硫化钠在有色金属矿浮选中的应用

2021-01-06颜顺德

中国金属通报 2020年15期

颜顺德

（湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南衡阳 421513）

随着科技的迅猛发展，各行业对资源的消耗也是日益剧增，我国对资源的消耗量更是达到了历史新高，对铜等有色金属的需求量不断增加。有色金属资源对国民经济建设中发挥着非常重要的作用，其金属一般都是通过有色金属矿中选冶所得。目前，我国有色金属矿趋于贫、细、杂，造成分选困难，且选矿指标不太理想，因此加强对复杂难处理有色金属矿浮选工艺研究势在必行[1]。

硫化钠（Na2S）因其特殊的化学性质被广泛应用于工业生产中，在有色金属矿的浮选中，可用来抑制黄铜矿等有色金属硫化矿、硫化有色金属氧化物、活化黄铁矿等有色金属硫化矿、作诱导浮选剂等[2]。

1 硫化钠性质

通常情况下，纯硫化钠晶体呈白色，密度约为1.86g/cm3。其常见的商品又名硫化碱、臭碱等。硫化钠不稳定，其潮解性较强，易在潮湿的空气中或光照下变成黄到棕黑色，从而生成硫酸盐等化合物[3]。因此，在保存时需避光、避潮而防其失效。硫化钠易在水中溶解而发生一系列强烈水解反应，水解产物具有较强的碱性：

由以上各反应可看出，硫化钠溶液中含有S2-、HS-、OH-、Na+等离子以及硫化氢。硫化钠浓度和溶液的酸碱度，影响溶液中这些离子及硫化氢的浓度。若溶液酸度增大，导致HS-和H2S增多，若酸性过大，溶液中将会有毒性气体H2S冒出。硫化钠水解产生的这些离子决定在浮选中的作用。

2 硫化钠在有色金属矿中的应用

2.1 作有色金属氧化矿的硫化剂

由于大多数有色金属氧化矿是离子键结合而成的，该类矿物的可浮性较差，黄药等常规捕收剂在其浮选中难以有效发挥捕收作用。当氧化矿矿浆中加入硫化钠溶液后，矿物表面可硫化生成一层硫化物薄膜，此薄膜疏水性较强，此时黄药类捕收剂容易与此硫化物薄膜表面作用，从而使氧化矿上浮[4]。

一般地，采用硫化钠硫化金属氧化矿，硫化钠的用量受矿石的性质影响较大，矿物氧化率越高，硫化钠的用量则越大。一般处理每吨矿石，硫化钠用量达到公斤级，如云南某高氧化率、含泥量大、成分及嵌布关系复杂的难处理氧化铜矿石，黄晟[6]等采用预先脱泥再硫化浮选的浮选工艺进行回收该氧化铜矿，硫化钠单耗为6100g/t，最终获得良好指标。可见在氧化矿硫化浮选中，要使得到比较满意的选矿指标，需要添加大量的硫化钠。

2.2 作有色金属矿的活化剂

硫化钠在碱性环境中才能更好地实现硫化作用，保证有足够的S2-参加反应，不使矿浆中的S2-离子水解变成HS-离子。菱锌矿、褐铁矿等可用胺类药剂浮选，汤亚飞[7]进行了相关的研究，结果表明，在酸性条件下，胺才能通过静电力吸附在矿物表面，进行褐铁矿胺浮选。但在浮选体系中加入适量Na2S后，褐铁矿表面形成硫化物薄膜，而此时硫化膜对胺的吸附加强，因此可通过添加FeS颗粒，使褐铁矿在碱性条件下进行有效胺浮选[5]。

在伴生有黄铁矿的硫化矿浮选中，常用石灰作黄铁矿抑制剂，主要是生产亲水性氢氧化物（Ca（OH）2、Fe（OH）2等）附着在黄铁矿表面。覃文庆[8]等在被石灰抑制的黄铁矿矿浆中加入Na2S后，发现Na2S水解产生的的HS-离子与黄铁矿表面的氢氧化物薄膜发生竞争吸附，自身又可吸附于黄铁矿表面[9]。黄铁矿在矿浆中可以充当电解质，当HS-的界面电位比黄铁矿的界面电位小时，HS-在黄药表面失去电子而生成具有良好可浮性的单质硫，从而使黄铁矿活化变得具有疏水性。

2.3 作有色金属硫化矿的抑制剂

在浮选生产实践中，用硫化钠作为抑制剂是比较广泛的。例如，分离等有色金属硫化矿的混合精矿时，用硫化钠作抑制剂来抑制其他硫化矿达到分离的目的[10]。辉钼矿具有天然良好的可浮性，较难被抑制，可用煤油等烃基油为捕收剂浮选辉钼矿，经几次精选可得到合格的钼精矿。朱贤文[11]等在进行分离某铜钼矿时，用硫化钠和巯基乙酸钠作铜矿物的抑制剂浮钼，最终获得的钼精矿钼品位46.40%、含铜1.28%，钼回收率75.40%，含铜较少，浮选指标良好。

硫化钠的抑制作用不仅仅是水解产生的HS-离子引起的，本身电离产生的S-离子可以促进硫化钠的脱药作用[12]。在方铅矿浮选中加入硫化矿时，存在如下的化学平衡：

矿浆中加入乙基黄药时，方铅矿表面则生产PbS]PbX2（X为乙基黄药）。继续加入硫化钠后，方铅矿表面的黄药脱落下来，生成新鲜的矿物表面，起到脱药作用，而水解的S2-离子阻碍黄药的吸附，因此，硫化钠起到抑制作用。根据化学平衡原理，加入的硫化钠越多，矿浆体系中S2-离子含量越大，促使上述化学平衡左移，PbS]PbS越多，导致黄药在矿物表面的吸附被阻止，方铅矿可浮性下降，从而被抑制。可示进一步根据踪原子的实验，证明增加硫化钠用量，可减少方铅矿表面黄药的吸附量[13]。这说明S2-离子对硫化钠的抑制作用很关键。

2.4 作诱导浮选剂

Na2S还在硫化矿无捕收剂浮选做还原电位调整剂。自诱导浮选即第Ⅱ类无捕收剂浮选中的普通还原剂调整剂，该类药剂只能降低硫化矿浮选的矿浆电位。而Na2S不仅降低矿物与溶液的界面电位，还能因发生吸附而促进某些硫化矿的无捕收剂浮选[14]。

矿浆电位在一定的pH范围内，影响浮选中硫化矿表面的电化学。有色金属硫化矿中伴生有金、银等贵金属，尤其是黄铁矿中居多[15]。在碱性矿浆中，因黄铁矿具有传输电子的能力，黄铁矿表面电位较EHS—/S大。因此，Na2S电解出的HS-和S2-将会在黄铁矿发生电极反应。

阳极发生氧化反应：HS-=S+H++2e-、S2-=S+2e-

阴极发生还原反应：O2+2H2O+4e-=4OH-

阳极反应生成的单质硫[16]因覆盖在黄铁矿的表面，提高黄铁矿的可浮性，从而实现分离。硫化钠的还原特性，可使硫化钠用于无捕收剂浮选，被金属矿物中金属离子氧化生成单质硫附着于矿物表面，使矿物表面变得疏水：

GH.Luttrell和R.H.Yoon[17]用硫化钠对六种不同的黄铜矿进行了无捕收剂浮选试验研究，并测试矿浆电位的情况。结果表明，该无捕收剂浮选需在氧化条件下进行，如黄铜矿表面有氧化物，可用Na2S处理矿浆。

W.J.Trahar[18]用硫化钠和氧对高品位黄铜矿进行了无捕收剂浮选的试验研究。研究表明，在还原环境中不论是否有硫化钠存在，黄铜矿均表现出亲水性；但加入氧之后，黄铜矿又可上浮。有关金属硫化矿物表面氧化产物的生成及其疏水性原因的说法还没有统一，有待进一步研究。

张建军等[19]分别在有捕收剂与无捕收剂条件下，在对山东某含金矿石进行浮选实验，研究表明，无捕收剂浮选更有利于提高精矿品位，而二者的回收率相差不大。Na2S的诱导效应，可促使金银矿的无捕收剂浮选，使矿物浮选选择性提高、药剂制度简单、选矿成本降低，也降低了对环境的污染。此工艺为金银矿物的浮选提供了新技术指导。