干式磨矿对黄铁矿表面性质及后续浮选的影响.pdf

第6 l 卷第4 期 2009 年11 月 有色金属 N o n f e I T O U M e t M s V o L6 1 ，N o ．4 N o v e m b e r ．2009 干式磨矿对黄铁矿表面性质及后续浮选的影响 刘书杰1 ，何发钰1 ，宋振国2 ‘ 1 ．北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 ；2 ．东北大学，沈阳110 0 0 4 摘 要研究干式铁磨和干式瓷磨对黄铁矿表面性质以及后续浮选的影响。结果表明，瓷介质磨矿的矿物浮游性较铁介质 磨矿的矿物浮游性好，黄铁矿氧化形成的缺金属富硫表面和矿物晶格中的阳离子空位将大大提高黄铁矿的回收率和浮擗速度。 关键词选矿工程；干式磨矿；黄铁矿；X P S ；T E M 中图分类号T D 9 2 3 ；T D 9 2 1 ．4 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 1 0 9 0 4 矿物的表面性质决定了矿物的可浮性及其分选 效果。除了与自身的晶体化学特性相关外，硫化矿 物的表面性质还受磨矿过程的影响和控制，包括硫 化矿和脉石连生颗粒的解离度、硫化矿和脉石的泥 化程度、磨矿中产出的硫化矿颗粒的形貌以及磨矿 介质对硫化矿浮选的特殊影响等⋯。 宋磊等旧1 利用S E M 、X P S 现代测试技术及浮选 试验考察了瓷磨黄铁矿和铁磨黄铁矿的表面性质与 浮选行为。结果表明，分别采用瓷介质与铁介质磨 矿时，黄铁矿的表面形态、表面氧化产物及浮选行为 存在明显差异。采用瓷介质磨矿时，黄铁矿的浮选 效果明显好于采用铁介质磨矿的情形，更有利于黄 铁矿的浮选回收。胡岳华等。运用机械电化学技 术，研究了磨矿介质类型、机械力的大小对矿物电极 电位和表面反应电流的影响，并考察了矿物与矿物 之间，矿物与介质之间存在的腐蚀电偶作用，发现这 些作用会对硫化矿表面的氧化还原反应机制产生影 响，进而影响到矿物表面的疏水和亲水性。F e n g D H l 等人经过实验发现干磨硫化矿表面相对粗糙， 具有大量微小的结构缺陷，而湿磨表面相对较平整 光滑。恰图里亚BA 等人口1 研究发现黄药在硫化 矿物表面的吸附量与矿物的电子密度与空穴密度的 比值 n 。／n 。 有关， ，l 。／n ， 值越大，黄药的吸附量越 小。矿物浮选试验结果证实了 n ／n 。 值对浮选的 收稿日期2 0 0 7 0 9 0 6 基金项目国家自然科学基金重点资助项目 5 0 2 3 4 0 1 0 ；国家基础 研究重大项目前期研究专项资助项目 2 0 0 i C C A 0 3 1 1 0 作者简介刘书杰 1 9 8 4 一 ，男。河南平顶山市人，硕士生，主要从 事浮选新技术等方面的研究。 影响p 型方铅矿可浮性好于，l 型方铅矿， ／ ／ e ／n ， 值小的硫化矿物可浮性好于 1 1 , e ／n 。 值大的矿物。 针对黄铁矿单矿物在干式铁磨和干式瓷磨条件 下矿物表面性质的变化，采用X P S 和T E M 做了研 究并用浮选试验验证了所做预测。 1实验方法 1 ．1 试验原料 黄铁矿取自广西梧州，纯度为9 8 ％。试验采用 了两种磨矿介质，一种是氧化锆球，一种是普通铸铁 球。磨矿罐罐体材料采用1 0 1 0 尼龙。预备好的黄 铁矿单矿物的细度小于0 ．3 5 5 m m ，一7 4 p ．m 含量 4 5 ％。 ’ ‘ ， 1 ．2 试验过程 将黄铁矿单矿物l O g 分别置于铁介质和瓷介质 磨矿罐中磨矿，然后取出矿样直接对矿物表面进行 X P S 和T E M 检测。单矿物浮选试验采用X F G 型挂 槽浮选机，单次浮选试验黄铁矿用量为2 9 。 2 试验结果和讨论 2 ．1 黄铁矿表面X P S 分析结果 2 ．1 ．1 瓷介质磨矿。图1 所示为瓷磨黄铁矿的 X P S 检测结果。图l a 为F e 2 p 的谱图，结合能为 7 0 7 ．1 0 e V 峰对应于F e S ，中的铁 F e “ 。图1 b 中的S 2 p 谱图表明，在黄铁矿表面上的硫有2 种化 学态，结合能为1 6 3 ．3 5 e V 的峰对应于F e S 中的硫 S 2 一 ，结合能为1 6 9 ．5 5 e V 的峰对应于F e S O 。中的 硫 S 6 。图1 c 为0 1 s 的谱图，结合能为 5 3 1 ．6 5 e V 的峰值对应于F e S O 。中的氧 0 2 一 。说 明在黄铁矿表面生成了F e S O 。。 万方数据 1 1 0有色金属 第6 1 卷 表1瓷磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 T a b l e1X P Sa n a l y s i so fe l e m e n t so ns u r f a c eo f p y r i t eg r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 表1 所示为瓷磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 结果。由表1 数据可知，以C 1s 为标准，采用瓷介质 磨矿时，黄铁矿表面F e S 1 2 ．9 0 ，形成了缺金属 富硫的黄铁矿表面。 2 ．1 ．2 铁介质磨矿。图2 所示为铁磨黄铁矿的 X P S 检测结果。图2 a 为F e 2 p 谱图，结合能为 7 0 7 ．0 0 e V 的峰对应于F e S ，中的铁 F e 2 。图2 b 中的S 2 p 谱图表明，在黄铁矿表面上的硫有2 种化学态，结合能为1 6 3 ．3 5 e V 的峰对应于F e S 中 的硫 S 2 一 ，结合能为1 6 9 ．9 0 e V 的峰对应于F e S O 。 中的硫 S 6 。图2 C 为0 1s 的谱图，结合能为 5 3 1 ．7 0 e V 的峰值对应于F e S O 。中的氧 0 2 一 。说 明在黄铁矿表面生成了F e S O 。。 a 一F e 2 p 谱图； b 一S 2 p 谱图； C 一O l8 谱图 图1瓷磨黄铁矿的X P S 谱图 F i g ．1 X P Ss p e c t r u mo fp y r i t eg r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a a 一F e 2 p 谱图； b 一S 2 p 谱图； c 一0 1s 谱图 图2 铁磨黄铁矿的X P S 谱图 F i g ．2 X P Ss p e c t r u mo fp y r i t eg r o u n dw i t hi r o nm e d i a 表2 所示铁磨黄铁矿表面元素的X P S 分析结果表 明，以C l s 为标准，采用铁介质磨矿时，黄铁矿表面 F e S 1 3 ．4 4 ，形成了缺金属富硫的黄铁矿表面。 表2 铁磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 T a b l e2X P Sa n a l y s i so fe l e m e n t so ns u r f a c eo f p y r i t eg r o u n dw i t hi r o nm e d i a 元素原子含量／％主峰位／e V 2 ．2 黄铁矿表面T E M 分析结果 2 ．2 ．1 瓷介质磨矿。图3 a 为瓷介质磨矿的黄铁 矿晶面取向图，图中显示透射光斑排列散乱，每一个 光斑代表一个晶面取向，由此说明其品格发生了较 大畸变。从图3 b 瓷介质磨矿的黄铁矿表面条纹 也可以看出条纹间距不一致，且条纹取向不同有弯 曲和褶皱再次说明了其晶格存在较多畸变。图3 C 显示瓷介质磨矿后，黄铁矿内部形成了许多直 径在3 5 n m 的细小微晶。 ∞加”∞∞一 4 2 3 9 7 _ 勰弱埔M 加一M兮。”娉一弘∞m缸乱一 s s p p 埽一 万方数据 第4 期刘书杰等干式磨矿对黄铁矿表面性质及后续浮选的影响 a 一晶面取向图； b 一晶面条纹图； c 一微晶图 图3 瓷磨黄铁矿的透射电镜图像 F i g ．3 T E Mo fp y r i t eg r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 2 ．2 ．2 铁介质磨矿。图4 a 为铁介质磨矿的黄铁 矿晶面取向图，图中显示透射光斑排列整齐，由此说 明其晶格畸变程度较小。从图4 b 瓷介质磨矿的 黄铁矿表面条纹也可以看出条纹间距一致，且条纹 取向相同仅有极少数的条纹发生相交现象，这同样 说明了其晶格存在较少畸变。图4 C 显示瓷介质 磨矿后，黄铁矿内部形成了少量零星的直径在5 8 n m 的细小微晶。 a 一晶面取向图； b 一晶面条纹图； c 一微晶图 图4 铁磨黄铁矿的透射电镜图像 F i g ．4 T E Mo fp y r i t eg r o u n dw i t hi r o nm e d i a 2 ．3 浮选试验结果 乙黄药用量对黄铁矿浮选的影响如图5 所示。 结果表明，将乙黄药直接添加在浮选槽，随着浮选槽 中乙黄药浓度由3 ．0 1 0 。’m o l ／L 增加至2 ．7 1 0 “ m o l ／L ，采用铁介质磨矿时，黄铁矿浮选回收率由 7 0 ．6 6 ％缓慢上升至9 2 ．1 7 ％，采用瓷介质磨矿时， 黄铁矿浮选回收率基本稳定在9 5 ％左右。可见，采 用瓷介质磨矿时，黄铁矿在乙黄药浓度较低的情况 下仍然具有良好的可浮性，采用铁介质磨矿时，黄铁 矿在乙黄药浓度较低的情况下其可浮性相对较差。 从图6 所示的黄铁矿的浮选速度试验结果可以 看出，当浮选时间为0 ．5 m i n 时，瓷磨黄铁矿与铁磨 黄铁矿的回收率比较接近，分别为5 4 ．0 9 ％和 5 1 ．2 5 ％。随着浮选时间的延长，瓷磨黄铁矿的回收 率迅速上升，浮选2 m i n 的回收率就达到8 3 ．7 1 ％， 浮选4 m i n 时达9 2 ．3 0 ％。铁磨黄铁矿的回收率虽 上升幅度较大，但浮选2 m i n 时仍仅达到7 5 ．8 l ％， 承 爵 錾 回 镯 蛙 图5乙黄药浓度对黄铁矿浮选的影响 F i g ．5 E f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no fe t h y lx a n t h a t e o nf l o t a t i o no fp y r i t e 浮选4 m i n 时可达到8 1 ．5 8 ％。整体上，瓷磨黄铁矿 的浮选回收率比铁磨黄铁矿的回收率高1 0 ％。 万方数据 1 1 2 有色金属 第6 l 卷 圣 、 褥 擎 置 蝴 蹬 图6 干式磨矿对黄铁矿浮选速度的影响 F i g ．6 E f f e c t so fd r y g r i n d i n gO i lf l o t a t i o n r a t eo fp y r i t e 3结论 瓷介质磨矿的黄铁矿表面的衍射光斑排列混乱 无规则，条纹各个方向都有且条纹间距不一致，由此 说明瓷磨黄铁矿表面存在较多的晶格畸变。铁介质 磨矿的黄铁矿表面的衍射光斑排列规整，条纹方向 和条纹间距较一致，由此说明铁磨黄铁矿表面存在 相对较少的晶格畸变。结合X P S 的检测结果可得 出结论由于黄铁矿晶格中硫原子过剩，因此晶格畸 变产生了阳离子空位，使化合价及电荷状态失去平 衡，造成电负性缺陷，在空位附近的电荷状态使硫离 子对电子有较强的吸引力，而阳离子则形成较高的 荷电状态及较多的自由外层轨道，缺陷使晶体半导 性从n 型向P 型转变，从而提高了黄铁矿的浮游性。 黄铁矿单矿物的浮选试验证明，黄铁矿氧化形 成的缺金属富硫表面将增强其疏水性，更有利于黄 铁矿的无捕收剂浮选，并可促进捕收剂在矿物表面 的吸附从而提高黄铁矿的可浮性。瓷磨黄铁矿的矿 物晶格产生了阳离子空位，造成了电负性缺陷这也 将提高黄铁矿的可浮性。 参考文献 [ 1 ] K o n y o vVA ．硫化矿浮选的新动向一苏联选矿研究设计院工作述评[ J ] ．张兴r 译．国外金属矿选矿，1 9 9 2 ， 2 3 2 3 6 ． [ 2 ] 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e sa n df l o t a t i o nb e h a v i o r so fp y r i t eb e i n gg r o u n dw i t hi r o n m e d i aa n dc e r a m i cm e d i ai si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef l o a t a b i l i t yo fp y r i t eg r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a i sb e t t e rt h a nt h a tg r o u n dw i t hi r o nm e d i a ，a n dt h er e c o v e r ya n df l o a t a t i o nr a t ea r eg r e a t l yi m p r o v e dd u et o s u l f u r l a c k i n gw h i l em e t a l e x c e e d i n gs u r f a c ea n dc a t i o nv a c a n c yi nm i n e r a lc r y s t a ll a t t i c e ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；d r y g r i n d i n g ；p y r i t e ；X P S ；T E M 万方数据