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3 0 有色金属 选矿部分 2 0 0 7 年第1 期 磨矿介质对黄铁矿表面性质和浮选行为的影响 宋磊，何发钰，孙传尧，孙志健 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要利用S E M 、X P S 现代测试技术及浮选试验考察了瓷磨黄铁矿和铁磨黄铁矿的表面性质与浮选行为。结果 表明，分别采用瓷介质与铁介质磨矿时，黄铁矿的表面形态、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，黄铁矿的浮选效果明显好于采用铁介质磨矿的情形，更有利于黄铁矿的浮选回收。铁磨黄铁矿表面粗糙，腐蚀严熏， 存在大量的非晶质化亲水性的F e O O H 是造成其表面亲水性增强、浮选回收率低的主要原因。 关键词磨矿介质；浮选；表面性质；黄铁矿 中圈分类号T D 9 2 1 ．4文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 7 0 1 0 0 3 0 0 5 据x ．H ．W a n g 的报道【1 J 以及E ．F o r s s b e r g 等人[ 2 1 的 研究，采用不同的磨矿介质和磨矿方法进行磨矿，硫 化矿物颗粒的表面形态，特别是其表面粗糙度存在 很大的区别。颗粒的表面越光滑，疏水性越好，其可 浮性也越好。董青海等人[ 3 1 的研究表明，在矿相显微 镜下可以观察到，当黄铁矿受到机械力化学作用时， 由于摩擦作用，使得矿物表面变得不平整。由于表面 存在高差，整个视域不处在同一焦点，局部出现模 糊，视域内出现与黄铁矿具有不同光学性质的深色 物质，说明矿物表面可能生成了新的物质。这表明， 机械力作用后，黄铁矿表面具有更高的反应活性。黎 铉海等人M 噪用扫描电镜直观清楚地观察了机械活 化后黄铁矿的表面形貌特征。发现活化前的黄铁矿 颗粒虽然尺寸大小不一，但表面光滑致密，轮廓清晰 可辨，颗粒间有明显的边界；活化后的黄铁矿颗粒的 平均粒径有所减少，颗粒间的界面已经消失，表面出 现云状疏松絮状无定型化物质，其成分仍为黄铁矿， 但具有高活性和高能量。邹俭鹏等人[ 6 - 7 ] 的研究表明， 机械活化黄铁矿可导致三个层面的变化一是粒度 变小和比表面积增大，即表面吉布斯自由能增加；二 是表面结构和内部结构的变化，包括位错、缺陷、塑 性变形、晶块细化和晶格畸变等，即机械储能的增 加；三是化学性质的变化，即表面有少量新物质生 成。J ．M ．C a s e s 等人[ 8 1 采用X P S 研究了铁介质磨矿后 的黄铁矿的表面产物及其对矿物可浮性的影响，发 现在铁磨黄铁矿表面有S o 、F e 2 s 0 4 3 、F e O O H 、F e O 、 F e O ，、F e S O 。等物质。试验表明，采用铁介质磨矿时， 由于组成矿物的金属离子的氧化产物和铁介质的氧 化产物的共同影响，使黄铁矿表面的亲水性增强，使 收稿日期2 0 0 6 0 9 0 6 作者简介宋磊 1 9 8 1 一 ，男，河北宁晋人，硕士。 其可浮性降低。 矿物颗粒表面的形态和粗糙度对其表面的疏水 性／亲水性以及它们的浮选行为具有十分重要的影 响。为此，本试验考察研究了不同磨矿介质对黄铁矿 表面性质和浮选行为的影响。 1 试验矿样与试验方法 黄铁矿取自广西梧州，纯度为9 8 ％。 本试验采用了两种磨矿介质一种是氧化锆球； 一种是普通铸铁球。磨矿罐罐体采用1 0 1 0 尼龙棒 材。将黄铁矿单矿物1 0 9 、去离子水4 0 m 1 分别置于 铁介质和瓷介质磨矿罐中磨矿8 m i n ，过滤矿浆并将 过滤后的黄铁矿低温 3 5 ℃ 干燥后制样送检测。 采用日立S - 3 5 0 0 n 型扫描电镜和英国O x f o r d 公司生产的I n c a 型能谱仪进行矿物形貌分析和成 分测定。 采用英国V G 公司E S C A L A BM 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 S 4 ．8 0 e V 作为参考 进行校正，以消除荷电效应的影响。 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 轮转速为18 5 0 d m i n 。 2 试验结果与分析 2 ．1 扫描电镜分析 采用不同的磨矿介质磨矿时，磨矿过程中产生 的机械力及机械力化学作用不尽相同，这将使矿物 万方数据 2 0 0 7 年第1 期宋磊等磨矿介质对黄铁矿表面性质和浮选行为的影响 3 1 - 的表面形貌产生差别。图1 、图2 所示，分别为采用 铁介质和瓷介质磨矿后放大3 5 0 0 0 倍的黄铁矿表面 形貌。 图1 铁磨黄铁矿的扫描电镜图像 F i g 1S E Mo fp y r i t eg r o u n dw i t hi r o nm e d i a 图2 瓷磨黄铁矿的扫描电镜图像 F i g2 S E Mo fp y r i t eg r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 由图l 和图2 可以看出，采用铁介质磨矿时，黄 铁矿表面极不平整，呈蜂窝状，生成了大小不均的絮 状物堆积罩盖在黄铁矿颗粒表面，表面腐蚀极其严 重；采用瓷介质磨矿时，黄铁矿表面较光滑、平整，未 见明显的腐蚀带出现，但有大量的大小不均的絮状 物生成并广泛分布在矿物颗粒表面。由此说明，铁介 质磨矿条件下，在黄铁矿表面的机械力和机械力化 学作用极其强烈，黄铁矿表面具有极高的反应活性。 瓷介质磨矿条件下，机械力与机械力化学作用对黄 铁铅矿表面产生了一定的影响，黄铁矿表面具有一 定的反应活性。 表1 黄铁矿表面和絮状物成分x 射线能谱分析 T a b1 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 fp y r i t e d e t e r m i n e db yE D X 黄铁矿表面及絮状物成分的S E M 能谱检测结 果见表1 。结果表明，瓷介质磨矿条件下，黄铁矿表 面和生成的絮状物仍以F e S 为主；铁介质磨矿时， 黄铁矿表面主要成分为F e S ，但其表面除有组成黄 铁矿本身的元素铁、硫存在外，还发现了大量的氧， 其存在形式可以x P s 确定。 2 ．2X 光电子能谱 X P S 分析 、2 ．2 ．1 瓷介质磨矿 图3 所示为瓷磨黄铁矿的X P S 检测结果。图3 A 为F e 2 p 的谱图，结合能为7 0 6 ．8 5 e V 峰对应于F e S 中的铁 F e 2 ，结合能为7 1 1 ．5 0 e V 的峰对应于 F e O O H 中的铁 F e 3 。图3 B 中的S 2 p 谱图表明，在 黄铁矿表面上的硫有2 种化学态，结合能为 1 6 3 ．3 5 e V 的峰对应于F e S 中的硫 S 2 一 ，结合能为 1 6 9 ．5 5 e V 的峰对应于F e s 0 4 ，中的硫 S “ 。图3 C 为O l s 的谱图，结合能为5 3 1 ．6 5 e V 的峰值对应于 F e O O H 中的铁 O } 。说明在黄铁矿表面生成了F e S 0 4 3 和F e O O H 。 表2 所示为瓷磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 结果。由表中数据可知，采用瓷介质磨矿时，黄铁矿 表面F e S I I ．6 4 ，形成了缺金属富硫的黄铁矿表面。 表2瓷磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 T a b2X P Sa n a l y s i so fe l e m e n t so ns u r f a c eo fp y r i t e g r o u n dw i t hc e r a m i cm e d i a 元素原子百分含量，％主峰位／e V C l s4 3 ．8 92 8 4 ．8 0 0 1 s3 6 ．5 75 3 1 ．6 5 S 2 p 3 ．4 61 6 9 ．5 5 S 2 p 8 ．6 81 6 3 ．3 5 F e 2 p 3 4 ．6 97 11 ．5 0 F e 2 D 32 ．7 17 0 6 ．8 5 2 ．2 ．2 铁介质磨矿 图4 所示为铁磨黄铁矿的X P S 检测结果。图4 A 为F e 2 p 谱图，结合能为7 0 6 ．7 0 e V 的峰对应于F e S 中的铁 F e 2 ，结合能为7 1 1 ．5 0 e V 的峰对应于 F e O O H 中的铁 F e 如 。图4 B 中的S 2 p 谱图表明，在 黄铁矿表面上的硫有2 种化学态，结合能为 1 6 3 ．5 0 e V 的峰对应于F e S 中的硫 S 2 一 ，结合能为 1 6 9 ．5 5 e V 的峰对应予F e S 0 4 ，中的硫 S “ 。图4 C 为O l s 的谱图，结合能为5 3 1 ．7 0 e V 的峰值对应于 F e O O H 中的铁 O 扣 。说明在黄铁矿表面生成了F e S 0 4 3 和F e O O H 。 表3 所示铁磨黄铁矿表面元素的X P S 分析结 果表明，采用铁介质磨矿时，黄铁矿表面F e S I 1 ．0 l ，矿物表面金属和硫基本平衡。 2 ．3 浮选试验 S E M 与X P S 的检测结果表明，采用不同的磨矿 万方数据 ．3 2 -有色金属 选矿部分 2 0 0 7 年第1 期 B i n d i n ge n e r g y E d e V A 1 1 ＆ 兰1 茸 重 点 B i n d i n ge n e r g y E d e V B } ◆{ 5 2 0、5 2 5 5 3 0 5 3 55 4 0 B i n d i n ge n e r g y E d e V C B i n d i n ge n e r g y E d e V A B i n d i n ge n e r g y E d e V B 图3 瓷磨黄铁矿的X P S 谱图 F i g3 X P Sa n a l y s i so f p y r i t eg r o u n d w i t hc e r a m i cF i g4 m e d i a A ．F e 2 p 谱线；B _ s 2 p 谱线；G 旬l 号谱线 表3 铁磨黄铁矿表面元素的X P S 分析 T a b3X P Sa n a l y s i so fe l e m e n t so ns u r f a c eo fp y r i t e g r o u n dw i t hi r o nm e d i a B i n d i n ge n e r g y E f l e V C 图4 铁磨黄铁矿的X P S 谱图 X P Ss p e c t r u mo fp y r i t eg r o u n dw i t hi r o nm e d i a A F e 2 p 谱图；B - S 2 p 谱图；C - O l s 谱图 介质磨矿时，黄铁矿的表面形貌与表面性质存在较 大的差异，这势必影响黄铁矿的浮选行为。从图5 所 示的黄铁矿的浮选速度试验结果可以看出，当浮选 时间为0 ．5 m i n 时，瓷磨黄铁矿与铁磨黄铁矿的回收 率比较接近，分别为5 7 ％和5 5 ％。随着浮选时间的 延长，瓷磨黄铁矿的回收率迅速上升，浮选1 ．5 m i n 的回收率就达到8 9 ％，浮选4 m i n 时达9 9 ％。而铁磨 黄铁矿的回收率虽上升幅度较大，但浮选1 ．5 m i n 时 仍仅达到7 8 ％，浮选4 r a i n 时可达到8 4 ％。整体上，瓷 ∞40、H茸嚼口∞苫H sd芸M皇o瞢H 万方数据 2 0 0 7 年第1 期宋磊等磨矿介质对黄铁矿表面性质和浮选行为的影响 3 3 图5 不同磨矿介质对黄铁矿浮选行为的影响 F i g5 E f f e c t so fd i f f e r e n tg 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 fp y r i t e 磨黄铁矿的浮选回收率比铁磨黄铁矿的回收率高 1 5 ％。由此说明，采用瓷介质磨矿时，黄铁矿的浮选 效果要好于采用铁介质磨矿的情况，更有利于黄铁 矿的浮选。 3 磨矿介质影响黄铁矿浮选行为的机 理探讨 黄铁矿在磨矿过程中将受到机械力、电化学及 机械力化学等多种作用的影响。机械力化学作用将 使黄铁矿表面产生非晶质化现象，S E M 检测到的黄 铁矿表面的无定形絮状物即为非晶质化物质。S E M 的检测结果表明，采用铁介质磨矿时，机械力化学的 作用较采用瓷介质磨矿时要强烈的多。铁磨黄铁矿 的表面粗糙，腐蚀严重，其表面的亲水性强，而瓷磨 黄铁矿表面较平整，没有明显的腐蚀，其表面的疏水 性强。这将使瓷磨黄铁矿的浮游性要比铁磨黄铁矿 的好。采用瓷介质磨矿时，形成了缺金属富硫的黄铁 矿表面，而采用铁介质磨矿时，黄铁矿表面金属和硫 基本平衡，这也将使黄铁矿的浮选行为产生较大的 差异。 在采用瓷介质磨矿时，仅存在黄铁矿自身的局 部电池。在采用铁介质磨矿时，铁介质、硫化矿物自 身均将形成局部电池，铁介质与硫化矿物之间还将 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。所以，铁介质磨矿时，电化 学作用远较瓷介质磨矿时强烈，影响黄铁矿表面性 质的程度较瓷介质磨矿时深。瓷磨黄铁矿表面的 F e O O H 主要是由黄铁矿溶出的铁离子与O H 。反应 形成的，而铁磨黄铁矿表面除由黄铁矿自身溶出的 铁离子与O H 一反应形成的F e O O H 外，还有铁介质的 氧化产物F e 3 与O H - , 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 。比较铁磨黄铁 矿与瓷磨黄铁矿的浮选结果，可以看出，采用铁介质 磨矿时形成的F e O O H 在矿物表面的吸附与沉淀是 造成铁磨黄铁矿表面亲水性增强，浮选网收率低的 主要原因。 4 结论 1 ．S E M 检测结果表明，采用铁介质密矿时，黄 铁矿表面极不平整，呈蜂窝状，生成了大小不均的絮 状物堆积罩盖在黄铁矿颗粒表面，表面腐蚀极其严 重，矿物表面亲水性较强；采用瓷介质磨矿时，黄铁 矿表面较光滑、平整，未见明显的腐蚀带出现，但有 大量的大小不均的絮状物生成并广泛分布在矿物颗 粒表面，矿物表面具有较强的疏水性。 2 ．X P S 检测结果表明，在瓷磨与铁磨黄铁矿表 面均生成了F e S O 。 ，和F e O O H 。采用瓷介质磨矿 时，形成了缺金属富硫的黄铁矿表面；采用铁介质磨 矿时，黄铁矿表面金属和硫基本平衡。 3 ．浮选试验结果表明，采用瓷介质磨矿时，黄 铁矿的浮选效果明显好于采用铁介质磨矿的情形． 更有利于黄铁矿的浮选回收。铁磨黄铁矿表面粗糙． 腐蚀严重，存在大量的非晶质化亲水性的F e O O t I 是 造成其表面亲水性增强、浮选回收率低的誊要原因。 参考文献 llJ W a n gXi t ，X i eY ．T h eE f f e c to t ’G r i n d i n gM e d i aa l l ] E n v i r o n m e n to nt h eS u r f a c eP r o p e r t i e sa r l 1F l o t a t i or I B e h a v i o u ro fS u l f i d eM i n e r a l slJj ，M i n c r a lP r o c e s s i n g a n dE x t r a c t i v eM e t a l l u r g yR e v i e w ，1 9 9 0 ，7 4 9 ～7 9 ． 1 2 jE r i cF o r s s b e r g ，S t e l t a nS u n d b e r g ，Z h a iH o n g x h _ 1 ．I n f l l m l lr ‘r o fD i f f e r e n tG r i n d i n gM e t h o d sO NF b a t a b i l i t y l jj ．1n t e r n a t i o v , a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，1 9 8 8 ，2 2 1 8 3 一i 9 2 ． [ 3 ] 董青海，孙伟，胡岳华，等．黄铁矿浮选过程的机械电化 学行为研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 6 ，2 6 1 3 2 3 6 ． [ 4 ] 黎铉海，黄祖强，刘雄民，等．机械活化作用下裁金矿物 的形貌特征[ J ] ．金属矿山，2 0 0 l 1 3 l 一3 3 ． [ 5 ] 黎铉海．机械活化强化含砷金精矿浸氆的工艺及 J L N ． 研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 2 ． [ 6 ] 邹俭鹏，尹周澜，陈启元，等．机械活化黄铁铲物理性能 和表面结构变化的表征[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 { 。1 7 5 3 6 3 9 ． [ 7 ] 邹俭鹏，尹周澜，陈启元，等．机械活化黄铁矽的活性与 失效性[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 2 ，1 2 1 2 0 卜2 0 4 ． [ 8 ] C a s e sJM ，K o n g o l oM ，D o n a t oP ，e ta tI n t e r a c t i o nb e t w e e n 万方数据 ．3 4 ．有色金属 选矿部分 2 0 0 7 年第1 期 F 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 e i nR 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 t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，1 9 9 0 ，3 0 3 5 6 7 ． E F F E C T So FG R I N D I N GM E D I A0 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 N B E H A Ⅵo U Ro FP Y R I T E S O N GL e i ，丑卫F a y u ，S U N B e i j 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 es u r f a c ep r o p e r t i e s ．a n dt h ef l o t a t i o nb e h a v i o u ro f p y r i t eg r o u n dw i t hd i f f e r e n tg r i n d i n gm e d i ah a v e b e e ns t u d i e db ym 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 ．I t ss h o w nt h a tt h e r ee x i s t g r e a td i f f e r e n c e s i 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 s a n df l o t a t i o nb e h a v i o u ro f p y r i t eg r o u n d w i t hc e r a m i co ri r o n m e d i a ．G r i n d i n gw i t hc e r a m i cm e d i ag a v em u c hb e t t e re f f e c tt h a ng r i n d i n gw i t hi r o nm e d i a ，w h i c hi sm u c h m o r eb e n e f i c i Mt of l o t a t i o no fp y r i t e ．I m p r o v i n go fh y d r o p h i l i ca n dl o wf l o t a t i o n r e c o v e r yo fp y r i t eg r o u n d w i t hi r o nm e d i aa r em a i n l yd u et oh i 。s hs u r f a c er o u g h n e s s F e O O Hw h i c ha r ea m o r p h o u sa n dh y d r o p h i l i c ． a n ds e r i o u sc o r r o s i o na n dt h e r ee x i s tap l e n t yo f K E YW O R D S g r i n d i n gm e d i a ；f l o t a t i o n ；s u r f a c ep r o p e r t y ；p y r i t e 、 仓 夼 命 仓 仓 偷 仓 夼 夼 仓 命 仓 仓 岔 仓 岔 命 岔 岔 仓 岔 仓 岔 命 偷 命 岔 命 岔 岔 岔 夼 岔 岔 上接第4 3 页 S T U D Yo FM U L T I P O L EP E R Ⅳ【A N E N TN I A G N E T I CS E P A R A T o R C 姗r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g Q i n g l i z , L I UX i m i n 8 M 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 ； 2 ．A n s h a nM i n i n gC o ．，A n s l m nL i a o n i n g11 4 0 3 1 ，C h i n a ； A B S T R A C T I nt h i s p a p e r ，t h ec h a r a c t e r i z e a n dt h em a g n e t i cf i e l dd i s t r i b u t i o no fm u l t i - p o l e p e r m a n e n tm a g n e t i c s e p a r a t o rw e r ei n v e s t i g a t e d ．n en e wt y p eo fm u l t i - p e l ep e r m a n e n tm a g n e t i cs e p a r a t o rw a sd e s i g n e d ．w h i c h h a v eg o o de f f e c to n i m p r o v i n gc o n c e n t r a t eg r a d ea n dr e d u c i n g ．t h et a i l i n gg r a d e ．T h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n e x a m i n a t i o ns h o wt h a tt h ec o n c e n t r a t eg r a d ew a si m p r o v e d1 ％～1 ．5 ％a n dt h et a i l i n gg r a d ew a sr e d u c e d 0 。5 ％。1 ．5 ％． K E YW O R D S m u l t i - p o l e ；m a g n e t i cs e p a r a t o r ；m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t y ；m a g n e t i cf i e l dg r a d i e n t 万方数据