硫化矿自诱导浮选的基本行为
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摘要: 给出了硫化矿(包括黄铜矿、方铅矿、砷黄铁矿和黄铁矿)自诱导浮选行为的基本曲线:上浮率与pH关系,上浮率与Ept关系和可浮电位区与pH关系。探讨了硫化矿物两两自诱导浮选分离的可能性。最后阐述了自诱导浮选的应用前景。
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1 试验方法
试验所用种硫化矿单矿物的含量及半导体类型见附表。矿物经手工挑选除杂后,用瓷球磨筒磨碎,其中-100+300目粒级的单矿物用于浮选试验。浮选XFG实验室型挂槽式浮选机中进行,为敞开体系。浮选前用超声波发生器清冼矿物表面。浮选槽容积30ml,给矿2.2g。浮选4分钟。
附表 硫化矿单矿物含量及半导体类型用一重蒸馏水配制的pH缓冲液作为浮选用水。配制时尽最大可能降低缓冲试剂的用量而又不失缓冲能力,因此缓冲试剂组分的影响可以忽略。缓冲试剂和缓冲pH值的范围如下:
用过硫酸铵和连二亚硫酸钠分别调控矿浆电位到氧化值和还原值。矿浆电位(Ept)用铀电极一饱和甘汞电极对测定。丁基醚醇作浮选起泡剂,浓度为10~15mg/L。
2 浮选试验结果
2.1 pH的影响
图 1和图 2表明了CuFeS2、PbS、FeAsS和FeS2四种硫化矿物自诱导可浮性与pH的关系,可浮性分别用4分钟内上浮率和前20秒钟内浮选速率常数表示。由图 1可知,在pH0~12范围内,黄铜矿和方铅矿均有良好的自诱导可浮性,黄铁矿只有在pH < 5的强酸性介质中才有良好的自诱导可浮性,在弱酸性和碱性介质中几乎没有自诱导可浮性。砷黄铁矿的自诱导浮选行为比方铅矿差,较黄铁矿好。四种硫化矿自诱导可浮性顺序为:
由图 2可知,按浮选快慢可以把硫化矿分成二组。一组的自诱导浮选速率常数大,包括黄铜矿和方铅矿:另一组的自诱导浮选较慢,包括砷黄铁矿和黄铁矿。
2.2 矿浆电位(Ept)的影响
不同Ept下矿浆电位对黄铜矿自诱导浮选的影响见图 3。矿浆电位调控着浮选和不浮选,即使是在酸性介质中如pH = 4.0。浮选需要有一个合适矿浆电位范围,矿浆电位过高或过低,浮选较差。黄铜矿在PH0~12范围内均有良好自诱导浮选电位区间。
图 4、5和6分别表明了不同pH下矿浆电位对方铅矿、砷黄铁矿和黄铁矿的自诱导浮选的影响。方铅矿的情况同黄铜矿的差不多。砷黄铁矿在碱性介质中浮选电位范围很窄。对于黄铁矿,在碱性介质中调控电位不能实现其自诱导浮选。
2.3 自诱导可浮区与pH的关系
前面的讨论业已清楚,硫化矿自诱导浮选需要有一个合适的矿浆电位范围。本文用矿浆电位上限(Ept)u和下限(Ept)L及上下限差值△Ept = (Ept)u-(Ept)L来描述自诱导浮选的电位范围。某一pH下的(Ept)u和(Ept)L求法见图 3。Ept = (Ept)u或(Ept)L时,上浮率等于50%; Ept > (Ept)u或Ept < (Ept)L时,上浮率小于50%,可浮性差;(Ept)L < Ept < (Ept)u时,上浮率大于50%,浮选好。显然好的浮选对应着低的(Ept)L,高的(Ept)u和大的△Ept值。
不同pH下的(Ept)u, (Ept)L和△Ept值是不同的。图 7给出了(Ept)u与pH和(Ept)L与pH的关系。(Ept)u与pH和(Ept)L与pH之间的区域为自诱导可浮区,(Ept)u与pH关系曲线上侧和(Ept)L与pH关系曲线的下侧为不可浮区。由图可知,pH0~12之间,黄铜矿和方铅矿均有较宽自诱导可浮区。对于黄铁矿,pH > 5后没有自诱导可浮区,意味着不能实现自诱导浮选。对于砷黄铁矿,pH0~6之间的自诱导可浮区比较宽,pH > 6的可浮区明显变窄,pH≥12后没有可浮区。因此,方铅矿和黄铜矿这-组硫化矿自诱导浮选的电位范围和pH范围宽,砷黄铁矿和毒砂矿这一组硫化矿的电位范围和pH范围窄。
3 自诱导浮选分离方案的设计
业已知道,硫化矿自诱导浮选受矿浆电位和pH的调控,不同硫化矿自诱导浮选的矿浆电位范围和pH范围不同。这容易导致基于电位控制和pH控制来实现硫化矿物自诱导浮选分离的设想。设计硫化矿物两两自诱导浮选分离方案的基础是图 7。当两种矿物自诱导浮选的矿浆电位上限之差值大于0.2V时,可以在高电位下进行这两种矿物的浮选分离,同理,当电位下限之差值大于0.2V时,可以在低电位下进行浮选分离。电位上下限差值越大,分离程度越高。可能的分离方案有:
pH6~12之间,可以在高电位下实现CuFeS2/FeS2的浮选分离。天然矿石的小型试验证实了这一点。分离指标优于常规捕收剂泡沫浮选。pH9~12之间,可以在高电位下实现CuFeS2/FeAsS的浮选分离。天然矿石的小型试验证实了这一点。分离指标优于常规捕收剂泡沫浮选。pH9~12之间,可叫在高电位下实现CuFeS2/PbS的浮选分离。pH6~12之间,可以在高电位下实现PbS/FeS2的浮选分离。pH6~10之间,可以在高电位下实现FeAsS/FeS2的浮选分离。pH11~12之间,可以在高电位下实现PbS/FeAsS的浮选分离。pH5~12时,可以在低电位下实现CuFeS2/FeS2的浮选分离。pH5~10时,可以在低电位下实现PbS/FeS2的浮选分离。pH5~10时,低电位下可以实现FeAsS/FeS2的浮选分离。pH9~12时,低电位下可以实现CuFeS2/PbS和CuFeS2/FeAsS的浮选分离。pH11~12时,低电位下可以实现PbS/FeAsS的分离。
以上列出的仅是一种可能性,至于能否在天然矿石中实现还有待于证实。但Cu-S和Cu-As的自诱导浮选分离成功是令人鼓舞的。
4 自诱导浮选的应用前景
硫化矿自诱导浮选(Self-induced flotation)是70年代末和80年代初才发展起来的一个颇感兴趣的研究课题。它充分考虑了电位调控这个参数对浮选过程的影响,揭示了在适当氧化电位范围下通过矿物自身氧化导致无捕收剂疏水和浮选的内在规律,比常规的捕收剂泡沫浮选前进了一大步,为解决复杂硫化矿的浮选分离提供了一个新的途径。这种新的技术已被用来处理硫化铜矿石,进行铜—硫和铜—砷分离,取得了明显的成功,指标优于常规浮选。我们的初步应用研究表明,硫化矿石自诱导浮选具有下列优点:a. 浮选和分离的选择性高,最大程度地避免了黄铁矿和砷黄铁矿的干扰,彻底解决了捕收剂的无选择性吸附。b. 由于没有使用捕收剂,不存在着捕收剂用量随矿粒粒度变细而增加的问题,可以处理细粒矿。c. 减少了浮选药剂用量,同时有利于环境的改善。d. 有利于综合回收伴生贵金属(Au,Ag)。
这些优点揭示了硫化矿自诱导浮选的良好应用前景。
5 结论
a. 硫化矿自诱导浮选需要一个合宜的矿浆电位范围和pH范围。黄铜矿和方铅矿在pH 0~12广泛范围内具有较宽的自诱导可浮区,可浮性好。黄铁矿和砷黄铁矿的自诱导可浮区窄,可浮性差。b. 用自诱导浮选新技术进行CuFeS2、PbS、FeAsS和FeS2的两两分离是可能的。c. 自诱导浮选较常规捕收剂浮选优越,具有潜在的工业应用前景。
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附表 硫化矿单矿物含量及半导体类型