pH值，在常温下搅拌吸附5 min，试验结果见图2。

图2 溶液pH值对吸附率的影响

从图2可以看出，在试验pH范围内，氰根离子的吸附率和吸附负载波动较小，表明黄铁矿对氰根离子的吸附受溶液pH值变化的影响较小，因此，后续试验继续在pH=9.0的溶液中进行。

3.1.3 黄铁矿用量

黄铁矿用量试验的氰化钠溶液为100 mL，pH=9.0，常温下搅拌吸附5 min，试验结果见图3。

图3 黄铁矿用量对吸附率的影响

从图3可以看出，随着黄铁矿用量的增加，吸附率呈先快后慢的上升趋势;黄铁矿用量小于5 g/L时有最大吸附负载量，为3.81 mg/g，这有助于确定实际浸金过程需加入的NaCN量。

3.2 红外光谱分析

试验利用吸附氰根离子前后黄铁矿样品的红外光谱特征峰差异，研究了黄铁矿表面对氰根离子的吸附机理。黄铁矿表面吸附氰根离子前后的红外光谱见图4。

从图4可以看出，黄铁矿样品吸附氰根离子前，在3 452 cm－1附近的强吸收峰为 S—OH中 O—H(游离)的伸缩振动峰，在2 923 cm－1附近的弱吸收峰为O—H(缔合)的伸缩振动峰，在1 640 cm－1附近的弱吸收峰为OSO的不对称伸缩振动峰，在1 090 cm－1附近的较强吸收峰为SO的伸缩振动峰。黄铁矿样品吸附氰根离子后，在3 448 cm－1附近有O—H(游离)吸收峰，在2 920 cm－1附近的O—H(缔合)吸收峰增强，说明氰根与O—H有氢键吸附作用;在2 357 cm－1附近出现—C≡N的弱伸缩振动峰，在1 646 cm－1附近的OSO不对称伸缩振动峰和在1 090 cm－1附近的SO伸缩振动峰略有减弱。由此说明在试验条件下，氰根离子能够与黄铁矿发生吸附，且吸附较为稳定。

图4 黄铁矿表面吸附CN－前后的红外光谱

研究结果表明，吸附氰根离子的样品虽经去离子水洗涤3次，仍有氰根离子残留在黄铁矿表面，说明氰根离子与黄铁矿表面有很强的键合吸附作用。因此，从氰化浸渣中浮选黄铁矿时，要选择极性较强的有机药剂为捕收剂。

3.3 黄铁矿氰化吸附等温模型

以3.1.1节吸附平衡后上清液中CN－的浓度Ce与对应的吸附负载Γ的比值为纵坐标、Ce为横坐标绘制黄铁矿吸附CN－的动力学曲线，结果见图5。

图5 Ce/Γ－Ce关系曲线

根据图5拟合的黄铁矿氰化吸附曲线方程为Ce/Γ = － 0.016 9+0.029 52 Ce，相关系数 R=0.998 8，符合Langmuir吸附等温模型。说明黄铁矿表面均一，各处的吸附能相同;这种吸附是单分子层的化学吸附，当黄铁矿表面的氰根离子饱和时，其吸附率达到最大值90.28%;黄铁矿表面各吸附点间没有氰根离子的转移运动;达到动态平衡状态时，吸附和脱附速度基本相等。

上述研究结果说明，对于氰化矿物浮选，在选择捕收剂时要充分考虑矿物表面性质发生的变化，这对氰化黄铁矿后续浮选的药剂制度、浮选pH值等关键参数的选择和确立有一定的指导作用。

4 结论

(1)黄铁矿对氰化钠的吸附很快，5 g黄铁矿吸附100 mL、24 mg/L的NaCN溶液，1 min即可达到吸附平衡，最大吸附率达到90.28%。

(2)氰化尾渣pH值通常为8～11，在该pH范围内，黄铁矿对氰根离子的吸附效果波动很小。

(3)红外光谱分析结果表明，吸附过氰根离子的黄铁矿颗粒经去离子水洗涤3次仍有明显的—C≡N弱伸缩振动峰，说明氰根离子与黄铁矿有很强的键合吸附作用。

(4)拟合得到的黄铁矿对氰根离子的吸附规律符合Langmuir等温模型，表明黄铁矿颗粒对氰根离子的吸附过程以单分子层化学吸附为主，这有助于开展氰化后黄铁矿的浮选研究。

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