【摘 要】
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黄铜矿和方铅矿的浮选分离是多金属硫化矿选矿中的一个难题。许多研究者提出黄铜矿和方铅矿的天然可浮性相近是导致铜铅难分离的原因。在浮选回路中,硫化矿物的表面化学组成在机械力、电化学、难免离子和浮选药剂等因素的作用下发生改变。当前,黄铜矿和方铅矿在浮选过程中的表面化学组成变化对铜铅分离的影响尚不明确。本文的研究发现黄铜矿和方铅矿的表面化学组成在浮选过程中趋于同质化的现象,并将这种现象称为同质化效应。研究
【基金项目】
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昆明理工大学分析测试基金; 昆明理工大学研究生科学研究与国际交流项目;
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黄铜矿和方铅矿的浮选分离是多金属硫化矿选矿中的一个难题。许多研究者提出黄铜矿和方铅矿的天然可浮性相近是导致铜铅难分离的原因。在浮选回路中,硫化矿物的表面化学组成在机械力、电化学、难免离子和浮选药剂等因素的作用下发生改变。当前,黄铜矿和方铅矿在浮选过程中的表面化学组成变化对铜铅分离的影响尚不明确。本文的研究发现黄铜矿和方铅矿的表面化学组成在浮选过程中趋于同质化的现象,并将这种现象称为同质化效应。研究同质化效应对黄铜矿和方铅矿浮选及表面性质的影响,对理解黄铜矿和方铅矿浮选分离的表面化学机制具有重要的理论价值和实践意义。论文以黄铜矿和方铅矿为主要研究对象,通过浮选试验、To F-SIMS、PCA、MCR-ALS、ICP-OES、XPS、zeta电位、UV-Vis和FTIR,研究了铜铅硫化矿石浮选过程中的同质化效应,黄铜矿和方铅矿的表面化学组成在浮选过程中趋于同质化的机制,以及乙基黄药体系中,Fe Cl3消除同质化效应对黄铜矿和方铅矿浮选分离影响的机理。铜精矿和铅精矿的To F-SIMS分析结果表明,黄铜矿和方铅矿的表面化学组成在浮选过程中趋于同质化。相对于铅精矿中的黄铜矿和方铅矿,铜精矿中的黄铜矿和方铅矿的表面更富含铜硫化物、铅硫化物、乙硫氮和丁铵黑药的吸附产物,但更缺乏铝离子、镁离子、钙离子和硅酸钠的吸附产物。在黄铜矿和方铅矿混合磨矿过程中,黄铜矿促进了方铅矿溶解出铅离子,方铅矿也促进了黄铜矿溶解出铜离子和铁离子,这些溶解的离子在矿物表面吸附,使得混合磨矿后的黄铜矿和方铅矿的表面都检测到了Cu+、Fe+、Pb+、Pb OFe+、Pb OCu+和Pb SCu+等碎片离子,表明黄铜矿和方铅矿的表面化学组成在混合磨矿过程中趋于同质化。在铜离子和铅离子的影响下,方铅矿和黄铜矿的浮选行为趋于相似。当无捕收剂存在时,铜离子和铅离子分别对方铅矿和黄铜矿的浮选有抑制作用;当乙硫氮/丁铵黑药存在时,铜离子对方铅矿浮选的抑制作用和铅离子对黄铜矿浮选的抑制作用都显著减弱;当乙硫氮/丁铵黑药和抑制剂(Fe SO4+Na2SO3)都存在时,铜离子和铅离子分别对方铅矿和黄铜矿的浮选有活化作用。铜离子主要吸附在方铅矿表面的富硫位点,形成Pbx–Sy–Cu–(OH)z形式的Cu(Ⅰ)–S物种。铅离子不会取代黄铜矿晶格中的Fe和Cu,其在黄铜矿表面的富羟基位点和富硫位点吸附,形成含量依次降低的(OH)z–Pb–O–Fe、(OH)z–Pb–Sy–Cux和(OH)z–Pb–O–Cu物种。黄铜矿表面吸附的铅物种中,(OH)z–Pb–Sy–Cux物种的占比不超过29%。铜离子处理的方铅矿与乙硫氮和丁铵黑药作用后,方铅矿表面分别形成了二乙基二硫代氨基甲酸铜盐和二丁基二硫代磷酸铜盐,且方铅矿表面的二乙基二硫代氨基甲酸铅盐和二丁基二硫代磷酸铅盐的形成量减少。铅离子处理的黄铜矿与乙硫氮和丁铵黑药作用后,黄铜矿表面分别形成了二乙基二硫代氨基甲酸铅盐和二丁基二硫代磷酸铅盐,且黄铜矿表面的二乙基二硫代氨基甲酸铜盐和二丁基二硫代磷酸铜盐的形成量增加。黄铜矿和方铅矿组合质谱数据集的PCA分析结果表明,无论乙硫氮/丁铵黑药是否存在,在铅离子和铜离子的作用下,黄铜矿和方铅矿的表面化学组成都会趋于同质化。纯矿物浮选试验表明,以乙基黄药为捕收剂,在p H 9.5时,Fe Cl3能消除同质化效应对黄铜矿和方铅矿浮选分离的影响,从而实现黄铜矿和方铅矿的选择性分离。机理研究发现,在Fe Cl3的作用下,方铅矿与黄铜矿的表面化组成差异扩大。具体而言,Fe Cl3对方铅矿表面化学组成的影响较弱,但黄铜矿经Fe Cl3处理后被氧化,其表面大部分的Cu、S、Pb和乙基黄药吸附产物都被去除,形成了富含铁的(羟基)氧化物/氢氧化物和(羟基)硫酸铁的表面。论文的研究结果完善了黄铜矿和方铅矿浮选分离理论,为黄铜矿和方铅矿浮选过程的表面化学调控提供了理论支撑。
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