磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响.pdf

第5 8 卷第3 期 20 06 年8 月 有色金属 N o n f e r c o u sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ，N o ，3 A u g u s t 20 06 磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响 何发钰1 一，孙传尧2 ，宋 磊2 1 ．东北大学，沈阳 1 10 0 0 4 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京10 0 0 4 4 摘要利用S E M 、X P S 及浮选试验考察磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响。结果表明，采用瓷介质与铁介质 磨矿时，方铅矿表面形态、表面氧化产物及浮选行为存在明显差异。采用瓷介质磨矿时，方铅矿的浮选效果明显好于采用铁介质 磨矿的情形，更有利于方铅矿的浮选回收。采用铁介质磨矿时，方铅矿表面粗糙，腐蚀严重，存在大量的非晶质化亲水性的P b S O 。 和F e O O H 是造成方铅矿表面亲水性增强。浮选回收率低的主要原因。 关键词选矿工程；磨矿介质；方铅矿；表面性质；浮选 中图分类号T D 9 2 3 ．7 ；T D 9 5 2文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 3 0 0 8 1 0 5 采用不同的磨矿介质磨矿时，硫化矿物颗粒的 表面形态，特别是其表面粗糙度存在很大的差异，颗 粒的表面越光滑，疏水性越好，可浮性也越好。胡岳 华等人⋯1 在矿相显微镜下观察到，方铅矿在非机械 力存在时，矿物表面很平整，状态单一，有少量异色 物质生成。当其受到机械力化学作用时，矿物表面 变得不平整，出现了与方铅矿具有不同光学性质的 深色物质，说明矿物表面发生了反应，可能生成了新 的物质。P ，B a l a z 等人L 2 “l 的研究表明，机械力化学 反应对硫化矿物的氧化分解有促进作用，在颗粒表 面形成絮凝物将阻碍机械化学的进一步作用，硫化 矿物将形成缺金属表面，并有S o 、金属氧化物、硫酸 盐和碳酸盐等物质生成。 在硫化矿磨矿体系中，存在局部电池和伽伐尼 电偶的共同作用。由于低碳钢钢球和铁镍合金钢球 的静电位均比硫化矿物低很多，伽伐尼电偶的形成 将导致较剧烈的阳极氧化反应发生于钢球表面，氧 则在静电位较高的硫化矿物表面还原。钢球的氧化 产物F e O H 3 ，F e 0 0 H ，F e 2 S 0 4 3 ，F e S 0 4 和组成矿 物的金属离子的氧化产物在矿物表面的罩盖，将使 矿物表面的亲水性加强。对硫化矿物的可浮性带来 负面影响【7 一l2 | 。 硫化矿物颗粒表面的形态和表面性质对表面的 收稿日期2 0 0 6 0 6 一1 9 基金项目国家自然科学基金重点资助项目 5 0 2 3 4 0 1 0 ；国家基础 研究重大项目前期研究专项资助项目 2 0 0 1 C C A 0 3 1 0 0 作者简介何发钰 1 9 6 8 一 ，男。江西赣州市人，研究员，博士生，主 要从事浮选化学等方面的研究； 孙传尧 1 9 4 4 一 ，男，山东东平市人．教授，博士生导师， 中国工程院院士，主要从事矿物工程等方面的研究。 疏水性／亲水性及浮选行为有着十分重要的影响。 为此，考察了不同磨矿介质对方铅矿表面性质和浮 选行为的影响。 1实验方法 方铅矿产自云南会泽铅锌矿，纯度为9 5 ％。 试验采用了氧化锆球和普通铸铁球两种磨矿介 质，磨矿罐罐体材料为1 0 1 0 尼龙。将方铅矿单矿物 1 0 9 、去离子水4 0 m L 分别置于铁介质和瓷介质磨矿 罐中磨8 m i n ，过滤并低温 3 5 ℃ 干燥后送检测。 采用S - 3 5 0 0 n 型扫描电镜和I n c a 型能谱仪进 行矿物形貌分析和成分测定。采用E S C A L A B M K I I 多功能电子能谱仪进行X P S 测试，对试验样 品进行了全谱、精细谱和表面元素半定量检测，以确 定矿物表面的组分。所有的谱峰均以C l s 峰 B E 2 8 4 ．8 0e v 作为参考进行校正，以消除荷电效应的 影响，并对谱图进行处理。 浮选试验时采用X F G 型挂槽浮选机，浮选过程 均按规范的操作程序进行。浮选槽容积为3 0 m L ， 叶轮转速1 8 5 0 r ／m i n 。 2 试验结果与分析 2 ．1 扫描电镜分析 方铅矿具有良好的半导体性质，在不同摩擦介 质与机械力作用下，将会导致矿物表面电位发生变 化，表面性质也发生改变。通过考察方铅矿表面形 态的变化可以了解磨矿介质对矿物表面的作用及其 引起的表面反应及变化的程度。 方铅矿经过8 m i n 磨矿后，一7 4 ／a n 含量占9 5 ％。 图1 和图2 所示分别为采用铁介质和瓷介质磨矿并放 大3 5 0 0 0 倍后方铅矿的表面形态。从图中可以看出，采 万方数据 8 2 有色金属第5 8 卷 用铁介质磨矿时，方铅矿表面较粗糙，有明显的腐蚀 带，表面腐蚀严重，有大量的大小不均的絮状物生成并 广泛分布于方铅矿表面，而采用瓷介质磨矿时，方铅矿 表面光滑、平整，未见明显的腐蚀带出现，只有少量的 絮状物生成、零星分布在表面。由此说明，铁介质磨矿 条件下，在方铅矿表面的机械力和机械力化学作用强 烈，方铅矿表面具有更高的反应活性，而瓷介质磨矿条 件下，在方铅矿表面的机械力，特别是机械力化学作用 弱，方铅矿表面反应活性较低。 图1 铁介质磨矿方铅矿 F i g ．1 G a l e n ag r o u n dw i t hi r o nm e d i a 图2 瓷介质磨矿方铅矿 F i g ．2 G a l e n ag r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 表1 所示为方铅矿表面及絮状物成分的S E M 能谱检测结果。表1 表明，瓷介质磨矿条件下，方铅 矿表面和生成的絮状物仍以P b S 为主，铁介质磨矿 时，方铅矿表面主要成分仍为P b S ，而表面生成的絮 状物的组成则较为复杂，除P b ，S 外，还发现了大量 。和F e 的存在，其成分将以X P S 确定。 表1 方铅矿表面和絮状物成分 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fs u r f a c ea n df l o c c u l eo fg a l e n a 2 ．2 X 光电子能谱 X P S 分析 2 ．2 ．1 瓷介质磨矿。表2 所示的结果表明，采用瓷 介质磨矿时，方铅矿表面P b S l 1 ．8 1 ，形成了贫 铅富硫的矿物表面。图3 a 的P b 4 f 双峰发生明显 分裂，P b 4 f 7 ／2 的结合能为1 3 8 e V ，P b 4 f 5 ／2 的结合 能为1 4 3 e V ，二者间距为5 e V ，峰形尖锐且强度大。 图3 b 中的S 2 p 谱图表明，在方铅矿表面上硫的化 学态不止一种，结合能为1 6 1 ．5 e V 的峰对应于P b S 中的硫 S 2 一 ，结合能为1 6 8 ．8 e V 的峰对应于P b S 0 4 中的硫 s 6 ，结合能为1 6 3 ．7 5 e V 的峰对应于s o 峰。硫峰较铅峰弱得多，背景噪音也大，这主要是由 P b 4 f 的能量损失峰引起的。 表2 表面元素定量分析 T a b l e2Q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fs u r f a c ee l e m e n t s 图3 瓷介质磨矿的方铅矿X P S 谱 F i g ．3 X P Ss p e c t r u mo fg a l e n ag r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 万方数据 第3 期何发钰等磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响 8 3 2 ．2 ．2 铁介质磨矿。表3 所示的结果表明，采用铁 介质磨矿时，方铅矿表面P b S 1 3 ．0 1 ，形成了贫 铅富硫的方铅矿表面，且表面铅含量远较瓷介质磨 矿时低。图4 a 中P b 4 f 双峰与图3 a 的情形相 同，仍发生明显分裂。图4 b 中的S 2 p 谱图表明， 在方铅矿表面上的硫有多种化学态，结合能为 1 6 1 ．5 e V 的峰对应于P b S 中的硫 S 2 一 ，结合能为 1 6 4 ．3 5 e V 的峰对应于s 0 峰，结合能为1 6 8 ．3 e V 的 峰对应P b S O 。中的硫 S 6 。在方铅矿表面还检 测到了F e 元素的存在，图4 C 为F e 2 p 3 的谱图，结 合能为7 1 1 ．0 e V 的峰对应于F e O O H 中的铁 F e 3 。 结合能／e V 结合能／e V 结合能／e V a 一P b 4 I 谱线； b 一S 2 p 谱线； c 一F e 2 p 谱线； d 一O l s 谱线 图4 铁介质磨矿的方铅矿X P S 谱 F i g ．4 X P Ss p e c t r u mo fg a l e n ag r o u n dw i t hi r o nm e d i a 表3 表面元素定量分析 T a b l e3Q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fs u r f a c cd e m e n t s 2 ．3 浮选试验 上述研究表明，采用不同介质磨矿时，方铅矿的 表面形态和性质存在较大的差异，势必影响到方铅 矿的浮选行为。为此，考察了磨矿介质对方铅矿浮 选行为的影响，结果如图5 所示。 试验表明，不同磨矿介质条件下方铅矿的浮选 行为存在较大差异。采用瓷介质磨矿时，方铅矿的 回收率随着浮选时间的延长迅速上升，浮选l m i n 时 回收率就高达8 8 ％，浮选2 m i n 时即达到9 8 ％，浮选 4 m i n 时达到1 0 0 ％。采用铁介质磨矿时，随着浮选 时间的延长，方铅矿的回收率虽有一定上升，但幅度 较小，浮选l m i n 时为7 3 ％，浮选2 m i n 时为7 9 ％，浮 选4 m i n 也仅达到8 2 ％。整体回收率比瓷介质磨矿 时低1 8 ％。由此说明，采用瓷介质磨矿时，方铅矿 的浮选效果明显好于采用铁介质磨矿的情形，更有 利于方铅矿的浮选回收。 眯 、 漪 罄 叵 鲴 鲢 浮选时间／m i n 图5 不同磨矿介质对方铅矿浮选行为的影响 F i g ．5 E f f e c t so fg r i n d i n gm e d i ao n f l o t a t i o nb e h a v i o u ro fg a l e n a 2 ．4 磨矿介质对方铅矿浮选行为影响的机理分析 万方数据 有色金属第5 8 卷 方铅矿在磨矿过程中受到机械力、电化学及机 械力化学等多种作用的影响。机械力化学作用使方 铅矿表面产生非晶质化现象，S E M 检测到的方铅矿 表面的无定形絮状物即为非晶质化物质。两种磨矿 介质条件下，均形成了缺金属表面及在方铅矿表面 生成了S o ，这有利于方铅矿的浮游，同时在方铅矿 的表面也形成了亲水性的P b S 0 4 ，将对方铅矿的浮 选产生负面影响。然而，瓷介质和铁介质在方铅矿 表面的机械力化学作用结果的差异对方铅矿的浮选 行为产生重要影响。瓷介质条件下，方铅矿表面光 滑平整，非晶质化产物主要为疏水性的P b S ，矿物颗 粒表面的疏水性好，有利于方铅矿的浮选。而铁介 质条件下，方铅矿表面存在明显的腐蚀带，表面粗 糙，大量分布的非晶质化产物主要为亲水性的 P b S 0 4 和铁的氧化物，矿物颗粒表面的亲水性强，不 利于方铅矿的浮选。 在磨矿过程中，铁介质、硫化矿物自身将形成局 部电池，铁介质与硫化矿物之间将形成伽伐尼电偶。 在铁介质一硫化矿物伽伐尼电偶中，铁介质总是作 为阳极发生氧化反应，硫化矿物则作为阴极发生还 原反应。铁介质的氧化产物F e 3 将与阴极还原反 应产生的O H 一反应生成铁的氢氧化物，X P S 检测结 果表明，其主要形式为F e O O H 。比较不同磨矿介质 条件下方铅矿的浮选结果，可以看出，采用铁介质磨 矿时形成的F e O O H 在方铅矿表面的吸附与沉淀是 造成方铅矿表面亲水性增强，浮选回收率低的主要 原因。 3结论 1 S E M 检测结果表明，采用铁介质磨矿时，方 铅矿表面较粗糙，有明显的腐蚀带，表面腐蚀严重， 有大量的大小不均的絮状物广泛分布于矿物表面， 矿物表面亲水性较强。而采用瓷介质磨矿时，方铅 矿表面光滑、平整，未见明显的腐蚀带出现，只有少 量的絮状物零星分布在矿物表面，矿物表面具有较 强的疏水性。 2 X P S 检测结果表明，采用瓷介质与铁介质 磨矿时，方铅矿表面均有S o 和P b S 0 4 存在，采用铁 介质磨矿时，方铅矿表面还存在F e O O H 。 3 浮选试验结果表明，采用瓷介质磨矿时，方 铅矿的浮选效果明显好于采用铁介质磨矿的情形， 更有利于方铅矿的浮选回收。方铅矿表面粗糙，腐 蚀严重，存在大量的非晶质化亲水性的P b S 0 4 和 F e O O H 是造成铁介质磨矿时方铅矿表面亲水性增 强，浮选回收率低的主要原因。 参考文献 [ 1 ] 胡岳华，孙伟，覃文庆，等．方铅矿浮选的机械电化学行为[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 2 ，1 2 5 1 0 6 0 1 0 6 4 ． [ 2 ] B a l a zP ，B r i a n c i nJ ，T u e a n i o v aL ．T h e r m a ld e c o m p o s i t i o no fm e c h a n i c a l l ya c t i v a t e dt e t r a h e d r i t e [ J ] ．T h e r m o c h i m i e aA c t a ， 1 9 9 5 ，2 4 9 3 7 5 3 8 1 ． [ 3 ] M u l a kW ，B a l a zP ，C h o j n a c k aM ．C h e m i c a la n dm o r p h o l o g i c a lc h a n g e so fm i l l e r i t eb ym e c h a n i c a la c t i v a t i o n [ J ] ．I n tJM i n e r P r o c e s s ，2 0 0 2 ，6 6 2 3 3 2 4 0 ． 14 】G o d o c i k o v aE ，B a l a zP ，B a s t lZ ，e ta 1 ．S p e c t r o s c o p i cs t u d yo ft h es u r f a c eo x i d a t i o no fm e c h a n i c a l l ya c t i v a t e ds u l p h i d e s [ J ] ．A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 6 4 7 ． [ 5 ] B a l a zP ，T a k a c sL ，B o l d i z a r o v aE ，e ta 1 ．M e c h a n o c h e m i c a lt r a n s f o r m a t i o n sa n dr e a c t i v i t yi nc o p p e rs u l p h i d e s [ J ] ．J o u r n a lo f P h y s i c a la n dC h e m i s t r yo fS o l i d s ，2 0 0 3 ，6 4 1 4 1 3 1 4 1 7 ． [ 6 ] B a l a zP ．M e c h a n i c a la c t i v a t i o ni nh y d r o m e t a l l u r g y [ J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，2 0 0 3 ，7 2 3 4 1 3 5 4 ． [ 7 ] 顾帼华，王淀佐，刘如意．硫化矿原生电位浮选体系中的迦伐尼电偶及其浮选意义[ J ] ．中国矿业，2 0 0 0 ，9 3 4 8 5 2 ． 【8 ] Y e U o j iR a oMK ，N a t a r a j a nKA ．E f f e c to fg a l v a n i ci n t e r a c t i o n sb e t w e e ng r i n d i n gm e d i u ma n dm i n e r a l so ns p h a l e r i t ef l o t a t i o n 【J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 8 9 ，2 7 9 5 1 0 9 ． 【9 ] Y e U o j iR a oMK ，N a t a r a j a nKA ．E f f e c to fE l e c t r o c h e m i c a li n t e r a c t i o n sa m o n gs u l p h i d em i n e r a l sa n dg r i n d i n gm e d i u mo nt h e f l o t a t i o no fs p h a l e r i t ea n dg a l e n a J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 9 0 ，2 9 1 7 5 ～1 9 4 ． 【1 0JC a s e sJM ，K o n g o l oM ，d eD o n a t oP ，e ta 1 ．I n t e r a c t i o no ff i n e l yg r o u n dg a l e n aa n dp o t a s s i u ma m y l x a t h a t ei nf l o t a t i o n ，1 ．I n f l u e n c eo fa l k a l i n eg r i n d i n g [ J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 9 0 ，2 8 3 1 3 3 3 7 ． 【11 ] C a s e sJM ，K o n g o l oM ，d eD o n a t oP ，e ta 1 ．I n t e r a c t i o nb e t w e e nf i n e l yg r o u n dg a l e n aa n dp y r i t ew i t hp o t a s s i u ma m y l x a t h a t ei n r e l a t i o nt of l o t a t i o n ，2 ．I n f l u e n c eo fg r i n d i n ga tn a t u r a lp H [ J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 9 0 ，3 0 3 5 6 7 ． 【1 2 ] C a s e sJM ，K o n g o l oM ，d eD o n a t oP ，e ta 1 ．I n t e r a c t i o no ff i n e l yg r o u n dg a l e n aa n dp o t a s s i u ma m y l x a t h a t ei nr e l a t i o nt of l o t a t i o n ，3 ．I n f l u e n c eo fa c i da n dn e u t r a lg r i n d i n g [ J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 9 0 ，3 0 1 9 5 2 1 5 ． 下转第9 8 页，C o n t i n u e do nP ．9 8 万方数据 有色金属第5 8 卷 N o v e lP b - Z nS e p a r a t i o nP r o c e s so fP bP r e f e r e n t i a lF l o t a t i o nw i t hZ i n cD e p r e s s i n gb yP o t e n t i a l C o n t r o l l e dF l o t a t i o nf o rI n t r i c a t eP b - Z nS u l p h i d eO r ef r o mH u i l iL e a d - z i n cM i n e L U O X i a n p i n 9 1 ”，W A N GD i a n Z U 0 3 ，S U NT i c h a n 9 1 1 ．U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n d o g 斟B e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．J i a n g x iU n i v e r s i t y o f S c i e n c ea n dT e c h t m l o g y ，G a n z l w u3 4 1 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a ；3 ．T h e C h i n e s e A c a d e m yo y ’E n g i r m e r i n g ，1 3 e i j i n g1 0 0 0 3 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef l o t a t i o ns e p a r a t i o no fg a l e n af r o ms p h a l e r i t ea n dm a r m a t i t eb yu s i n gp o t e n t i a l - - c o n t r o l l e df l o t a t i o nt e c h n o l o g yf o rr e f r a c t o r yd r e s s i n go r ef r o mH u i l iL e a d z i n cM i n ei si n v e s t i g a t e d ．T h es e p a r a t i o no fP b Z na n de x c e l l e n tt e c h n i c a li n d e x e sa r ea c h i e v e du n d e rt h ec o n d i t i o no fp H 11 ．8 ～1 2 ．2a n dt h ep u l pp o t e n t i a l 一2 5 2 2 7 2 m Vw i t hl i m ea sr e g u l a t o ra n ds t a b i l i z e ro fp Ha n dp u l pp o t e n t i a l ，D D T C d i e t h y ld i t h i o c a r b a m a t e ，a c r o n y m f o rD D T C a sg a l e n af l o t a t i o nc o l l e c t o ra n dZ n S 0 4 N a 2 S 0 3a sc o m b i n e df l o t a t i o nd e p r e s s a n to fs p h a l e r i t ea n d m a r m a t i t e ．T h eP ba n dZ ng r a d ea n dr e c o v e r yi nL e a dc o n c e n t r a t ea n dZ i n cc o n c e n t r a t ea r e6 5 ．21 ％a n d 5 2 ．3 0 ％，5 6 ．4 8 ％a n d8 4 ．8 5 ％，r e s p e c t i v e l y ．A n dt h e ya r ei n c r e a s e db y1 3 ．2 7 ％a n d5 ．7 6 ％，O ．2 8 ％a n d 2 ．2 8 ％，r e s p e c t i v e l y ．T h eo p e r a t i o nc o s tf o rr e g e n t si sr e d u c e df o ra b o u t 2 ／t o r e ，a n dt h ee c o n o m i c a lp r o f i ti s p r o b a b l y1 2 ．3 4 M a n n u a l l y ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；l e a d z i n cs e p a r a t i o n ；p o t e n t i a l c o n t r o l l e df l o t a t i o n ；p r e f e r e n t i a lf l o t a t i o n ； c o m b i n e dd e p r e s s a n t 上接第8 4 页，C o n t i n u e df r o mP 。8 4 E f f e c t so fG r i n d i n gM e d i ao nS u r f a c eP r o p e r t i e sa n dF l o t a t i o nB e h a v i o u ro fG a l e n a H EF a ．3 m 1 一，S U NC h u a n y a 0 2 ，S O N GL e i 2 1 ．N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g11 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．B e O i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fg r i n d i n gm e d i ao ns u r f a c ep r o p e r t i e sa n df l o t a t i o np e r f o r m a n c eo fg a l e n aa r ei n v e s t i g a t e db y m e a n so fS E M ．X P Sa n df l o t a t i o ne x p e r i m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ee x i s tg r e a td i f f e r e n c e si ns u r f a c e m o r p h o l o g y ，o x i d a t i o ns p e c i e sa n df l o t a t i o nb e h a v i o ro fg a l e n ag r o u n dw i t hc e r a m i co ri r o nm e d i a ．G r i n d i n g w i t hc e r a m i cm e d i ai sb e n e f i c i a lt of l o t a t i o no fg a l e n a ，t h em u c hb e t t e rf l o t a t i o ne f f e c tt h a nt h a tg r i n d i n gw i t h i r o nm e d i ai sa c h i e v e d ．T h eh i g hh y d r o p h i l i c i t ya n dl O Wf l o t a t i o nr e c o v e r yo fg a l e n ag r o u n dw i t hi r o nm e d i aa r e m a i n l yr e s u l t e df r o mh i g hs u r f a c er o u g h n e s sa n ds e r i o u sc o r r o s i o na n de x i s t e n c eo fap l e n t yo fa m o r p h o u sa n d h y d r o p h i l i cP b S 0 4a n dF e 0 0 H ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；g r i n d i n gm e d i a ；g a l e n a ；s u r f a c ep r o p e r t y ；f l o t a t i o n 万方数据