黄铁矿的自诱导浮选行为及电化学研究.pdf

2 0 1 3 年第1 期有色金属 选矿郝分4 5 d o i 1 0 J 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 1 黄铁矿的自诱导浮选行为及电化学研究 尹冰一 山西煤炭职业技术学院，太原0 3 0 0 3 1 摘要通过考察黄铁矿自诱导浮选基本行为，得出不同p H 值条件下回收率矿浆电位上下限p H 关系。结果表明， 黄铁矿实现自诱导浮选所对应的矿浆p H 区间是4 ．2 - 8 ．0 ，电位区间是2 8 5 - 3 6 0m V 。通过循环伏安曲线测量，阐明黄铁矿的 表面氧化机理。通过热力学的相关计算，证明可浮区间内的重要组分以及验证硫单质是主要琉水体的推断。 关键词黄铁矿；自诱导；浮选；电位 中图分类号T D 9 5 1 ．1 ；T I 9 2 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 3 0 1 - 0 0 4 5 - 0 3 S t u d yO l iS e l f - I n d u c e dF l o t a t i o nB e h a v i o ra n dE l e c t r o c h e m i s t r yo fP y r i t e 聊B i n g y i S h a n ．aV o c a t i o n a la n dT e c h n i c a lC o l l e g eo fC o a l ，T a i y u a n0 3 0 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t B ys t u d y i n g o nt h es e l f - i n d u c e df l o t a t i o nb e h a v i o ro fp y r i t e ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n r e c o v e r ya n dt h et o pa n db o t t o ml i m i t a t i o no fp u l pp o t e n t i a lw a so b t a i n e du n d e rd i f f e r e n tp Hv a l u e s ．I tw a s s h o w nt h a tt h es e r f - i n d u c e df l o t a t i o no fp y r i t ec o u l db er e a l i z e da tt h ep Hr a n g eo f4 ．2a n d8 ．0 ，w h i l ea t t h ep u l pp o t e n t i a lr a n g eo f2 8 5a n d3 6 0m V ．R e a c t i o nm e c h a n i s mo ft h es u r f a c eo x i d a t i o no fp y r i t ew a s i l l u s t r a t e db yu s i n gc y c l i cv o l t - a m p e r ec u r v em e a s u r e m e n t ．T h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t sw e r ei d e n t i f i e db yt h e t h e r m o d y n a m i ce q u i l i b r i u mc a l c u l a t i o n ，a n di t c a l lb ei n t e r p r e t e dt h a tt h es u l p h u rw a st h em a i nh y d r o p h o b i c s u b s t 剐l c e ． K e yw o r d s p y r i t e ；s e r f - i n d u c e d ；f l o t a t i o n ；p o t e n t i a l 电化学浮选在硫化矿物浮选研究中应用越来越 广泛，其分为自诱导、硫诱导和捕收剂诱导三种类 型。自诱导浮选是指在无硫、无捕收剂条件下，通 过控制矿浆电位，使矿物表面生成疏水物质，从而 达到浮选的行为[ M ] 。 黄铁矿是分布最广、最常见的硫化矿物，在各 类岩石中都可出现。其经常与其他硫化矿物存在浮 选分离的问题，因此黄铁矿的电化学研究具有很重 要的意义。 1 试验方法 1 ．1 样品与试剂 黄铁矿矿样取自广西大厂，制备得到粒度为 3 8 ～1 5 0p a n ，纯度为9 9 ％的试验样品。浮选所用水 是p H 值缓冲溶液 p H 值分别为2 ．5 、4 ．6 、 6 ．9 、9 ．2 、1 1 ．2 、1 3 ．2 ，分别用H C I 、H A e N a A e 、 N a 2 H P 0 4 K H 2 P 0 4 、硼砂、N a 2 C 0 3 N a H C 0 3 、N a O H 经一次蒸馏水配制而成 。起泡剂丁基醚醇为工业 纯，其余试剂都为分析纯。 1 ．2 浮选试验 每次取矿样2 ．2g ，试验前把矿样和4 0m L 蒸 馏水一起倒人J C X 一5 0 w 型超声波清洗机内，清 洗矿样表面5m i n 。用不同p H 值的缓冲溶液分别把 矿样冲入4 0m L 挂槽式浮选机中进行试验，其中 在加起泡剂前，用P H S 一3 C 精密p H 计、A g ／A g C l 和铂电极组成电极对测量矿浆电位。起泡剂丁基醚 醇用量为1 0m s ／L 。浮选时间3m i n 。 浮选试验流程见图1 。 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 计划 资助项目 2 0 0 7 C B 6 1 3 6 0 2 收稿日期2 0 1 2 - 0 7 - 1 6修回日期2 0 1 2 一l l 1 9 作者简介尹冰一 1 9 8 4 - ，女，山西屯留人，硕士，助教。 万方数据 4 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 清洗后矿样 5 调整剂 5 调整剂 浮 选 搅拌、浮选时间单位m i n 泡沫产品 槽内产品 图1 自诱导浮选流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fs e l f - i n d u c t e df l o a t a t i o nt e s t 1 ．3 循环伏安测试 测试样品是切磨而成的单晶黄铁矿 每次测量 时，都要用砂纸逐级打磨成镜面 ，工作面的直径 为2 0m l n ，电解池是三电极系统，其中铂电极为辅 助电极，A 以g C l 为参比电极，支持电解质是 0 ．1m 0 1 ／LK N O ，溶液，测试系统是普材斯顿E G G A P R C 电化学测量系统，扫描速度为2 0m V ／s 。 2 结果讨论 2 ．1 浮选试验结果 堡 辟 擎 回 童 遥 脚 蝶 奄 p H 图2 黄铁矿自诱导浮选，矿浆p H 值、矿浆电位 与浮选回收率关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i po ff l o t a t i o nr e c o v e r ya n dp u l p p o t e n t i a lv e r s u sp Hi ns e l f - i n d u c e df l o t a t i o no fp y r i t e 为了研究黄铁矿在自诱导条件下的浮选行为， 考察浮选与矿浆电位的关系，试验流程如图l 所示， 结果如图2 所示。由图2 可以看出，在p H 4 ．2 ～8 时，矿物可浮，相应的矿浆电位是2 8 5 3 6 0m V ， 所以无论是p H 还是矿浆电位，其可浮区间很窄； 整体看来，在酸性条件下，可浮性随着p H 的增大 逐渐变好，接近中性条件时，可浮性最好，回收率 达到7 0 ％左右；碱性条件下，随着p H 的增大可浮 性逐渐变差，在p H 1 1 时，回收率基本为零，矿 物不浮；矿浆电位随着p H 的增大逐渐降低。 2 ．2 循环伏安测试结果 为了研究黄铁矿的电化学行为，在不同p H 条 件下对黄铁矿电极进行了循环伏安测试。图3 至图 5 分别是黄铁矿电极在p H4 ．2 、6 ．6 、9 ．2 三种缓冲 溶液中的循环伏安曲线，其中扫描速度2 0m V ／s ， 电极介质是K N O ，、浓度0 ．1m o l ／L 。 笔 P { 二 魁 酿 媛 锄 电压／m V 图3p H 4 ．2 时，黄铁矿电极表面电压与电流强度 的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i po fe l e c t r o d es u r f a c ev o k a g ea n d c u r r e n ti n t e n s i t yo fp r r i t ea tp Hv a l u eo f4 ．2 1 如图3 所示，黄铁矿在p H 4 ．2 时的循环伏安 曲线阳极峰A 。出现时，峰值对应的电压是0 ．1 6 5V 。 阳极峰A 出现时，对应的起始电压是0 ．4 4V 。 峰A ，可能发生的反应 F e S 2 F e 舢 2 S o 2 e 1 假设[ F e 2 ] 1 0 巧m o L ／L ，p H - - 4 ．2 时， E E e 0 ．0 2 9 5 1 9 [ F e 2 ] 其中E 。 0 ．3 4 2V 则反应式 1 的可逆电位 E 0 ．3 4 2 0 ．1 7 7 0 ．1 6 5V 由以上结果说明，当矿浆电位在0 ．1 6 5V 时， 黄铁矿表面开始生成硫单质。随着矿浆电位的不断 升高，矿浆中的硫元素也不断增多，黄铁矿的浮选 回收率不断增大。图3 中峰A 。即为硫元素的生成， 计算结果与图3 结果吻合。 峰A 2 可能发生的反应 F e S 2 8 H 2 0 F e 厶_ 2 s 0 4 2 - 1 6 H 1 4 e 2 其中E 。- _ 0 ．3 5 5V 假设[ F e 2 ] 1 0 巧m o l ／L ，[ s 0 4 2 - ] 1 0 。6m o l ／L ， 同时还应考虑S 0 4 2 - 的过电位，则式 2 黄铁矿氧 化电位E 与p H 值的关系如下 E 0 ．7 2 3 0 ．0 6 7 4p H 3 当p H 4 ．2 时，由式 3 得黄铁矿的氧化可 逆电位为0 ．4 4V 。计算结果表明当p H 4 ．2 时，黄 铁矿已经开始过度氧化生成亲水的s o 一，这样黄 万方数据 2 0 1 3 年第1 期尹冰一等黄铁矿的自诱导浮选行为及电化学研究 4 7 铁矿的回收率就开始随着电位的继续增大而急剧下 降。图3 中峰A 即为S 0 4 2 一的生成。还可以看出当 电位大于0 ．4 4V 时，电流密度迅速增大，也证实了 黄铁矿氧化这一过程。计算结果与图3 完全吻合。 因此根据电化学试验结论得出，酸性条件下，黄 铁矿自诱导浮选的最佳矿浆电位区间是 1 6 5 4 ．4 4V 。 夺 g { 二 魁 矮 鹾 脚 - 4 0 0 一姗一2 ∞一1 0 00l U U 删3 ∞4 0 05 0 0 电压／m V 图4p H 6 ．6 时。黄铁矿电极表面电压与电流强度 的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i po fe l e c t r o d eS I l l f a c ev o l t a g ea n d c u r r e n ti n t e n s i t yo f p y r i t ea tp Hv a l u eo f6 ．6 2 如图4 所示，黄铁矿在p H 6 ．6 时的循环伏安 曲线阳极峰A 。出现时，峰值对应的电压是0 ．1 6 5V 。 阳极峰A 出现时，对应的起始电压是0 ．2 7 8V 。 在中性条件下，黄铁矿表面发生的化学反应与 酸性条件下相同，即根据 1 、 2 计算得黄铁矿 表面生成硫单质的可逆电位是0 ．1 6 5V ，生成S O - 的可逆电位是0 ．2 7 8V 。图4 与计算结果基本吻合。 因j H 根据电化学嗣翟殇蝴出，中性条井斗下，黄铁 矿自诱导浮选的最佳矿浆电位区间是o ．1 6 5 加．2 7 8V 。 这与酸性条件相比，矿浆电位区间相对变窄。 3 如图5 所示，黄铁矿在p H 9 ．2 时的循环伏 安曲线阳极峰A 。出现时，对应的起始电压是- 0 ．2V 。 阳极峰A 出现时，对应的起始电压是0 ．3V 。 峰A 。可能发生的反应 F e 2 3 H l ◇_ F e O H 3 3 H e 4 经计算可得 4 式的平衡电位E 一0 ．2 1V ， 图5 的峰A 。开始于一0 ．2V ，表明此时是F e O H ， 的生成。这与计算结果相吻合。峰A 。出现后，阳 极电流逐渐减小，说明F e O H 。在黄铁矿表面形 成了钝化层，当电位到达0 ．3V 左右时，阳极电流 矿 g { 二 越 黧 瑗 锄 - - 6 0 0 - - 4 0 0 - 2 0 002 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 电压／m V 图5p H 9 ．2 时．黄铁矿电极表面电压与电流强度 的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i po fe l e c t r o d es u r f a c ev o l t a g ea n d c u r r e n ti n t e n s i t yo fp y r i t ea tp Hv a l u eo f9 ．2 开始随电位增大而升高，说明此时钝化层开始消 失，矿物表面进一步被氧化。峰A 对应此过程。 因此由电化学试验结论得出，碱性条件下，黄 铁矿表面没有生成疏水的物质。故黄铁矿的自诱导 浮选回收率降低，可浮性下降，这与浮选结果也相 对应。 3 结论 1 黄铁矿自诱导可浮矿浆p H 区间是4 ．2 ～8 ， 相对应的矿浆电位区间是2 8 5 ～3 6 0m V 。 2 在不同的p H 条件下，矿浆电位的可浮区 间不同。酸性条件下，可浮区间较大，回收率较好； 中性和碱性条件下可浮区间变窄，回收率下降。 3 s o 是黄铁矿浮选的主要疏水体。 参考文献 [ 1 ] L e p p i n e nJ0 ，B s s i l i oCI ，Y o o nRH ．I n - S u i t 兀1 R S t u d yo fE t h y lX a n t h a t eA d s o r p t i o n o nS u l f i d eU n d e r C o n d i t i o n so fC o n t r o l l e dP o t e n t i a l [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，1 9 8 9 ，2 6 2 5 9 2 7 4 ． [ 2 ] 孙水裕，王淀佐，李柏淡．黄铁矿的自诱导浮选的基本行 为[ J ] ．江西有色金属，1 9 9 4 ，8 3 2 9 3 2 ． [ 3 ] 孙水裕，王淀佐，李柏淡．黄铁矿硫化诱导的浮选研究 [ J ] ．湖南有色金属，1 9 9 4 ，1 0 1 1 8 2 4 ． [ 4 ] 杨梅金，陈建华，马少健，等．黄铁矿自诱导电化学浮选 研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 3 ，1 3 1 9 2 8 1 2 8 3 ． [ 5 ] 邱廷省，罗仙平，方夕辉．黄铁矿氧化抑制行为及机理研 究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 1 ，1 0 5 1 7 1 9 ． 万方数据