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籀女眷第2 辐 2000 年5 男 有色盒蓓 N O N F E R R o U SM E T , M ．S V o 】5 2 ．N o2 M a y 2000 硫化矿电位调控浮选及原生电位浮选技术 顾悃华1 ，蔓淀缓2 ，刘如意3 ，邱箍髑 1 ．中枣羔业大学矿物工程系，长沙4 1 0 0 8 3 ； 2 ，北京商色金属研究总睫，北寰1 0 0 0 8 8 ； 3 ．广东工业大学环境与资源工程系，广州5 1 。0 9 锄 摘要在硫化矿洋选电化学研究基础之上，提出利带硫化矿磨矿一浮选矿袋中固宥的氧化一还艨匣成调控电位鲍“愿 生电位浮选”技术．使电馥请控浮选理论真正成功地转化为现实的生产力。并显示出巨大的推广前最． 关建蜘联生电位弹建；浮选电化学辘他矿 中圈分类号1 删 6 浮选是藩苘隧收备种有瑶矿扬酌最为有效韵方 法之一。电位调控浮遮是综合运用龟诧学、蓬予仡 学、电极避程动力学予臻他矿浮选过程蕊形成熬全 新的理论体系，颞理论对浮选过攫更瀑人、更科学 的理解，使复杂碱化矿物赢选择性浮选翱分离避程 有了新的发展。槿电位调控浮选应用研究过程中， 先后开发出采用外加电极和使用氧化～还原药剂 两种电位调控方法“，。但由于前者霈解决电控浮 选设备问题，后者必须正视高成本和副作用两犬不 乖j 霸索o ，电位调控浮选一直难以应用于工业生 产实践。1 9 9 4 ～1 9 9 8 年，中南工业大学和广东工 盐夫学合作。挺密撬不采用井加电极，也不使用氧 纯一逶藤舞裁，丽是稍稍硫纯矿瘩矿一浮选矿浆 中潮有的戴讫一还愿反鑫调控泡位麴4 琢生电位 浮选 O r i g i n p o t e n t i a l } F l o t a t i o n ，O P F ’技术， 该技术在国内广蕊、广磋、l 鹾苏等卷多家矿粕获得 工业应用，已经显示出皑位调控浮选的基大僚售。 体系内部韵各种氧化一还原反应．受矿浆化学环 境的翻约，矿浆纯学环境叉受传统浮选操作两素的 影响。嚣魏。调节传统浮选操作参数，仍然可以达 到电位调控浮选辩露静。 本文对硫诧矿艨生电位浮选 O P F 给出懿下 定义O P F 工艺是指利用辕睨矿缝矿一浮选矿浆 中固有的电化学行为 氧化一还原反应 S l 起鹋 电位变化，通过调节传统浮选操作因素达到电位调 控并改善浮选过穰的工艺。O P F 工艺有薅个要 点一是主幕调节和控制包括矿浆p H 值、捕收刹 种类、用量及用法、浮选时间以及浮选流程结构等 在内的传统浮选操作参数，二是不采用外加电极、 不使用氯化一还原药荆调控电位。其主要科学内 涵和技术关键在于将传统浮选过程控制参数与矿 浆骧生电位茸。 结合起来，旗浮选电化学的角 度磷究甄p 黠浮选过程的影晌辩簸中寻找各因素 之间的最佳匹配方案，默i } | i 确立最佳浮选条释。 l原生电位浮遗的发现及其定叉2矿浆原生电位的形成 硫化矿浮选电化学研究的目的是力求建立矿浆 电位与浮选行为之间的关系，矿浆电位是这一研究 的主要控制参数o ’。在以往的研究过程中．强调 齄加因索对浮选矿浆的电位调控作用，而原生电位 浮选强调硫化矿蘑矿一浮选体系本身就包含有众 多其有氧纯一还原往的物质 如氧、瞪矿介质、 藏纯矿物等 ，邵使不外热电檄、不辩弼氧化一还 原药剩，浮选矿浆也舆有氧纯一还躲性、有一个 溷蠢的矿浆电位擅源生电位 蠡0 ，置。来源予 牧藉丑期1 9 9 9 一糖一{ 7 { 乍者篱彳} 磁权华1 9 馥一} 。女。蜂 对硫化矿浮选丽言，壤矿一浮选体系是一个 相当复杂的体系，其中的氧化一还原反应千差万 别而且相互联系和制约。按混合电位理论“，艘 矿一浮选体系是一个没有外加电压的内部短路体 系，在体系中存在着在宅间上被隔离的阳极过程和 阴极过秘。其中有两种混合电使的情况．局部电池 和通往惑电偶o 。墒部电池是一个在同一固体表 褥上含有阳极和阴极珏的单一栩，简体总的表面积 等于蒂掇和黼极区谢积之和 在浮选体系中，阳极 糍氍投两种过程在鬻一电位下啬现．因而有均一表 露霹以支持秘释覆反，琵需假设表黼土有单毪的粥 万方数据 第2 期顾帼华等硫化矿电位调控浮选硬原生电位浮选技术 投区积鳓极区 ，当两个或更多的固桐处在电接触 状态时则形成迦伐尼电偶，其中的每一个固相不是 起着阳极作用就是起着阴极作用，而且有各自的反 应表霜。在硫化矿磨矿一浮选体系中，硫化矿物 与磨矿分质 通常是钢球 表面可能同时存在其自 身氧化的局部电池以及硫化矿物与硫化矿物之间、 硫亿矿物与磨矿介质之间形成的迦伐尼电偶。 矿浆电位实际上是复杂的硫化矿瘗矿一浮选 体系中众多氧化一还原反应的宏观体现。每一种 氧化一还原反应由相互匹配的阳极过程和阴极过 程所组成，该阳极和劂极过程在矿浆中将形成一混 合电位。对单一体系而言，净电流密度i 是阳极电 流密度‘和阴极电流密度‘之和，混合电位则相 应于净电流密度i 为零的点。 在硫化矿磨矿一浮选体系中，众多的氧化 一还原反应预示着矿浆中将存在各种各样的由单 一氧纯一还原电对所形或豹混合电位，可以认 为。矿浆电位正是这些混合电位叠加在一起的宏观 结果。如果磨矿一浮选体系并未采用 bJ J Ⅱ电极或 氧化一还原药剂调控电位，此时则形成矿浆原生 电位 E o 3 磨矿一浮选矿浆中的氧化一还原反 应对矿浆原生电位的影响 要研究各氧化一还原反应对最。的影响，主要 是考察磨矿～浮选体系中阳极氧化反应和阴极氧 的还原反应掰形戏的两种半电池I 曼应的平衡电极电 位E 目和E №的相对大小。 3 ．1 阳极氧化反应的电极电位置m 在硫化矿磨矿一浮选体系中，发生阳极氧化 的物质主要是硫亿矿物、磨矿介质以及捕收剂等， 众多的阳极氧化反应可以分为以下两类 1 有电子迁移但无H 生成的氧化反应 a A b B 慧c C d D l i e E m 叫 华l g 器 1 2 有电子迁移同时生成了H 的氧化反应 a A b B q H 2 0 c C d D m H n e ‰叫～0 ．0 s 9 - 詈p H 半l g 器 2 3 ．2 阴极氧的还原反应电极电位量m 氧的还原可以分为以下两种情况 酸性奔质中 妻o 2 H 2 e H 2 0 中性和碱性介质中 1 0 2 { - H 2 0 2 e 2 0 H P I ．2 2 9 V 酽 0 ．4 0 1 V 两种情况下的阴极电极电位均为 E 日 1 ．2 2 9 一O ．0 5 9 1 p H O ．0 1 4 7 1 9 P 0 2 3 3 ．3 对点二的影晌 如是体系中各氧化一还原反应形成的混合电 位叠加的结聚，其本身仍然是一个混合电位，由代 表体系中所有氧化反应的假想阳极过程和氧还原的 阴极过程所构成，如图l 示。 图1表征矿浆原生电位的电流密度一电位圈 F i g ．1 C u r r e n td e n s i t yv s ．p o t e n t i a lf o r o r i g i n o o t e n t i a l 对假想阳极过程来说，其平衡电极电位E ∞代表了 体系中各硫化矿物及磨矿介质等发生氧化反应的总 的电极电位，该电极电位可以表示为 耻督0 ．0 5 9 1 n - P H 罕培潮 ‘ 4 式中E 目，E ；～假想阳援过程电极电位及其 标准电极电位，V m 一假想阳极过程中生成的H 构摩尔数 1 1 一假想阳极过程中释放的电子数 对于氧在阴极的还原。其平衡电极电位E 月如 式 3 所示。 无论是假想阳极过程还是氧还原的阴扳过程， 二嚣的平衡电极电位E m 和E w 均是睫介质p H 僮的 升高而降低，最。介于E m 和E 目之问，故介质p H 值的升高，必将导致最。的降低。特别地，如果认 为在原生电位浮选的暇想阳极过程中，矿浆中氧化 生成l m o l H 就会对应地向液相迁移l m o l 电子。 则簋w 和E 目随介质p H 值变化的斜率均是一0 ．0 5 9 1 ； 考虑在一定的p H 范固内变化时，假想阳极极化艘 万方数据 谢色金属 第5 2 澄 线和氧还糕阴投稷耽鞠线的形状幂会发生天鹩改 变，此时。鼠。随介质p H 值变化的斜率也窘是 一0 ．0 5 9 l ，即矿浆原生电位与矿浆p H 值之间的关 蘩胃班表示成 ‰2 ％一o ．0 5 9 1 p H 5 对铅锌复杂多金属硫化矿浮选体系，实测的娥。值 程0 ，9 1 V 左蠢。 4 原生电位浮选过程中p H 、E 。、捕 收剂、浮选时间等的匹配 4 ．1 P H 一戴。的匹配 以铅、锌、铁硫化矿浮选体系为例，电化举研 究表明，离p H 、低五矗的矿浆化学环境有利于方 锯矿的浮选，同时有帚{ 予阂锌矿帮麓铁矿静自身氧 化抑制，具体要求达到的p H 和E 。匹配关系 悬⋯p H l 2 ．5 ～1 2 ．8 E 0 0 0 ．1 3 ～0 ．2 0 V 。 获式 5 可翅，姿镑锌铁硫纯矿浮遥体系矿 浆p H 值垒b 予1 2 ．5 ～1 2 ．8 范围时，由体系内部固 有电化学行为导致的茂。在0 ．1 5 ～0 ．1 7 v 范围内渡 姥 簿会甄嫩赵位毯先浮逢方镑矿瓣矿浆条{ 事。 4 ．2O P F 过程中捕收剂的匹配 在原生电位优先浮选方铅矿时，捕收荆的选择 主要考虑两个因素拣收箍力和选撵性。攘收糍力 碍以用在方船矿表面形成的捕收剂众瘸盐的热力学 稳定性加以衡量，即采用捕收剂金属盐被进一步氧 化分撰的电馕霆_ 作为判据，E * 越高，糖收能 力越强；选撵性可以用德牧裁二聚物在黄铗矿表面 的热力学稳定性加以衡鼙，即采用捕收剂二聚物在 黄铁矿表面发生脱附的电位E 脱m 作为判据，嚣K m 麓辐，选择瞧越婷。综合考虑摅投辘力霸遥撵瞧掰 个因素，则可以用E * 和占H M 的差值△E △窟 层特鼻一E 脱谢 6 童棼隽攘收粼攘收毙力秘逡择性综会粼捶，△霖菹 越大，表明捕收能力和选择性均占优势。 图2 是撤据电化学测试结果绘出的原生电位浮 选矿装珏境下播收剂二乙基二琉代氨基甲黻镶 D D T C 翔丁基黄原皴钾 K B X 浮选方锯矿 时的捕收能力和选择性综合判据△E 。 匿中可羼。△‰ △墨㈣，敖在优先浮选 方铅矿时，摊彀裁选焉D D { ℃为意。 4 ．3 浮选时间、流程结构与E 。的匹配 从图3 所示的以广鼹某铅锌矿为僦测出的矿浆 嚣。蓬疆浮选时阉的交织祷凝霉毅餐斑，要满戆琢 生电位优先浮选方铅矿的E 。。要求，总浮选时间应 霾2撼彀帮攘彀鬣宠秘遥择毽综台翔据△嚣 F i g ．2S y n t h e t i c a lc r i t e r i o no fa b i l i t ya n ds e l e c t i o n f o rc o l l e c t o r 0 ．3 1 n 2 9 0 ．2 7 一氇2 5 警 邑02 3 乏 重0 ．2 1 0 ．1 9 0 ．1 7 疆1 5 8毒81 21 62 02 4 图3 巢锻锌矿矿浆稼．与浮选时间的关系 F i g 。3P u l pE 姆v s ．f l o t a t i o nt i m ea ta l e a d 一矗n em i n e 控制在1 6 ～1 8 r a i n 以内，当原生电位浮选在■业 上应用时，流程结构必颓进行调整。 5原生电位浮选生产实践 硫化矿原嫩电位浮选工艺1 9 9 4 年后在国内多 家镪锌矿出投入工盐应震劳不断褥翻雉广，至1 9 9 8 年底，带来的宜接经济效箍突破t 亿元。表l 中列 出其中三家锻锌矿山应用原生电位浮选工艺后获得 瓣选矿撂标及藏与蒙工艺捂标的对魄。实践表骥， O P F 工艺具有技术先进、流程简单、操作方便、 降低选矿成本、提高分选指标、减少环境污染等优 点，该技术的成功应用为破化矿电健调控浮选从理 论建商实践逡浅了坚实的一步。 6结论 琢生毫霞浮选 O r i g i n p o t e n t i a l F l o t a t i o n ， O P F 是指利用硫化矿膳矿一浮选矿浆中固有的 万方数据 第2 期 顿帼华等硫化矿电位调控浮选及原生电位浮选技术 2 1 表1原生电位浮选在多个矿山的生产实践 T a b l e1T h ep r o d u c t i o np r a c t i c eo fo r i g i n p o t e n t i a lf l o t a t i o nt e c h n o l o g ya tm a n ym i o e s 电化学行为 氧化一还原反应 引起的电位变化． 通过调节传统浮选操作因素达到电位调控并改善浮 选过程的工艺。O P F 工艺有两个要点一是主要 调节和控制包括矿浆p H 值、捕收剂种类、用量及 用法、浮选时间以及浮选流程结构等在内的传统浮 选操作参数，二是不采用外加电极、不使用氧化 一还原药剂调控电位。其主要科学内涵和技术关 键在于将传统浮选过程控制参数与矿浆原生电位 ∽。。 结合起来．从浮选电化学的角度研究E 。对 浮选过程的影响，并从中寻找各因索之间的最佳匹 配方案，从而确立最佳浮选条件。该工艺从1 9 9 4 年开始已先后在国内多家矿山获得工业应用并显示 出电位调控浮选的巨大价值。 参考文献 冯其明．陈荩．硫化矿物浮选电化学．长沙中南工业大学出版社．1 9 9 2 ．1 0 3 R a oSR ，L a b o n t eG ’F i n c hJ ．A ．国外金属矿选矿， 1 9 9 7 ．3 4 4 l 王淀佐．浮选理论的新进展．北京科学出版社．1 9 9 2 ．7 9 U s u lAH ，T o l u nRI n tJM i n e r P r o c e s s ，1 9 7 4 ．1 1 3 5 5 中国金属学会编译组．化学冶金进展评论．北京冶金工业出版社．1 9 8 5 ．1 6 顾帼华．博士学位论文．中南工业大学矿物系，1 9 9 8 嘲R o C H E M I C A LF I o T A l l o NF o RS U L ⅡD EM I N E R A I S A N Do R I G I N P o T 日叮n A LF I o T A l l o N1 E c H N o L o G Y G UG l t o h l l a l ．W A N GD i Ⅱn z u 矿L I UR u y i 3 ，Q ，uG u a n z h a a l r J ．C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ．C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ； 2 脚口G e n e r a R e s e a w ．h 胁m H 扣f o rN o n f 删sM e t a l s ，B e l t i n g1 0 0 0 8 8 ； 3 ．G u a n 醇o n gU n i v e r s i t y0 jT e c h n o l o g y ．血a n O z h o a5 1 0 0 9 0 A B S T R A C T B a s e do nt h es t u d yo fe l e c t r o c h e m i c a lf l o t a t i o nf o rs u l f i d em i n e r a l s ，O r i g i n p o t e n t i a lF l o t a t i o n O P F t e c h n o l o g y ，w h i c hm a d eu s eo fi n t r i n s i c r e d o xr e a c t i o n si ng r i n d i n g f l o t a t i o ns y s t e mt oa d j u s tp o t e n - t i a l ，w a sp r o p o s e d ．O P Ft e c h n o l o g yh a sb e e nu s e ds u c c e s s f u l l yi nl e a d z i n cs u l f i d em i n e r a l s f l o t a t i o n a n dd e m o n s t r a t e sg r e a te x t e n d e dp r o s p e c ti na l ls u l f i d em i n e r a l s ． K E YW O R D So r i g i n p o t e n t i a lf l o t a t i o n ；e l e c t r o c h e m i c a lf l o t a t i o n ；s u l f i d em i n e r a l 万方数据
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