矿物无捕收剂浮选的可行性及条件的理论分析.pdf

4 国 外 金 属 矿 选 矿 2 0 0 7 ． 9 羞 参 王 逮 矿物无捕收剂浮选的可行性 及条件的理论分析 A A 阿布拉 莫夫 摘 要 本文对选矿厂 实现硫化矿物无捕收剂浮选的可行性及必要条件进行 了理论 分析。结果表 明， 在 特定 的条件下 ， 无捕 收 剂浮选工艺不仅可回收具有天然可浮性的矿物， 而且 可回收不具有天然可浮性的硫化矿物 。无捕收剂浮选硫化 矿物 的 最佳 p H值可以根据氧化产物的零点电的电位值或硫化物表面质子化 一去质子化 的 p H值来 确定； 不同硫化矿物的初 始氧化 电位不同， 表明无捕收剂优先浮选原则上是可行的 ； 为了防止可溶盐离子引起硫化物 的活化或相互活化 ， 可 以在 磨矿和浮选过程中保持所需的矿浆 电位 E h值 和 p H值 ； 所需的矿浆电位 E h值 的调节和维持可以通过向矿浆中鼓人不 同气体 、 加入还原剂或氧化剂 安装 矿物 电化学装置等途径来实现。 关 键 词 硫化矿物无 捕收剂浮选 氧化还原 电位 浮选电化学 可溶性盐离子 出于环境保护和减少选矿厂药剂用量的需要 ， 出现 了大量 的有关 硫化 矿 “ 无药 剂 ” 浮选 的论 文 实 际上为无 捕收剂 浮选 。然 而 ， 试 图将试 验室所 得 到 的结果用 于工业 实 践 时遇 到 了很 大 的困难 ， 并 引起 了对 其实 现可能 性 的质疑 。本 文 的 目的是对在 选矿 厂中实现无捕收剂浮选的可行性及其建立必要条件 进行 理论分 析 。 1 矿物无捕收剂浮选的可行性及 其基 本条件 的评价 矿 物要想 浮选 ， 矿物表 面应该 满足 如下条 件 1 矿 物表 面要 具 有一 定 的疏 水 程 度 ， 以保 证 矿 物颗粒在气泡上附着的热力学几率足够高； 2 在矿物表 面 上要 含 有微 泡 、 物理 吸 附 的疏 水 性的非极性物质或异极性物质分子的胶束簇和大的 胶束， 以保证颗粒在气泡上 固着 时气泡与颗粒之 间 的水化层破 裂 ， 促 使 颗粒 在 矿浆 的紊 流 作用 下 与气 泡 碰撞 。 显然 ， 当只有起 泡剂存 在 时 ， 在矿 物表 面上形 成 微泡 ， 此时 可 以浮 选 具有 天然 疏 水 性 的 矿 物 自然 硫 、 鳞 片状石 墨 、 辉 钼矿 和层 状 的铝硅 酸盐矿 物等 ， 而不 能浮选具 有极 性的亲水 性表 面 的非硫化 矿物 和 硅酸盐矿物。而硫化矿属于特殊的一类 。 虽然硫化矿物的新鲜表面具有某些疏水性 ， 但 它不具有天然的可浮性。之所 以如此 ， 首先是因为 在磨矿过程中， 硫化矿物颗粒 沿着键合最 弱的面破 裂 ， 形成的不饱和价表面最少； 其次， 是因为硫化矿 物表面 具 有 少 量 的 离 子 键 与 共 价 键 和 金 属 键 相 比 ， 故它 的疏水 性 应 该 高 于氧 化 矿 物 。因此 ， 新 鲜 的硫化矿物表面常易被烃基化合物润湿 ， 而不是被 水润 湿 。硫 化矿 物 的某 些天然 疏水 性决定 了其在 特 定 的条件下 仅用起 泡剂 浮选 的可能 性 见 图 1 。此 时不 同的起 泡剂具 有不 同的 浮游能力 。浮游 能力 随 着起泡剂溶解度 的降低而增加 ， 同时也随着其以液 滴 、 胶束簇和大胶束形式附着几率的增大而增加， 也 随着起泡剂与矿物表面相互作用的亲水亲油平衡值 增 大而增 加 ， 后 者取 决 于 在 矿 浆 p H 值 和氧 化 一还 原 电位发 生变化 时 矿物 的表 面状 态 和极 化 程度 如 氧 化作用 。例 如 ， 当无 捕 收剂 时 ， 硫 化铁 矿物 黄铁 矿和磁 黄铁 矿在 酸 性 介 质 中易 浮 ， 而 方铅 矿 在 中性介质中易浮。黄铜矿和其他硫化铜矿物在很宽 的 p H 值范 围内可 浮 p H 4 ～1 2 。 硫 化矿 物表 面性质 的变化 主要取 决于 与氧 的相 互 作用 。因为大 多数 硫 化矿 物具 有 电子 型 导 电性 ， 所 以在表面离 子化 过程 中所 吸附的氧 会吸 引导带 中 的电子 ， 最大程度地 降低 了禁带 的宽度 费米能级 E 和矿物表面的极性。它们之间的关系如下 1 1 们 EF一 E 一KTI n 1 Z Z 声 式 中 一禁 带宽度 的变化 ； 和 一 电子 和空 穴 的 电子 自由载流 子 的浓 度 。 每种 硫化 矿 物 都具 有各 自的氧临 界 浓度 ， 它 取 决于浮选最佳 时矿 物中电子 与空穴 之间的浓度 比 值 。 一 些作者认为 ， 在氧化 时硫化矿物表面疏水性 程度 的提 高决定 于 电位 向正 向移 动 ， 并通 过零 电点 ， 维普资讯 2 O O 7 ． 9 国 外 金 属 矿 选 矿 5 即表 面 极 化 程 度 最 小 和 疏 水 性 最 大 。 Wo o d s和 R i c h a r d s o n后 来 也 做 出 了 类 似 的 推 测 。 Hu和 Wa n g已证 实硫化 矿物 的最 大 可浮 性 出现 在 接 近于 零 电点的电位值处 。 、 瓣 塾 萄 艰 ＼ 瓣 蕾 图 1 介 质 p H值 对 矿 物 可浮 性 的 影 晌 1 一辉钼矿； 2 一黄铜矿； 卜 纯闪锌矿；4 一方铅矿； s 一铁闪锌矿； 6 一黄铁矿 a --6 mg ／ L煤油； b --l O m g ／ L松油 ； c 一5 0 0 mg ／ L环已醇 此 时 ， 硫 化 矿 物 的特 点 是 表 面 金 属 原 子不 足 ， 而硫 原子 过剩 。表面层 较高 的硫原 子浓 度促 使金 属 原子从 晶格 内部 向表 面迁移 ， 进而 向液 相移 动 ， 形 成 氢氧化 物或 其他 的氧化 物 。 为了降低具有电子型导电性的硫化矿物表面上 的 电子 浓度 ， 可添 加 表 面活 性 电子受 体 ， 如碘 、 元 素 硫和喹 啉 。部分或 全部补 偿表 面剩 余 电子 可 以通过 硫 蒸汽 的热力 学扩 散或在 硫化钠 存 在时元 素硫 的形 成而达到 。当电子受体覆盖矿物表面大约 1 ／ l o时， 充足的电子受体用量保证了表面电荷的中和及疏水 性 。 接近 零 电点 的表 面状态 是元 素硫 在其 表面 上 占 主导吸附的缘由。一些研究者几乎都把硫化矿物在 无 捕收剂 时 的疏 水性 和最 大可浮 性与 其表 面硫 的存 在联系在一起。但是 ， 表面元素硫 的存在仅是一个 度量 ， 而 不是 表 面疏 水 的原 因 。L u t t e r l 和 Y o o n指 出 ， 矿 物表 面元 素硫 的存 在与 它 的可 浮性 之 间 不存 在任何 的关 系 。过 多 的硫甚 至 由于 “ 疏水 矿 泥 的抑 制作用 ” 机理 也 可能 抑制矿 物 的浮选 。 氧 或 电子受 体浓 度过 高会使 矿物 表面氧 化和疏 水性降低。因为有色金属的氧化物比其硫化物具有 更 强 的极性 ， 所 以与水 分子偶 极作 用 的能量更 大 。 例 如 ， F u e r s t e n a u和 S a b a c k y认 为 ， 如果氧 在空 气 中的含量不高于 1 O 摩尔分数 ， 那么氧在水中的 含 量低 于 51 0 ～ g ／ g Hz 0， 此 时主 要 的 硫化 矿 物 辉铜矿 、 黄铜矿、 黄铁矿 、 方铅矿和闪锌 矿 都 具有 天 然 可浮 性 。黄 铁 矿 、 方铅 矿 、 砷 黄铁 矿 、 闪锌 矿和 铁 硫砷钴 矿 在通 常 的磨 矿条件 下应 用 MI B C时不会 浮起 。从 硫化 矿物 表 面上清 除所形 成 的氧化膜 可恢 复 它们 的无 捕 收 剂 时 的 可 浮 性 如 用 一 定 浓 度 的 E D T A 乙二 胺 四乙酸 。 相反 地 ， 当添 加 硫 化 钠 或 E D T A 过 量 时 ， 硫 化 矿物的疏水程度要 降低 ， 这是 由于硫化矿物表 面的 复原 或暴 露 ， 以及 在 定 位硫 离 子 作 用下 的极 化 。对 于不同的硫化铜矿物和其他硫化矿物， 为创造这种 效果 所必 需 的硫 化钠 或 E D T A 浓 度是不 同的 。 因此 ， 硫化矿物最有效的浮选是在最佳氧化程 度时观 察 到 的 ， 每种 硫 化 矿 物在 特 定 的 表 面 电位值 时达到 最佳 的氧 化程 度 。纯矿物 无捕 收剂 浮选试验 所得到 的结果用于工业上 的优先浮选是非 常困难 的 。矿 物本 身 以及 矿 物 与磨 矿 介 质 问 的 电流作 用 ， 以及由于球的腐蚀作用产生的铁离子和其他金属离 子 的影 响 ， 硫 化 物和 非 硫化 物 的氧 化 和溶 解 都 给通 过 试验 方法 来确 定最佳 的矿物浮 选条 件带来无 法克 服 的 困难 。但 是 ， 可 以通 过 对 比试 验 资 料 和理 论 分 析来 解决 这个 问题 。 2 矿物无捕收剂浮选最佳对应 的矿浆 氧 化 还 原 电位 的 论据 硫化 矿物 在磨 矿和 浮选时 发生 氧化是 因为矿 浆 的氧 化还 原 电位 E h比它们 的初 始 氧 化 电位 高 。可 以认为 ， 矿物的表面正是在这种条件下超过 了零电 点的电位值 ， 而此值取决 于所形成氧化产物的组成 和性质 。氧化产 物的性质首 先取决 于电位 E h值 、 p H值以及矿浆 中的离子和分子组分之间的浓度关 系 。 应用热力学 的计算原理 ， 可以建立一系列硫化 矿物在某些具体条件下氧化几率的理论论据 。 维普资讯 6 国 外 金属 矿 选矿 2 0 0 7 ． 9 对于不同硫化 矿物悬 浮液 和工业矿浆 而言 ， 在通 常的电位 E h 值条件下， 在 p H 7 ～l 2范围内存在如下 产物 铅硫化物是 P b C 0 3 和 P b 。 O H z O 0 3 ； 铁硫化 物是 F e OH 3 ； 锌硫化物是 Z n OH z ； 不含铁的铜硫化 物和铜的氧化物是 C u z OH z O 0 3 或 C |u O H z ； 含铁的 铜硫化物是含 F e O H 。的混合物； 三方硫镍矿是 Ni OH 2 ； 镍黄铁矿是 N i O H 和 F e O H 。 的混合物。 上述化合物为最终 的氧化产物。此时 ， 硫化矿 物表面的初始氧化电位是硫化物通过零电点向最终 氧化产物过渡的相间 电位 ， 它可以通过以下 的反应 来计算 Me ． S l H2 O Me ． OH f X6 02 y H r e 2 电位 方程式 为 E Eo 一 ．上 0 ．O 5 9 p H 0 ． 0 5 9 1 g [ - S O ] r r f 一上 0 ．0 5 9 1 g E X - ] 3 r 由方程式 3 计算所得 的硫化矿物的表面 电位 与试验测定值是相符的 图 ．2 由经预先阳极氧化 后 电位的降低曲线可知 ， 这证实了矿物表面形成了 上述氧化产物是可信 的。此时 ， 它们的电位值和最 有效的矿物无捕收剂浮选的电位值以及硫化矿物表 面的零电点电位值相符合。 p H 圈 2 p H值对 硫化铂 中的硫氯化成 S 嘲一和 s i 0 重 一 时韧始氧化电位的影响 1 一铜； 2 一霹铜矿 ； 3 一斑铜矿； 4 一铜蓝 ； 5 一黄铜矿 ； 6 一方铅矿 ； 7 一闪锌矿 ； 8 一 白铁矿 ； 9 一针硫镍矿 ； 1 0 --镍黄铁 矿和三方硫镍 矿 ； U--磁黄铁矿 ； 1 2 一镍； 1 3 --铁 例如 ， 方铅矿最有效的无捕收剂浮选发生在电 位 2 l O ～ 2 8 0 mV 的 中 性 和 弱碱 性 介 质 中 p H 6 ～ 7 ， 实际上它与相 同条件下零 电点的电位和方铅矿 的初始氧化 电位相符 见 图 2 ， 也与 P b S表 面的等 电点的 p H值相符 即零 电点 的 p H值 ， 大约为 p H 7 ， 见 图 3 ， b 。 因此 ， 对 于每种 硫化 矿物 的无捕 收剂 浮选 ， 当把 它看成具体条件下的硫化物／ 氧化物平衡时 ， 最佳的 矿浆 电位 E h值可以通过理论计算而得到。在浸染 状 矿石 的浮选工 艺 中不 采 用 亚 砜 和硫 化 物 时 ， 对 于 通常的浮选条件例子 见图 2 ， a 是正确的。在致密 状矿石的浮选工艺中采用它们 的另一个例子 见 图 2 ， b 也是正确的。此时 ， 在这些情况下发生变化的 仅是硫 化物 的初始 氧化 电位 ， 而 不 是它 们 的 氧化 几 率 ， 这 正是矿 物无 捕收剂 优先 浮选 的基础 。 但是 ， 应该指出的是 ， 矿物无捕收剂最有效的浮 选是出现对应于其表面所形成 氧化产 物的零 电点 p H值 。对于铅、 铁和锌的硫化物 ， 在实际的浮选条 件下氧化产物的组成不随矿浆电位 E h的变化而变 化 。无捕收剂浮选 的最佳 p H 值也是恒 定的， 它们 分 别为 铅硫 化 物 6 ． O ～ 7 ． 0 、 铁 硫 化物 7 ． 0 、 锌 硫化 物 8 ． 6 。对于铜硫化物 ， 氧化产物的组 成随着矿浆 电位 E h的变化 而变化 图 4 。与此 相对应 ， 它 们无 捕收剂浮选的最佳 p H 值也是变化的。在这些条件 下 ， 它们将与硫化物表 面所形成的氧化产物的零 电 点电位值相符。 图 3 p H值对方铅矿可浮性 y ’ 矿物表面电位 与零 电点 电位 差 A a 以及 P b S 在馥碱体 系中组份分布f b 的影胸 1 一不存在有机药剂 ； 2 5皿 g ， L煤油； 3 5 0 0皿g ， L环己醇 ‘ 4 一表 面吸附密度恒定的醇 6 1 0 m a l e ／ m 2 ； 5 一松油 1 0 n L 维普资讯 2 0 0 7 ． 9 国 外 金 属 矿 选 矿 7 图 4 p H 值 和 溶 j 匿氧化 还 原 电 位 对 辉 铜 矿 表面状态的影晌 t 2 5 “C． P1大气压． 浓度 1 0 ～ mo l e ／ L。 c [ I I 2 C O3 ] [ nc o g] [ c 0 一] 一1 0 一 m o l e ／ L 3 硫 化矿 物 间 的 电流作 用对 无捕 收 剂 优先浮选 可能性 的影响评 价 在矿浆液相中硫化矿物氧化时 ， 在其表面硫发 生 自氧化 的 同时 有 时为 矿 物 的 阳离 子 ， 还 进 行着 溶解氧的还原过程 。此过程具有 电化学性质 ， 其实 质是腐蚀性质。因此 ， 为 了评价硫化矿物对其 氧化 的相互作 用 ， 可 以借 助极化 曲线来 描述 自发过程 。 图 5为相 互 接 触 的两 种 不 同硫 化 矿 物 M 和 M 在溶解 氧作用 下联合 自氧化 时可能 的极化 曲 线 。图 中 和 一 矿 物 的平 衡 电 化 学 电 位 ； 衡 氧化 物 的平衡 电位 。 阴极 极化 曲线 A 和 Az 表示硫化矿物的氧化速度与电位从 箪 衡向正向 迁 移 的关 系 ， 阳极 极 化 曲线 K 和 K 表示 电位 从 衡向负 向迁移 与 矿 物 M 和 M 表面 氧化 产 物 的 还原速度之间的关系。氧化产物的还原是依靠硫化 矿物表 面氧化 时表 面 释放 的 电子 而 进行 的 。此 时 ， 根据 阴极 电流 来 计算 氧 化速 度 ， 而 利用 阳极 电流 来计算氧化产物的还原速度。如果硫化物表面的 氧化产 物所接受 的电子数 超过 硫化 物表 面氧 化时所 释放 的 电子数 ， 则它 的 电位 将 向正 向迁移 。 稳定 的状 态 电位 记 为 对 应 的是 氧 化 速度 与 还原速度 相等 的状 态 ， 即 矿物 表 面 的 阴 极 电 流密 度和 阳极 电流密 度相 等 一 。通常情 况 下 ， 某 种 ， 图 5 ／ 峨 。 ／ 一嘧 H 相互接触的两种不同硫化矿物 Ml和 M2在溶解氧 作用下联合 自氧化的可能的极 化曲线 硫化矿物的氧化速度应取决于极化曲线 的斜率 即 取决 于两 电极 过程 的 过 电压 以及 氧 化 产 物 的 氧化 还原 平衡 电位 衡 与被 氧 化矿 物表 面 的平 衡 电位 单 衡 之间的差 。两者之间的差越大， 硫化物表面 的氧化 速度 也越 大 依 据 氧 化过 程 和 还 原过 程 的过 电压 资料 n 假 如矿 物 M 和 M 在磨 矿 和 浮选 过 程 中互 不 接触 ， 则每种矿物都 以其相应 的两条极化 曲线所决 定 的速度 发 生 氧化 矿 物 M 的恒 电位 为 时 ， 氧 化 速度 为 ， 矿 物 M 的恒 电位 为 时 ， 氧 化速 度 为 i 见 图 5 。但 是 ， 如 果 矿 物 M 和 M 相 互 接 触 ， 则它们的阴极 曲线和 阳极 曲线应 该是其叠加。 此时， 由总的阴极曲线 A和阳极曲线 K的性 质所决定的恒电位值 将证实一种矿物依靠另一 种矿物的保护而免遭氧化的可能性。 矿物 M 完全阻止了与其接触 的矿物 M 氧化 见图 5 。比 M I衡更负 的恒 电位值 阻止 了矿物 M 的氧 化 。此 时 ， 矿物 M 的氧化 速度增 加 了 △ 艺， 而矿物表面氧化产物的还原 速度降低 了 △ 。相反 地 ， 矿 物 M 表 面氧 化 产 物 的还 原 速 度 同 样增 加 了 △ ， 虽然它的进行完全是依靠矿物 M 氧化时所获 得 的电子 。 对 于初 始氧 化平 衡 电位差 别很大 的两 种硫化 矿 物 而言 ， 在 电解质 的欧 姆 电 阻 和硫 化 物 的接 触 欧姆 电阻足 够小 ， 以致 于 能 够 防止 两 种 矿 物形 成 单 位 电 位 的情 况 下 ， 此 图可 能是正 确 的 。 如果平衡电位值 和 M 2衡与图 5中两者不相 同时， 即使在电解质 的欧姆 电阻和硫化物 的接触欧 姆电阻很小的情况下 ， 也不能完全保护矿物 M 免 遭氧 化 。 矿物相 互接 触虽 然 不能改 变硫 化物表 面 的氧化 维普资讯 8 国 外 金属 矿 选矿 2 0 0 7 ． 9 产物组份， 但可以影响硫化矿物氧化过程的动力学。 根据戈特莎勒科和 比尤克列尔的论文 ， 与 闪锌矿接 触的自铁矿的氧化速度 比相同的条件下单独存在时 慢了 5 ／ 6 3 ／ 4 。相反， 与 自铁矿混合物中的闪锌矿 的氧化速度却快了 9 ～1 3倍。显然 ， 近年来得到 的 类似结果都可以以上述极化曲线 图来解释 图 5 。 在矿物相互接触时， 矿物氧化几率的增大 ， 或者使某 种硫化矿物免遭氧化的几率都将取决于硫化矿物的 初始氧化电位 。 金属和 硫化物 的氧化几 率递 减顺序 如下 图 2 铁一镍 一磁黄铁矿一 镍黄铁矿和三方硫镍矿 一 针硫镍矿一 黄铁矿和自铁矿 一闪锌矿一方铅矿 一 黄铜矿一铜蓝一斑铜矿一辉铜矿。上述顺序的可 信度被试验研究结果和多金属的氧化矿和混合矿的 物质组成所证实。由研究结果可知 ， 磁黄铁矿、 闪锌 矿和方铅矿的强烈氧化实质上降低了斑铜矿和黄铜 矿的氧化速度 ， 事实上完全“ 保护” 了辉铜矿和铜蓝 。 辉铜矿和铜蓝在强烈的氧化时仍以硫化矿物形式为 主 。 在磨矿和浮选过程 中， 当硫化矿物共 同存在和 相互作用时 ， 每个排在氧化序列后 面 的矿物将“ 保 护” 其前面的矿物免遭氧化。这种“ 保护” 机理具有 电化学性质 ， 而“ 保护” 的程度取决于相互接触的硫 化物矿物之间的过电压和欧姆电阻。当矿物相互接 触在其表面上形成了离子导电性和电子导电性不足 的氧化膜 ， 就像钝化的矿物电化学活性时， 欧姆 电阻 因素的作用将增加。 在磨矿和浮选时， 硫化物之间的电流作用对矿物 的可浮性的影响很大。在通常条件下， 它决定于矿浆 的氧化还原电位。例如， 在铜硫化物的无捕收剂优先 浮选时， 所需的矿浆电位 E h应该等于辉铜矿的初始氧 化电位 图 2 。此时， 辉铜矿受到了其他铜硫化物的电 流保护 ， 避免了表面的过度氧化 亲水化 ， 具有最好的 可浮性 在铜的硫化物中 ； 而黄铜矿的可浮性变 的最 坏， 其他金属硫化物的可浮性也变坏。 在 P b - C u矿石无捕收剂混合浮选时 ， 应该根据 方铅矿来调节电位 E h值 ， 而在 P b C u - Z n矿石 、 P t ’ Z n矿石或 C u - Z n矿石混合浮选时， 应该根据闪锌矿 来调节电位值。 4 防止 可 溶性 盐对硫 化 矿 物 无 捕 收 剂 浮选产生有害作用的可行性的评价 在所有可溶性盐离子组份 中， 最不希望在矿浆 中出现的是铅离子和铜离子 。因为 它们引起了铅 、 锌 和铁 的硫化物 的 活 化 以及 硫 化物 间的 相互 活 化 ， 从 而改变 了它们 的表面性 质 。 a‘ a‘ U U 围 6 p i t 值对矿浆 中具 有的铅 离子和锌 离子浓度 I Mc a ] H与 活化硫化矿物所 需的铅离子和锌离子浓度i- Mc a ] H比值的影响 和 p H值对 防止硫化矿物相互活化所需I S , 一] 浓度的影响 有关文献指 出 图 6 ， a ， 在通常的条件下 ， 在硫 化铜 的 氧 化 产 物 C u OH z C O 。 p H 。 之 间 的平衡状 态 时 ， 活化 的 C u 浓度可以引起硫 化锌 矿物 曲线 Z n S C u 和硫 化铁矿物 曲线 F e s 2 C u ． 的强烈活化， 但不应该 影响方铅矿的表面性质 曲线 P b S C u 。首先 ， 在 方 铅 矿 的 氧 化 产 物 P b C O 。 p H 9 之间 的平 衡状 态 时 ， 活 化 的 P b 浓度 可 以引 起 闪 锌 矿 的 活 化 曲线 Z n S P b ， 但 不 能 引起 黄 铁 矿 的活 化 曲线 F e S P b 。 为了防止铅离子和铜离子活化闪锌矿， 要求矿 浆中形成足够高浓度[ s 一 ] ， 它随着 p H值 的增加迅 速地增大 图 6 ， b 。此浓度在整个 p H值范围内比 防止铜离子活化黄铁矿所需的浓度大几个数量级 。 但是 ， 应该指出的是 ， 为了防止铅离子和铜离子 活化闪锌矿， 所必需的[ - s 一 ] 会使浓度在整个 p H值 范围内为了防止铅和铜硫化物发生氧化所必需 的 [ S 2 一 ] 浓度应该大于矿浆 中会使 闪锌矿活化所要求 的 P b 和 C u 浓度 见 图 6 ， a 因此 ， 为了保持硫化矿物无捕收剂浮选时所必 要的矿浆电位 E h值和适宜的 p H值， 应该从磨矿循 环开始， 防止硫化物发生不希望的氧化 ， 阻止能弓 I 起 硫化锌和硫化铁矿物活化的铅离子和铜离子浓度的 增 大 。 ‘ 5 优化硫化矿物无捕 收剂浮选的可行 方 法 在硫化矿物无捕收剂浮选时， 所需矿浆电位， E h 维普资讯 2 0 0 7 ． 9 国 外 金 属 矿 选 矿 9 值 的调节 和维持 可 以通 过 向矿 浆 中鼓 人 各 种 气 体 、 加入 还原 剂或氧 化剂 、 利 用 矿 浆 电化 学装 置 等 来 实 现 。 空气 、 含硫气 体 、 氮 气或 蒸气 可作 为鼓人 矿浆 用 的气 体 。当然 ， 也可 以通 过 各 种 结 构 的充 气 装 置 直 接 向浮选前 的搅 拌槽 内吹人 气体 。 鼓 气 充气 将 使 矿 浆 电 位 E h向正 向偏 移 ， 可 能引起 某些 盐 的阳离子 如铁 发 生氧化 。最 佳 的空 气 氧 用量 和充气 时间 取决 于每个 具体 条件 下达 到 特定 E h的所需值 ， 它主要取决 于介质 p H 值、 矿浆 的浓 度和磨 矿粒 度 。 相反地 ， 可 以利用 氮气或蒸气创造 还原环境 。 氮气或 蒸气 直接加 入 到 浮 选槽 内 ， 直 到达 到 所 必 需 的矿 浆 电位 E h 。 鼓人含硫气体也使 电位 E h向负 向偏移 。考 虑 到低 的矿浆 p H 值 ， 在处 理 时 应 采 用 木 槽 浮选 机 和 耐腐蚀 槽浮选 机 。 高 锰酸钾 、 过氧 化氢 双氧 水 、 次氯 酸盐 可作 为 氧化 剂 ，亚 砜 化 合 物 S O 、Hz S O 。 、Na z S O 。 、 Na 2 S 2 O。 和 Na S O 等 和 Na S可 作 为 还 原 剂 。 当加入后 几种物 质 时 ， 产 生 的硫 化 物 离 子 和 亚砜 离 子 以及 它们 的水解 产 物 在热 力 学 上 是不 稳 定 的 ， 并 不 断地 发生氧 化 ， 直 到生成 最终 产物 S O i 一。伴 随着 吸收矿浆 中氧气 的氧化过程 ， 它们之 间相互 转换。 因此， 当加入任何亚砜化合物时 ， 在矿浆中存在的都 是亚砜混合物 ， 发生变化的仅是引起了矿浆电位 E h 值改 变 的它们之 间 的浓度关 系 。 矿浆 电化 学过 程 的本 质 是 ， 矿物 颗 粒 在 与工 作 电极 相接 触和 或 在 特定 电极 电位值 的矿浆 内发 生 极化 。此 电位值 保证 了矿 物 电位 或矿 浆 电位 E h向 指定 方 向变化 。 矿物颗 粒与 工作 电极接触 以及 在矿 浆 内的等 效 电化学 示 意图见 图 7 。 当与 工作 电极接触 时 ， 矿物 颗 粒所 具有 的电 位 值 可 以表示 为 一 R。 ／ R Rk R ／ R Rk 4 在矿 浆 中极 化 时可 以表示 为 一 R RLRiV ／ ／ RLR RM 一 伽 一 △ 一 R RM ／ R X R RM 5 ’ 式 中 。 一 工作 电极 电位 ； 一 矿 物平 衡 电位 ； 伽 一 极化前颗粒的电位； △ 一工作 电极的电位增量 ； 一 阴极 电位 ； 一 阴极 电位 ； R 一 接 触 电 阻抗 ； RL 图7 矿物颗粒与工作电极接触和在矿浆内的等效电化掌不惹图 RK 一接触 电阻 R一电化学电阻； C --双电层电容 和 R 一 阴极 和 阳极 的 电化学 阻抗 ； R 一 矿物阻抗 。 电化学过程的时间不应短于转变过程 的时间， 即 1 O～ 1 O O s ， 从 而保证 颗粒 的充 电和表 面电化 学 过程 的发 生 。 易被极 化 的和导 电性 能好 的颗 粒 R t R 或 R R 和低 的矿 物 比 电阻值 R M 3 ％ S i O 含量娼％ 精矿铗品位 ， ％ 圈 6 浮选 结果与给辩中含铁■之 间的关系 根据试验结果提 出了图 7所示的铁精矿浮选 精选 的推荐工 艺流程 。 获得 的浮选工艺指标如下 ， 用于直接还原处理的低硅精矿 图 7 在米哈伊洛夫斯克 采选公司进行浮选 精选 的推荐工艺流程 原矿 F 。 总含量 用于直接还原处理的低硅精矿 产率 F 。 总含量 s i O z含量 用 于高炉冶 炼 的精 矿 产率 F e 总含量 尾矿 6 6 ％ 7 3 ． 7 ％ 6 9 ． 8 ％ 2 ． 8 1 2 ％ 6 4 产率 1 4 ． 3 F e ．含量 ， 4 8 ％ 2 0 0 6年 1 2月 ， 在米哈伊洛夫斯克采选公 司中 投产了两个系列浮选柱对磁铁矿精矿进行精选 。公 司已成为俄罗斯国内第一家采用浮选精选铁矿石的 生产企业 。它每年可以产出 4 4 0 0万 t 再选铁精矿。 下一步还可从这些精矿中生产出含有 6 6 ． 8 ％F e和 4 ％s i O 的球团矿 。 这种浮选工艺不仅能达到很高的处理 能力和取得 良好的经济效益， 而且还能符合当前的各项环保要求。 张兴仁 肖力子 0 0 9 0 2 上接第 9页 3 在磨矿和浮选过程 中， 提高氧 化速度 的几 率 ， 或“ 保护” 硫化矿物防止在其相互接触时因电流 作用发生氧化的几率均取决于硫化矿物的初始氧化 电位。不同矿物的初始氧化电位不同证实了无捕收 剂 浮选 分 离原则 上是 可行 的 ； 4 无捕收剂浮选时， 为了防止可溶盐离子引起硫 化矿物 的活化 或相互活化 ， 可 以通过在磨 矿和浮选过 程中保持所需的矿浆电位 E h值和 p H值来实现； 5 在硫化矿物无捕 收剂浮选 时， 所需矿浆电位 E h值的调节和维持可以通过 向矿浆中鼓人不同气 体、 加入还原剂或氧化剂 、 安装矿物电化学装置等途 径来实 现 。 ‘ 陈经华； 肖力子 0 7 0 9 0 1 u I E 暑 ， 越谶嚣瞪 维普资讯