几种新药剂对黄铁矿浮选的机理研究

李建华 孙小俊

(大冶有色金属集团控股有限公司)



几种新药剂对黄铁矿浮选的机理研究

李建华 孙小俊

(大冶有色金属集团控股有限公司)

考察了丁基黄药、CSU31、DLZ 3种药剂对黄铁矿的浮选行为，重点研究了在氧化钙体系和硫酸铜体系下3种药剂的浮选行为。试验结果表明：DLZ、CSU31对黄铁矿的捕收能力极弱，尤其随着硫酸铜用量的增加，DLZ对黄铁矿的捕收能力逐渐减弱，很好的抑制了黄铁矿的可浮性。

黄铁矿 DLZ CSU31 浮选

黄铁矿广泛的分布在硫化金属矿床中，在多种不同的地质条件作用下均可以形成，常与其他硫化矿物共生。黄铁矿为等轴晶系晶体结构，量子化学分析认为Fe与S形成较强配位键，S与S之间形成较强共价键，Fe与Fe之间形成弱金属键[1-2]。在生产实践中经常遇到黄铁矿与其他硫化矿物的浮选分离问题，表面轻微氧化的黄铁矿，其可浮性会提高，但其表面过度氧化的，则可浮性会下降。铜硫矿石浮选的关键是铜矿物与硫化铁矿物的分离，而黄铁矿能被黄药、二硫代氨基甲酸盐、黑药等多种常规浮选药剂捕收[3-4]，但是硫代化合物类捕收剂对铜硫矿石浮选分离的选择性差。黄铁矿的抑制剂通常为氰化物和石灰，生产实践中常用石灰作为黄铁矿的抑制剂[5-6]，石灰也是常用的矿浆pH值调整剂，既可以提高矿浆pH值，也能促进矿物表面溶解或氧化。被抑制的黄铁矿可用硫酸降低矿浆pH值进行活化，活化时常加硫酸铜，铜离子在黄铁矿表面起活化剂作用。为此，用丁基黄药、CSU31、DLZ 3种药剂分析黄铁矿的浮选行为，在不同的体系下研究黄铁矿的浮选机理。

1 试样、药剂及研究方法

1.1 试样及药剂

黄铁矿取自广东云浮硫铁矿厂，矿样经破碎、手选除杂、瓷球磨磨矿、干式筛分后，经化学分析，黄铁矿矿样含Fe 46.22%，S 49.51%，纯度为92.89%。将矿物磨至0.037 4～0.074 mm进行试验研究。

丁基黄药、DLZ、氧化钙和无水硫酸铜为分析纯，CSU31、起泡剂2#油为工业级产品，试验用水均为一次蒸馏水。

1.2 试验设备和研究方法

(1)浮选试验。浮选试验用XFG型挂槽式浮选机，浮选槽容积为30 mL；试验时，取纯矿物2.0 g放入100 mL烧杯中加蒸馏水使用超声波仪对黄铁矿进行超声波预处理5 min，可有效消除矿物表面的氧化膜；然后将矿物澄清倒去上清液，再用蒸馏水将矿物加入浮选槽中，搅拌1 min后加入所需调整剂，搅拌1 min后再加入抑制剂，搅拌3 min，然后加入起泡剂，搅拌1 min，浮选3 min。

浮选判据回收率R按下式计算：

(1)

式中，m1，m2分别为泡沫产品和槽内产品质量。

(2)吸附量测定试验。药剂与矿物作用的吸附量测定是采用紫外-可见分光光度计法。称取2.0 g黄铁矿加入相应药剂浓度搅拌15 min，然后离心取上清液进行测定，然后计算黄铁矿对药剂的吸附量。

2 试验结果及讨论

2.1 pH值对矿物可浮性的影响

考察了丁基黄药、CSU31、DLZ 3种药剂在不同矿浆pH值下对矿物可浮性的影响，其结果见图1。

由图1可见，pH值对黄铁矿的可浮性影响较大，在酸性条件下，丁基黄药对黄铁矿的可浮性明显好于另外两种药剂对黄铁矿的可浮性；DLZ、CSU31在整个pH值范围内可浮性都很差，最大回收率都不到25%，尤其在pH值大于9.5以后，矿物基本不浮；可见，DLZ、CSU31在整个pH值范围内都能很好的抑制黄铁矿。

图1 pH值对矿物可浮性的影响

2.2 Cu2+对矿物可浮性的影响

因为实际的铜硫分离试验中，矿浆中肯定有铜离子对黄铁矿产生影响，从而进一步考察添加硫酸铜后，3种药剂对黄铁矿可浮性的影响。

2.2.1 Cu2+体系下DLZ对矿物可浮性的影响

加硫酸铜后DLZ对黄铁矿可浮性的影响见图2。

图2 DLZ加硫酸铜体系下pH值对矿物可浮性的影响

由图2可见，加入1×10-4mol/L硫酸铜时，黄铁矿的可浮性较不加硫酸铜时回收率相差不大，在酸性条件下，前者回收率稍高1个百分点左右，在碱性条件下，前者稍低2个百分点左右；加入4×10-4mol/L硫酸铜时，在酸性条件下，回收率显著提高，最大达到42%左右，在碱性条件下，回收率较不加硫酸铜时略低。

2.2.2 Cu2+体系下CSU31对矿物可浮性的影响

加硫酸铜后CSU31对黄铁矿可浮性的影响见图3。

由图3可见，在加入1×10-4mol/L硫酸铜时，在酸性条件下，黄铁矿的可浮性较不加硫酸铜时回收率稍微高，在碱性条件下，两者回收率基本一样。

2.2.3 Cu2+体系下丁基黄药对矿物可浮性的影响

加硫酸铜后丁基黄药对黄铁矿可浮性的影响见图4。

图4 丁基黄药加硫酸铜体系下pH值对矿物可浮性的影响

由图4可见，在加入1×10-4mol/L硫酸铜时，在整个pH值范围内，回收率均在增加；在酸性条件下，黄铁矿的可浮性较不加硫酸铜时回收率要高些，在碱性条件下，两者回收率相差不大。

2.3 CaO体系下对矿物可浮性的影响

在铜硫分离的试验研究和工业实践中，石灰因其来源广、价格低而广泛用作矿浆调整剂或黄铁矿的抑制剂，几乎所有的铜硫浮选分离都用石灰作为铜浮选的调整剂和硫的抑制剂。因此，考察丁基黄药、CSU31、DLZ对黄铁矿的捕收性能时，有必要考察石灰对黄铁矿用丁基黄药、CSU31、DLZ浮选时的可浮性的影响关系。

从浮选研究和实践中可见，石灰对硫化矿物的可浮性影响比较复杂，不仅有pH值的影响，还有Ca2+浓度的影响。因此，试验不仅考察了黄铁矿用丁基黄药、CSU31、DLZ浮选时的可浮性受石灰调pH值的影响，还考察了石灰用量的影响，并据此作了石灰抑制黄铁矿的机理分析。

2.3.1 用石灰调pH值时黄铁矿的可浮性

3种药剂分别用氧化钙调矿浆pH值，其结果见图5，与图1用NaOH调矿浆pH值相比较，回收率明显降低。

由图5可见，由石灰调制的强碱性矿浆中[2-3]，黄铁矿表面因矿浆溶解氧的氧化作用和OH-作用而生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，使黄铁矿表面亲水，黄铁矿可浮性受到抑制；从溶度积原理进行分析，Fe(OH)2和Fe(OH)3的溶度积常数分别为4.8×10-16、3.8×10-33，而黄药在黄铁矿表面生成的黄原酸铁的溶度积为8×10-8；所以，在高碱度的矿浆中，OH-能排除黄原酸根离子。再者，Ca2+、[CaOH]+在黄铁矿表面吸附，从而改变了黄铁矿表面的电性和疏水性，强化了对黄铁矿的抑制作用，降低了丁基黄药、DLZ、CSU31分子在黄铁矿表面的吸附作用，起到了抑制剂的作用，从而降低了黄铁矿的可浮性。

图5 石灰体系下药剂对矿物可浮性的影响

2.3.2 石灰用量对黄铁矿可浮性的影响

石灰用量对黄铁矿用丁基黄药、CSU31，DLZ浮选时，石灰调用量对可浮性的影响见图6。

图6 石灰用量对黄铁矿可浮性的影响

由图6可见，虽然矿浆碱度升高缓慢，但石灰对黄铁矿的浮选有较强烈的抑制作用，基本不浮。

2.4 药剂在矿物表面吸附量的测定

DLZ、CSU31、丁基黄药3种药剂在矿物表面的吸附量与pH值的关系分别见图7～图9。

图7 DLZ在矿物表面吸附量与pH值的关系

由图7可知，在pH值为2.7～10.9时，药剂基本被吸附完；在pH值达到12.05时，加硫酸铜的黄铁矿吸附药剂较不加硫酸铜的要多，这一点与浮选规律很吻合。

图8 CSU31在矿物表面吸附量与pH值的关系

由图8可知，在酸性条件下比在碱性条件下，药剂吸附的要多，加硫酸铜的矿物表面吸附药剂更多；在pH值大于9.5后，两者吸附量迅速减少，在pH值大于10.9后，基本不吸附，这与浮选规律基本吻合。

图9 丁基黄药在矿物表面吸附量与pH值的关系

由图9可知，在中性条件下矿物表面吸附药剂较多，加硫酸铜的矿物表面吸附药剂更多，在pH值大于10.9后，基本不吸附。

3 结 论

(1)用丁基黄药、DLZ和CSU31分别浮选黄铁矿时，其可浮性在整个pH值范围内均较差。DLZ和CSU31浮选黄铁矿时，黄铁矿的回收率低于25%，用NaOH调节矿浆pH值时，回收率高于用CaO调节矿浆pH值；在碱性条件下，DLZ和CSU31不能捕收黄铁矿。3种药剂对黄铁矿的捕收能力依次为：丁基黄药>CSU31>DLZ。

(2)加硫酸铜活化黄铁矿时，在整个pH值范围内，以丁基黄药为捕收剂浮选黄铁矿时，其可浮性均有所提高，在酸性条件下提高的幅度更为显著；以CSU31为捕收剂时，其在酸性条件下黄铁矿的可浮性有所提高，在碱性条件下基本不变；以DLZ为捕收剂时，在酸性条件下黄铁矿的可浮性略有增强，在碱性条件下略有减弱。

(3)硫酸铜用量试验表明，随着硫酸铜用量的增加，以丁基黄药为捕收剂，黄铁矿的可浮性不断增强；以DLZ为捕收剂，黄铁矿的可浮性不断减弱；以CSU31为捕收剂，黄铁矿的可浮性略有增强。

(4)吸附量的测定试验表明，加入硫酸铜，在不同pH值下，黄铁矿表面对药剂的吸附量均有所增加。

[1] 刘智林，许 芳.低碱度下组合抑制剂对易浮黄铁矿的抑制机理研究[J].矿冶工程，2005，25(5)：33-35.

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[3] 张 兴，肖 雷，王永志.3种细菌对煤中黄铁矿抑制作用的研究[J].中国矿业大学学报，2001，30(6)：604-607.

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2016-07-10)

李建华(1984—)，男，硕士，工程师，435100 湖北省黄石市大冶市。