黃鐵礦表面氰根離子的吸附規(guī)律研究*

韓躍新 馬藝聞 朱一民 高 鵬 趙金菊 李建波

氰化提金是一種高效的、應(yīng)用普遍的選金方式，其浸金尾渣不僅含有大量的劇毒氰化物，通常還含有一些有價(jià)金屬硫化物［1-2］。因此，無(wú)論從資源的高效利用還是從保護(hù)環(huán)境的角度，這些氰化尾渣都不適合直接向環(huán)境排放。雖然目前在氰化尾渣的回收利用工藝研究方面取得了一些成果［3-7］，但是理論研究少且不系統(tǒng)［8-10］，尤其關(guān)于CN－在特定礦物表面的吸附機(jī)理研究就更加鮮見(jiàn)。研究氰化過(guò)程中黃鐵礦對(duì)CN－的吸附規(guī)律，將有助于改善氰化尾渣中黃鐵礦的浮選效果，從而更有效地實(shí)現(xiàn)氰化尾渣的回收利用。

1 試驗(yàn)原料、藥劑與儀器

黃鐵礦單礦物取自山東沂源福吉山銅礦，礦物經(jīng)手選除雜、粉碎、制樣，得到－0.045 mm占93%的試樣，備用。

氰化鈉為化學(xué)純，用蒸餾水配制成濃度為24 mg/L的氰化鈉溶液，備用;pH調(diào)節(jié)劑NaOH，以及CN－濃度檢測(cè)所用試劑AgNO3、KI、EDTA等均為分析純。

試驗(yàn)所用FuHua 78－1型磁力加熱攪拌器為浙江金壇市富華儀器有限公司制造，TGL－16G型離心分離器為上海安科精密儀器廠制造，PHS－3C型pH計(jì)由上海盛磁儀器有限公司制造，CN－濃度檢測(cè)所用AA－6300型石墨爐原子吸收分光光度計(jì)由日本津島公司制造，740－FTIR型傅立葉紅外光譜儀由美國(guó)PE公司生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方法

(1)黃鐵礦吸附CN－的影響因素試驗(yàn)。將100 mL氰化鈉溶液加入250 mL錐形瓶中，然后加入定量的黃鐵礦樣品，用NaOH溶液調(diào)節(jié)礦漿pH值至預(yù)設(shè)值，在常溫下攪拌吸附一定時(shí)間(攪拌器轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，)離心分離 5 min(轉(zhuǎn)速為 3 960 r/min)后用移液管精確量取出5 mL上清液置于25 mL具塞比色管中，采用原子吸收法間接測(cè)定吸附后溶液中CN－的濃度，按下式計(jì)算吸附率和吸附負(fù)載:

其中，Q為吸附率，%;C0為吸附前溶液中CN－濃度，mg/L;Ce為吸附平衡后上清液中CN－的濃度，mg/L;Γ為吸附負(fù)載，mg/g;V為吸附試驗(yàn)用CN－溶液的體積，L;m為吸附試驗(yàn)用黃鐵礦的質(zhì)量，g。

(2)紅外光譜分析。取2份黃鐵礦樣品，每份均為1 g，其中1份在氰化鈉溶液中吸附5 min，離心分離5 min(轉(zhuǎn)速為3 960 r/min)，濾去上層清液，用20 mL去離子水洗滌3次，自然干燥得到吸附氰根離子的黃鐵礦樣品。然后將吸附前后的2份樣品分別與100 mg光譜純的KBr均勻混合、壓片，用740－FTIR型傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 黃鐵礦吸附CN－的影響因素研究

3.1.1 吸附時(shí)間

取5 g黃鐵礦置于盛有氰化鈉溶液的錐形瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH=9.0，在常溫下攪拌吸附不同時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)吸附率的影響

從圖1可以看出，達(dá)到吸附平衡所需的時(shí)間非常短，僅需1 min，說(shuō)明該吸附過(guò)程相當(dāng)快速，最大吸附率達(dá)90.28%;進(jìn)一步延長(zhǎng)吸附時(shí)間，吸附率微幅下降，說(shuō)明吸附與解吸同時(shí)存在。

3.1.2 溶液的pH值

取5 g黃鐵礦置于盛有氰化鈉溶液的錐形瓶中，用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，在常溫下攪拌吸附5 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 溶液pH值對(duì)吸附率的影響

從圖2可以看出，在試驗(yàn)pH范圍內(nèi)，氰根離子的吸附率和吸附負(fù)載波動(dòng)較小，表明黃鐵礦對(duì)氰根離子的吸附受溶液pH值變化的影響較小，因此，后續(xù)試驗(yàn)繼續(xù)在pH=9.0的溶液中進(jìn)行。

3.1.3 黃鐵礦用量

黃鐵礦用量試驗(yàn)的氰化鈉溶液為100 mL，pH=9.0，常溫下攪拌吸附5 min，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 黃鐵礦用量對(duì)吸附率的影響

從圖3可以看出，隨著黃鐵礦用量的增加，吸附率呈先快后慢的上升趨勢(shì);黃鐵礦用量小于5 g/L時(shí)有最大吸附負(fù)載量，為3.81 mg/g，這有助于確定實(shí)際浸金過(guò)程需加入的NaCN量。

3.2 紅外光譜分析

試驗(yàn)利用吸附氰根離子前后黃鐵礦樣品的紅外光譜特征峰差異，研究了黃鐵礦表面對(duì)氰根離子的吸附機(jī)理。黃鐵礦表面吸附氰根離子前后的紅外光譜見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，黃鐵礦樣品吸附氰根離子前，在3 452 cm－1附近的強(qiáng)吸收峰為 S—OH中 O—H(游離)的伸縮振動(dòng)峰，在2 923 cm－1附近的弱吸收峰為O—H(締合)的伸縮振動(dòng)峰，在1 640 cm－1附近的弱吸收峰為OSO的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，在1 090 cm－1附近的較強(qiáng)吸收峰為SO的伸縮振動(dòng)峰。黃鐵礦樣品吸附氰根離子后，在3 448 cm－1附近有O—H(游離)吸收峰，在2 920 cm－1附近的O—H(締合)吸收峰增強(qiáng)，說(shuō)明氰根與O—H有氫鍵吸附作用;在2 357 cm－1附近出現(xiàn)—C≡N的弱伸縮振動(dòng)峰，在1 646 cm－1附近的OSO不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰和在1 090 cm－1附近的SO伸縮振動(dòng)峰略有減弱。由此說(shuō)明在試驗(yàn)條件下，氰根離子能夠與黃鐵礦發(fā)生吸附，且吸附較為穩(wěn)定。

圖4 黃鐵礦表面吸附CN－前后的紅外光譜

研究結(jié)果表明，吸附氰根離子的樣品雖經(jīng)去離子水洗滌3次，仍有氰根離子殘留在黃鐵礦表面，說(shuō)明氰根離子與黃鐵礦表面有很強(qiáng)的鍵合吸附作用。因此，從氰化浸渣中浮選黃鐵礦時(shí)，要選擇極性較強(qiáng)的有機(jī)藥劑為捕收劑。

3.3 黃鐵礦氰化吸附等溫模型

以3.1.1節(jié)吸附平衡后上清液中CN－的濃度Ce與對(duì)應(yīng)的吸附負(fù)載Γ的比值為縱坐標(biāo)、Ce為橫坐標(biāo)繪制黃鐵礦吸附CN－的動(dòng)力學(xué)曲線，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 Ce/Γ－Ce關(guān)系曲線

根據(jù)圖5擬合的黃鐵礦氰化吸附曲線方程為Ce/Γ = － 0.016 9+0.029 52 Ce，相關(guān)系數(shù) R=0.998 8，符合Langmuir吸附等溫模型。說(shuō)明黃鐵礦表面均一，各處的吸附能相同;這種吸附是單分子層的化學(xué)吸附，當(dāng)黃鐵礦表面的氰根離子飽和時(shí)，其吸附率達(dá)到最大值90.28%;黃鐵礦表面各吸附點(diǎn)間沒(méi)有氰根離子的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng);達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，吸附和脫附速度基本相等。

上述研究結(jié)果說(shuō)明，對(duì)于氰化礦物浮選，在選擇捕收劑時(shí)要充分考慮礦物表面性質(zhì)發(fā)生的變化，這對(duì)氰化黃鐵礦后續(xù)浮選的藥劑制度、浮選pH值等關(guān)鍵參數(shù)的選擇和確立有一定的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

(1)黃鐵礦對(duì)氰化鈉的吸附很快，5 g黃鐵礦吸附100 mL、24 mg/L的NaCN溶液，1 min即可達(dá)到吸附平衡，最大吸附率達(dá)到90.28%。

(2)氰化尾渣pH值通常為8～11，在該pH范圍內(nèi)，黃鐵礦對(duì)氰根離子的吸附效果波動(dòng)很小。

(3)紅外光譜分析結(jié)果表明，吸附過(guò)氰根離子的黃鐵礦顆粒經(jīng)去離子水洗滌3次仍有明顯的—C≡N弱伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明氰根離子與黃鐵礦有很強(qiáng)的鍵合吸附作用。

(4)擬合得到的黃鐵礦對(duì)氰根離子的吸附規(guī)律符合Langmuir等溫模型，表明黃鐵礦顆粒對(duì)氰根離子的吸附過(guò)程以單分子層化學(xué)吸附為主，這有助于開(kāi)展氰化后黃鐵礦的浮選研究。

［1］ 高 遠(yuǎn)，王繼民，吳 昊，等.氰化尾渣綜合利用研究［J］.材料研究與應(yīng)用，2010，4(2):156-160.

［2］ 高俊峰，李曉波.我國(guó)氰化尾渣的利用現(xiàn)狀［J］.礦業(yè)工程，2005，3(4):38-39.

［3］ 周東琴.某氰化尾渣中金的浮選回收試驗(yàn)研究［J］.有色礦冶，2009，25(1):15-17.

［4］ 楚憲峰，朱 磊，吳向陽(yáng)，等.氰化尾渣資源化應(yīng)用的清潔生產(chǎn)技術(shù)研究［J］. 環(huán)境科學(xué)研究，2008，21(6):72-74.

［5］ 朱 磊，康廣鳳，李淑芬，等.氰化尾渣多元素資源化回收技術(shù)研究［J］. 環(huán)境科技，2010，23(2):5-11.

［6］ 路明福，溫建波.氰化尾渣綜合回收工藝及實(shí)踐［J］.黃金，2010，31(10):52-54.

［7］ 徐承焱，孫春寶，莫曉蘭，等.某黃金冶煉廠氰化尾渣綜合利用研究［J］.金屬礦山，2008(12):148-151.

［8］ 何 敏，朱國(guó)才，蘭新哲，等.D296R陰離子交換樹(shù)脂吸附氰化物的物理化學(xué)研究［J］.金屬礦山，2004(12):62-65.

［9］ Polcik M，Kittel M，Hoeft J T，et al.Adsorption geometry of CN on Cu(III)and Cu(III)/O［J］.Surface Science，2004，563(6):159-168.

［10］ Chen Y，Chen J h.The first-principle study of the effect of lattice impurity on adsorption of CN on sphalerite surface［J］.Minerals Engineering，2010，23(5):676-684.