金属阳离子活化雌黄的浮选及机理.pdf

2 0 0 1 年 1月 第 3 0卷第 1 期 有色矿山 N o o J e r r o m M i n 曙 J e n． ． 2 0 01 ．3 0 No． 1 金属 阳离 子 活化 雌黄 的 浮选及 机理 朱一 民， 周 菁 湖南有色金属研究所， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 5 【 关■调】雌黄 ； P b Nq 2 ； C u S O ； 浮选及机理 【 摘要 】介绍了 F b NO 2 和 C u S O,活化雌黄 浮选的试验研 究 试验结果表 明． F b NOD2 和 C u S 0 对 雌 黄 浮选 均 有 良好 的 活化 作用 ， 且 P b N03 2的 活化 作 用 较 C u S O, 要 强 。本 文 还 应 用 了结构化学原理、 软硬酸碱化 学原理、 藩度 积法 和 “ 矿物浮选 与化学 元素周期 表” 理论 讨论 了 P b NOD2 和 C u S O 4 对 雌 黄 浮选 的 机理 。 【 中田分类号】 船 ． 1 4 [ 文献标识码】A[ 文章■号 】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 1 0 1 ． 0 0 2 8 ． 0 4 Fl 0t a t i 0n and m e c ha ni s m of m e t a l l i c a ni o n s a c t i v a t i ng or pi me nt Z HU Yi - mi n 。 珊 0U Qi n g Hu ， m No n ． J r ， 5 Me t a l I n s t i t u t e ， C a n g a m 4 1 0 0 1 5 ， C h i n a K町 r d 摹 o r p l me n t ；P b NC h 2 ；C u S O ；fl o t a t i o n a n d me c h a n i ma A b s t r a c t I n t h i s p a p e r t h e t e s t s t u d y o f I l s i n g P b NO3 2 a n d C u S O t o a c t i v a t e o r p h n e n t fl o tat i o n w i n t r o d u c e d ．Te s t r e s u l t s s h o we d t h a t P b NC h 2 a nd C u S Oh a v e g o o d a c fi v a U n g e f f e c t t o o r p h n e n t fl o t a t l o n I a n d P b NO3 2 i s b e t t e r t han C u S O ．I t we r e a I s o u s e d t h a t s t r u c t u r a l c h e mi s t r y t h e o r y ，s o f t - h a r d a nd a dd - b a s e c h e a i s t r y t h e o r y ，s o l u b i l i t y p r o du c t p Hn dp h，t h e o r y o f mi n e r a l fl o t a ti o n a n d c h e mi c a l d e mit p e r i o d i c tab l e t o d J S C U S S the me c h a n i s m o f P b No ， a n d Cu S Oa c fi v a t l g o r p i me m flo t a t ion． 引言 雌黄 矿 As 2 S 3 天 然 可浮性 差， 如果 在其 浮选过 程 中添加 C u Ⅱ 金属 离 子， 它 的可 浮 性将得到改善。在对国内某地矿山雌黄浮选 的研 究过 程 中同样 也 发现 了这一 事 实 。 并 且 发现 P b NO 3 2 的活化 作用较 C u S O 好 。 下 面刚是 研 究工 作的 总 结， 并 用化 学原 理 讨 论 了 Cu I I 、 P b Ⅱ 金属 阳离子对 雌黄浮选 的 活 化机理 。 2 浮选试验及结果 2． 1 试 样性 质 试样 按定时取 样法取 自某矿 山选 厂雌 黄 浮选 尾矿 排矿 口。试 样 细 度 一0 ． 0 7 5 ram 占 4 5 ％。试 样化学组 成见表 1 。 衰 1 试样化学元素分析结暴 ％ 【 收藕 日期 ]1 9 9 9 ． 0 5 ． 0 6 【 修订 日期]2 0 0 0 ． 0 9 - 2 6 【 作者值丹 】朱一 民 1 9 5 5一 ． 男， 湖南长 沙市 人。 高级工程师， 从事选矿科研工作 试样 中矿物组成 比较简单。 有用矿物为 雌黄矿 A s 2 s 3 。 脉石矿物有白云石、 方解石、 高岭 土、 石英 等 。 2 ． 2 小型试验 实验 室 小型试 验样 品为每 份 2 5 0 g ， 试验 维普资讯 第 1期 朱一民等 金属阳离子活化雌黄的浮进及机理 在 X F D 一6 3型 0 ． 7 5 L单 槽 浮 选 机 中进 行。 浮选 药剂 中 活 化 剂 为 Cu S O或 P b NO 2 ， 捕 收剂 为 丁基黄 药 ， 起泡 剂为 2 油 ， 矿 浆 D } I 值用硫 酸调整 至 6 ． 5左右 。 2 ． 3 开路对比试验及闭路试验流程与结果 开路 一次 粗 选 流程 和 药 剂 制 度 见 图 1 ． 试验结 果见表 2 。 闭路试 验流和 药剂制度 见图 2及 表 3 。 蛤 r 27 o g／ t 4 豫 ,I t A s 2 S I 精矿 尾矿 田 1 开路对比试验匀 l 程与药方 衰 2开 路对 比试 验结 果 ％ 注 根 据 ； 矗 3 古 。 o 计 算 。 一 恻 蓥 油 I广 鎏 一 维普资讯 3 0 有色矿山 2 0 0 1芷 k 2 0 0 9 0 囝 2 P b N O z 作活他拊l i I 珞试验浇程 衰 3 闭培试验结集 ％ 2 ． 4 试验结 枭讨论 从表 2的结果 可 以 看 出， 硝 酸 铅与 硫 酸 铜对 雌黄浮选 的确有 明显的 活化 作用 。不管 用量多少， 雌黄的浮选 指标和选矿效率指数 都有提高， 并且硝酸铅的活化作用更大。但 活化作用也并非活化剂用量越多越好． 从选 矿效率数据来 看， 硝酸铅用量超过 4 8 0 g ／ t ， 硫酸 铜 用 量 超 过 1 0 0 0 g ／ t ， 它 们 活化 作 用 增 加量就不很 明显 了。 从表 3可 以看 出， 以硝酸铅 作活化荆 ， 用 常规浮选药剂进行浮选捕收， 可 以从给矿含 As 2 S 3 2 ． 7 9 ％ 的 入 选 物 料 中 获 得 含 As 2 S 3 9 o． 5 1 ％， 回收 率为 8 O ． 7 9 ％的 一级 品 雌黄 精 矿 国 标 要 求 雌 黄 精 矿 一 级 品 含 As z S ≥ 85． o 0％ 。 3 P b I 和 c u 【 Ⅱ 活化 A s 2 s 3 浮选机理 3 ． 1 雌黄 f A 的结 构与可浮 性 结 构化 学理论 指出， A s原子 的核 外 电子 结 构 为 As 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 d 。 a s 4 p ， 最 外 层 电子 结 构 为 a s 4 p 。 当A s 显 A s 3 时， 最外层电子轨道将以 s D 3 杂 化型 式形成三 个 8键 ， 此 外还 有 一 对 孤 电子 对。螯合浮选剂理论指出， 黄药是通过其结 构中 的两个硫 与金属离 子形成 四元 环 。 由于 受构造 因素的 限制， 它 只能与成 键轨道 为 d s p 型以及 d 口 2 型的金属离子形成平 面正 方型螯 合物， 不能与成键轨道为 s p 3 型的金 属 离子 形 成螯 合 物 【 1 】 。根 据 上述 两种 理 论 ， 可以较合理的解 释表 2中没有 活化剂时， 黄 药 浮选捕收 雌黄效果 差 的原 因是黄药 无法在 雌黄表 面生成 稳定的黄 原酸砷疏 水性膜 。 3 ． 2 P b I 和 C u I 活 化雌黄浮 选 的溶 度 积机理 以溶 液化学理论 将 v s NO 3 2和 C u S O4 以及丁黄药在矿浆 中的存在型式作图， 其结 果见 图 3 、 图 4和 图 5 。 p H 圈 3 T黄药溶液备组分浓度对敷圈 p H 囝 4 P b H2 0一p H关 系 圈 维普资讯 第 1 期 朱 一民等 金属阳离子活化雌黄的浮选及机理 3 1 田 5 c 一H 】 op H关系田 由图 3可知． 在 p H值为 6 ． 5时． 丁黄药 以 [ x】型 式 为 主 存 在。 由 图 4 可 知 ， P b N O 3 2 在矿浆 p H值为 6 ． 5时， 以 P b Ⅱ 和 P b OH 型 式存 在． 且 P b O H 的 浓度 更大 些 。当 p H 为 6． 5时． Cu S O 4在 矿 浆 中 主要 为 C u I ／ 和 Cu OH 2 s ，且 C uI ／ 和 C u O H 2 s 的浓度几乎相 同， 这可在 图 5中 反 映出来 。弄清楚 活化剂 与捕 收剂 的存 在状 态后， 下面用溶度积法则 来讨论 C u Ⅱ 和 P b Ⅱ 活化雌黄浮选的机理。几种与 雌黄 浮选有关 的化台物溶度积常数见表 4 。 衰 4 几种与鼍黄浮连有关的化台■溶度积常蠡 雌黄是 酸性 硫 化 物 ， 在 p H 为 6 ． 5左 右 的弱酸 性条 件 下是 十分 稳 定 的． 它 的溶 度 积 常数为 l 0 数量级也说明了这一点。从表 4中 可 以看 到． P b S和 C u S的溶度 积 常 数 比 A ％ 更 小， 则提示 P b Ⅱ 和 c u Ⅱ 应 很 容 易在雌黄表面 吸附生成难 溶的 P b S和 C u S 。 给黄药提供 一个 在雌 黄 表面 的 吸 附 中心． 生 成 P b X 2 或 C u X 2 疏 水性膜而改变雌黄 的可 浮性 。P b OH 和 C u OH 2 s 也 会在 雌黄 表 面 吸 附， 不 过 在 吸 附 后 ， 黄 药 则 需 通 过 与 OH一 发 生交 换 吸附生 成 P b X2 或 cu X 2 ， 需 要 的能量要大一些。 由于 P b X 2和 C u X 2 的溶 度积较 P b oH 2和 C u OH 2要 小很 多， 故 在雌 黄表 面发 生 x一 与 OH一的交换 吸附应 该 是窖易发 生的， 或者说不会在 A S 3表面生 成 Cu OH 2或 P b OH 2沉淀 。 从 图 5 可 以 看 到 ， 在 p H 为 6 ． 5 时． C u S O 在 溶 液 中 的 存 在 型 式 C u 和 C u OH 2 s 浓度几乎相等。则说明’ 有相当 的 C u S O 此 时生 成 C u OH s 。应 该 说 在 雌黄表 面 吸 附 C u oH 2 s 并 不 是好 事， 一 则 它 是 亲 水 性 沉 淀 物，二 是 黄 药 与 c u OH 2 8 中的 O H一 发 生交换 吸 附所需 的 能量 较与 P b oH 发生交换 吸 附相对要大 。 时间要长 ， 有 时 只靠 化学 能 可 能还 不够 。这 也说 明 了 C u S O4活 化 雌 黄 浮 选 能 力 不 及 P b N O 3 2 的原因是 p H为 6 ． 5时， 由 C u S O 水解生成的 C u O H 2 s 的活化能力不够。 3 ． 3 P b 【 I 和 Cu 【 I 活化雌 黄浮选 的软硬 酸碱 机理 结构化学理论指 出， 属于 1 8 2 e电子型 的 P b Ⅱ 属于 中 间酸 范 畴。属于 91 7 e电 子型的 Cu Ⅱ 也 属 于 中 间酸 范 畴。 而 一 刚属于软 碱的范畴 。虽然 P b Ⅱ 和 c u Ⅱ 均属 中间酸， 但 它 们 的性 质都 接 近 软 酸。 根 据“ 软亲软． 硬亲硬． 中间对两头均适应” 的软 硬 酸碱化学 原理 ， c u Ⅱ 和 P b Ⅱ 应 容易 与 雌黄表面因破碎矿石时裸露在外的 一 发 生 吸附 ． 生成 P b S和 Cu S而改 善雌黄 矿表 面 对 黄药的吸附条件从而起到活化作用。 3． 4 P b { I 和 cn { I 活化 雌 黄 浮选 的 。 矿 物浮 选与 化学元 素周期表 理论 “ 矿物浮选 与化 学元素周期表 ” 理论 是 笔 者早期研究矿物浮选方法与化学元素周期的 下转 第 3 6页 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1正 艺管 阀合 乎液 的循 环要 求 ， 此 时 相继 启 动 耐 腐泵、 电加热器， 意味解吸开始进行。当电加 热器温 度 上 升到 8 0～9 0 ℃ 时， 启 动 风 机 、 主 接 触器和 电解槽 ， 表 明 电解开 始进行 。 若 加热器 恒温 上 升． 中途 未 出现 任 何 故 障， 作业 5 O小 时左右 ， 可 关停 加热器 ， 表 明解 吸停止 。当贵 液 品位 低 于 3 g ／ m 、 贫 液 品 位 低于 l g ／ m 时 关停 耐腐 泵 、 电解 槽， 意 味着 电解停 止。 4 工艺 设备 布 局 的原 则 是既 要 提 高 空 间建 筑利 用率 ， 又要 留有 充足 的设 备 间隔 区 域 。加强职 工培训 ， 提高 操作水平 。 5 电解 槽 中阴极 箱 框 的 表面 积 依槽 形 取最 大 值， 即箱 框 与槽 同宽 高 比槽 小 约 1 0 0 mm。箱框 中钢棉常用较细的钢毛， 填铺 要均匀蓬 松 ， 上下有 序 。 电积 因 素 的 适 宜 量 值 极 间 距 2 0～ 4 0 ram； 槽 电 压 1 ． 5 ～ 3 ． 0 V； 电 流 密 度 l 5～ 2 0 A／ m ； 电 解 温 度 8 0～ 9 0 ℃ ； 电 解 液 流 速 0 ． 4 ～ 0 ． 8 L ／ s 。 金 的 初 始 浓 度 即 贵 液 品 位 3 0 0 ～ 6 0 0 g ／ m 。 6 注意对 工 艺 设备 管 路尤 其 是 电解槽 底和 解 吸池底 积 金的 回收 ， 减 少金 的损 失。 【 参 考 文献 】 [ 1 ] 高大明． 载金炭解吸 电解 设备 的技术进展 [ J ] 黄金， 1 9 9 9 ， 2 3 8 [ 2 ] 沈 阳黄金 学院 ． 炭浆法提 金工 艺【 J ] ． 黄 金信 息 ， 1 9 9 5 2 2 1 ． 上 接 第 3 1再 对应 关 系 的规 律 总结 【 2 J 。 其 中 曾总 结 出 C u II 对与它同在第四周期左边的含有 N i 元素的硫化矿和位于右边的含 z n元素的硫 化矿均有活化作用。其实 C u Ⅱ 对大 多数 含有 第四期元 素硫 化矿均 有活 化作 用 。如含 F e Ⅱ 的黄 铁 矿 ， 含 有 Co Ⅱ 的 辉钴 矿 、 硫 钴矿 均 有 报 导 说 C u Ⅱ 对 它 们有 活 化 作 用I 。A s 元索 同在第四周 期 故 C u Ⅱ 对 含 A s的雌黄 也 应有 活化 作 用 。本 研 究 的结 果 也证实 了这 一 点 ， 其 基本 原理 则 是 化 学元 素周 期表 中第 四周 期元 素及其它 各周期元 素 均有一个 共 同之 处， 即 同周 期 则有 相 同的 电 子轨道层 。 由于 A s 元素与 s b 元素在化学元素周期 表中同一 主族 ， 第 五 主族 ， 既然 有 P b Ⅱ 和 c u Ⅱ 活 化 s b 2 的 报 导 ， 故 P bⅡ 和 c u Ⅱ 也应活化含有 A s 3 的雌黄 A 是。其 主要 原因 则 是 A s和 s b有 相 同 的 r 1 8 2 l i p 3最 外层 电子轨道 。 总之 ， C u Ⅱ 和 P b Ⅱ 活化 雌黄浮选， 符 合 “ 矿 物浮选 与化学元素周期 表” 理 论 中的 含有 同一族 或 同一 周 期 的化 学 元素对 相应含 有同族或 同周期 元素的矿 物有 相互作 用的规律 。 4 结语 浮选 试验结 果证 明， P b r q O 2 和 C u S 04 均 可作为 难 浮 矿物 雌 黄 如 S 3 的浮 选 活 化 剂 。在 p H为 6 ． 5时 ， P b r q O 2的活化 作 用 较 C u S O 要 强。 结构化学中有关 A s元素的结 构理 论， 软 硬酸碱化 学理 论 ， 涪度 积假说理 论 ． 矿物 浮 选 与 化 学 元 素 周 期 表 理 论 均 可 解 释 P b N 2 和 Cu S O4是雌 黄 A％S 3 的 良好浮 选 活化剂 。 【 参 考文献 ] [ 1 ] 刘邦璃 ． 薹台 浮选剂 [ M] ． 北京 冶金工 业出舨 杜 ， 1 9 8 2． [ 2 ] 周菁， 朱一 民． 矿物 浮选与化学元 素周期表 I [ J ] ． 湖南有色金属， 1 9 8 9 ， 4 3 53 7 [ 3 ] 束一 民． 周菁． 矿物 浮选与化学 元索周期表 Ⅱ [ J ] ． 嘲南有色金属， 1 9 8 9 ， 5 2 83 1 ． [ 4 ] 朱一民． 矿物 浮选 与化学元 索周期表 Ⅲ [ J ] ． 湖南冶金 ． 1 9 9 0 ． 6 2 83 1 ． [ 5 ] 束一 民 ． 矿 物 浮选 与化 学元 素周 期 表 Ⅳ [ J ] ． 湖南有色金属， 1 9 9 1 ， 5 2 7 52 7 8 ． 【 6 】 许时 ． 矿石可选 性研究【 M] ． 北 京 冶金工业 出版 社 ． 1 9 8 1 ． 维普资讯