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摘要
1 试验原料与方法▲
2 试验结果▲
3 结论▲
参考文献
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图1 石英浮选回收率与pH的关系

图2 石英的Zeta电位与pH的关系

图3 金属离子的浓度对数图

表▲

中南大学学报(自然科学版)

硫化矿浮选体系中金属离子对石英浮选行为的影响

欧乐明¹，黄思捷^1,2，朱阳戈¹

(1. 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙，410083；

2. 厦门紫金矿冶技术有限公司，福建厦门，361101)

摘要：

选过程中，尽管硫化矿物与石英的可浮性差异很大，但二氧化硅仍是硫化矿精矿中含量最高的杂质组分，是影响硫化矿物精矿质量的主要因素，对硫化矿物浮选体系中常见金属离子存在条件下戊基黄药浮选石英的行为规律进行了研究。研究结果表明：导致硫化矿精矿中石英含量高的主要原因之一是硫化矿浮选体系中存在的某些金属对石英具有活化浮选作用；Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺在合适的pH区间可以活化石英的浮选，而Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺对其可浮性没有明显影响；在浮选体系中，Fe³⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺这6种金属离子均可在石英表面吸附，但只有Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺作用后的石英表面可以吸附戊基钾黄药，从而活化石英浮选；溶液化学计算表明：金属离子的羟基络合物和氢氧化物是离子起活化作用的有效组分。

关键词：

石英；戊基黄药；浮选；活化；金属离子；

中图分类号：TD91 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2012)02-0407-05

Influence of metal ions on floatability of quartz in flotation of sulfide ores

OU Le-ming¹, HUANG Si-jie^{1, 2}, ZHU Yang-ge¹

(1. School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Zijin Mining and Metallurgy Technology Co. Ltd., Xiamen 361101, China)

Abstract: Although there is significant floatability difference between sulfide minerals and quartz in sulfide ores flotation, SiO₂ is still the main impurity in sulfide concentrate, therefore it is the main factor which influences the quality of sulfide concentrate, the floatability of quartz with the presence of metal ions was studied using amyl xanthate as collector. The results show that the activation of quartz is one of the main factors of higher content of quartz in the sulfur concentrate. Ions like Fe³⁺, Cu²⁺, and Pb²⁺ can activate the flotation of quartz within certain pH range, while Ca²⁺, Mg²⁺ and Fe²⁺ show no significant influence. In the system of sulfide ore flotation, all of the above ions can adsorb on the surface of quartz, but xanthate can only be absorbed onto the surface of quartz reacted with Fe³⁺, Cu²⁺ and Pb²⁺, which leads to the activation of quartz. Solution chemistry calculations show that hydroxy complexes and hydroxides of Fe³⁺, Cu²⁺ and Pb²⁺ are the effective components for the activation.

Key words: quartz; amyl xanthate; flotation; activation; metal ions

在浮选过程中，矿浆溶液中的金属离子往往对矿物的浮选分离有显著的影响。一方面，为了活化某些矿物的可浮性，常添加金属离子作为活化剂；另一方面，由矿物溶解或水中存在的金属离子也常常显著影响浮选过程^[1-4]。石英是自然界广泛存在的一种矿物，纯净的石英用阴离子捕收剂浮选时，其可浮性差^[5-6]。以往的大量研究发现，在以脂肪酸为主要捕收剂的氧化矿浮选体系中，金属离子的存在使石英被显著活化^[7-10]。而在以黄药为主要捕收剂的硫化矿浮选体系中，一般认为硫化矿物与石英的可浮性差异很大，金属离子对石英浮选行为的影响小，因而研究得很少。实际上，在硫化矿的浮选精矿中，二氧化硅通常是硫化矿精矿中含量最高的杂质组分，而且增加精选次数也很难降低精矿中二氧化硅的含量，说明石英(硅酸盐矿物)除被泡沫夹带和与有用矿物呈连生体形式进入精矿外，硫化矿物浮选体系中石英浮选行为的改变也是重要的原因。由于硫化矿物浮选中往往需要加入金属离子作为活化剂或抑制剂以及矿石本身的溶解行为，大量金属离子对石英表面的影响不可避免，因此，金属离子对石英的活化作用是影响硫化矿精矿质量的重要方面。尤其是在对精矿质量要求较高的浮选体系，金属离子对石英的活化作用对精矿质量有显著的影响。如在高品质硫精矿的浮选中，石英是最主要的脉石矿物，而SiO₂含量是硫精矿质量要求的重要方面。Fe³⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺ 6种金属离子是硫化矿浮选中存在的、常见的金属离子，因此，研究硫化矿物浮选体系中常见金属离子存在条件下硫化矿物捕收剂戊基钾黄药(PAX)浮选石英的行为规律，对了解以石英为代表的硅酸盐矿物进入硫化矿精矿的机制并探讨提高硫化矿精矿质量有重要意义。

1 试验原料与方法

1.1 原料

块状石英试样破碎后经手选得到石英纯矿物，含SiO₂ 99.49%(质量分数，下同)，其纯度达到99%以上。纯矿物以瓷球磨磨细后经干筛得到粒度为0.037~ 0.075 mm的矿物，以7%的稀盐酸溶液浸泡后，用蒸馏水反复清洗至无Cl^-检出。烘干后将产品储于磨口瓶中备用。

实验中的浮选捕收剂为戊基钾黄药，起泡剂为丁基醚醇。用分析纯硫酸和碳酸钠作pH调整剂。实验所用的水为一次蒸馏水, 铜离子、铁离子和亚铁离子以分析纯的硫酸盐加入，铅离子以分析纯的硝酸盐加入，钙离子和镁离子以分析纯的氯化盐加入。

1.2 试验方法

1.2.1 浮选实验

每次称取2.0 g矿物放入40 mL浮选槽中，调浆后加入起泡剂搅拌2 min，在XFG挂槽浮选机上浮选，在浮选过程中采取手工刮泡，浮选时间为3 min。分别将泡沫产品和槽内产品在60 ℃时烘干称质量并计算回收率。

1.2.2 ξ电位测试

将矿物用玛瑙研钵磨至粒度小于2 μm，每次称取30 mg置于烧杯中，加50 mL蒸馏水，按照与浮选试验相同的调浆条件加药剂，用磁力搅拌器搅拌后在Zetaplus Zeta分析仪上进行ξ电位测量。每个样品测量3次，取平均值。

2 试验结果

2.1 金属离子对石英浮选的影响

试验研究表明：当pH在2~10的范围内，以戊基钾黄药为捕收剂时，石英可浮性很差，其浮选回收率均低于15%；Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺可在一定的pH区间活化石英的浮选，见图1。添加Fe³⁺后，石英在pH为中性时对石英有微弱的活化作用，使其浮选回收率增加到29.6%；Pb²⁺在pH为4~8范围内对石英有一定的活化作用，当pH为6.34时，石英的回收率可达37.3%；Cu²⁺在pH为6~10范围内时对石英有很强的活化能力，可使石英的回收率达到60%以上。同时，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺对石英的浮选行为没有明显影响。

图1 石英浮选回收率与pH的关系

Fig.1 Relationship between recovery rate and pH for quartz

2.2 金属离子对石英表面电性的影响

为考查金属离子在矿物表面的吸附行为及其对捕收剂吸附的影响，对金属离子作用与捕收剂作用前后的石英表面进行动电位测试，试验结果见图2。从图2可以看出：在试验研究的pH区间，石英的Zeta电位为负值；随着pH的升高逐渐下降；添加Fe³⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺后，石英的Zeta电位均明显升高，说明金属离子可在石英表面发生吸附，这与文献[11]中的研究结果一致；Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺作用后，添加戊基钾黄药并不影响石英的Zeta电位，说明在这3种离子作用后戊基钾黄药没有在石英表面吸附；在Fe³⁺和戊基钾黄药作用下，石英的Zeta电位在pH为7附近比石英仅与Fe³⁺作用时有所负移；添加Pb²⁺或Cu²⁺后，在戊基钾黄药作用下，当pH大于5时，石英的Zeta电位比仅与Pb²⁺或Cu²⁺作用时也明显负移，表明此时黄药在石英表面发生吸附，且上述黄药发生吸附的pH区间与相应金属离子活化石英的浮选区间一致。可见，金属离子在石英表面发生吸附，进而使黄药在其表面发生吸附是金属离子活化石英浮选的重要原因。

2.3 铜铅铁离子的存在形式对其在石英表面吸附的影响

浮选试验与动电位测试结果表明：Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺在合适的pH区间可以活化石英的浮选。以往的研究表明金属离子的存在状态与其对硅酸盐矿物可浮性的影响密切相关，如：Fuerstenau^[11]认为金属离子羟基络合物是起活化作用的主要组分，即金属羟基络合物的氢氧离子和矿物表面的氢氧离子结合并脱水，使金属阳离子吸附于矿物表面之上，或者羟基络合物与表面进行氢键合；James等^[12]则认为金属氢氧化物表面沉淀是主要活性组分。

图2 石英的Zeta电位与pH的关系

Fig.2 Relationship between Zeta potential of quartz and pH

根据溶液中金属离子水解平衡常数和氢氧化物沉淀的溶度积^[13]，计算出浓度为1×10^-4 mol/L Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺水解产物的浓度分布如图3所示。从图3可见：

图3 金属离子的浓度对数图

Fig.3 Species distribution diagram for metal ions

在活化的pH区间内，Fe³⁺主要以Fe(OH)₃沉淀形式在矿物表面吸附；Pb²⁺主要以PbOH⁺羟基络合物形式在矿物表面吸附；Cu²⁺以氢氧化物沉淀及羟基络合物2种形式在矿物表面吸附。因此，Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺金属离子通过氢氧化物沉淀或羟基络合物在石英表面吸附，哪种吸附方式占优势与介质的pH有关，借助此吸附使戊基钾黄药进一步在石英表面发生吸附，使得石英疏水上浮。

3 结论

(1) 以戊基钾黄药为捕收剂，Fe³⁺，Cu²⁺和Pb²⁺在一定pH范围内对石英浮选有活化作用，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺对石英可浮性基本没有影响。

(2) 金属离子均可在石英表面吸附使石英动电位升高，在 Cu²⁺，Pb²⁺和Fe³⁺起活化作用的pH区间，戊基钾黄药可在上述离子作用后的石英表面吸附，并导致活化作用的产生。

(3) Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺的氢氧化物沉淀或羟基络合物是其活化石英浮选的有效组分。

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(编辑陈灿华)

收稿日期：2011-01-15；修回日期：2011-03-28

基金项目：国家重点基础研究发展规划(“973”计划)项目(2007CB613602)

通信作者：朱阳戈(1985-)，男，山东临沂人，博士研究生，从事浮选理论及工艺研究；电话：0731-88830227；E-mail：zhuyangge@hotmail.com

摘要：基于硫化矿物浮选过程中，尽管硫化矿物与石英的可浮性差异很大，但二氧化硅仍是硫化矿精矿中含量最高的杂质组分，是影响硫化矿物精矿质量的主要因素，对硫化矿物浮选体系中常见金属离子存在条件下戊基黄药浮选石英的行为规律进行了研究。研究结果表明：导致硫化矿精矿中石英含量高的主要原因之一是硫化矿浮选体系中存在的某些金属对石英具有活化浮选作用；Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺在合适的pH区间可以活化石英的浮选，而Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺对其可浮性没有明显影响；在浮选体系中，Fe³⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺和Fe²⁺这6种金属离子均可在石英表面吸附，但只有Fe³⁺，Pb²⁺和Cu²⁺作用后的石英表面可以吸附戊基钾黄药，从而活化石英浮选；溶液化学计算表明：金属离子的羟基络合物和氢氧化物是离子起活化作用的有效组分。