新型組合捕收劑強(qiáng)化毒砂浮選機(jī)理研究 *

楊 慧，王 振，Safarov Sayfidin，趙開樂

(1.西南科技大學(xué) 固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621010；2.塔吉克斯坦科學(xué)院 化學(xué)研究所，杜尚別 734063；3.中國地質(zhì)科學(xué)院 礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610042)

0 引言

柴達(dá)木盆地金礦儲量大，其有較大一部分金賦存于毒砂和黃鐵礦等硫化礦物中[1-2]。該種金礦為細(xì)粒蝕變型，載金礦物的嵌布粒度極細(xì)，90%小于30 μm。礦石中脈石礦物主要有云母、高嶺石、綠泥石等，這些礦物在磨浮流程中屬于易泥化礦物，此外主要的載金礦物毒砂是硫化礦物中可浮性較差的礦物，導(dǎo)致該地區(qū)金礦石比較難選。根據(jù)類似的硫化型細(xì)粒嵌布金礦石選礦研究的相關(guān)報道，高效捕收劑的研發(fā)是提高該類礦石金回收率的重要研究方向[3]。

在硫化型金礦浮選過程中，藥劑種類和礦漿pH對最終浮選指標(biāo)的影響很大[4]。由于毒砂礦物的可浮性差，該地區(qū)金礦選廠當(dāng)前流程中采用硫酸、硫酸銅等作為礦漿pH調(diào)整劑和活化劑，在酸性條件下以異戊黃藥為載金礦物的捕收劑，但礦石中金的回收率不甚理想；且目前流程中大量硫酸的使用會帶來環(huán)境污染、設(shè)備加速腐蝕、捕收劑分解或溶解消耗硫化礦產(chǎn)生硫化氫等問題[5]。

前人研究表明，多種捕收劑混合使用具有提高礦物回收率、降低總捕收劑用量的作用，這主要是利用了不同捕收劑分子之間的協(xié)同作用[6-7]。叔十二硫醇曾被用作硫化礦浮選捕收劑，但由于有惡臭味而使其應(yīng)用受到了限制；近年來，叔十二硫醇的同分異構(gòu)體——正十二烷基硫醇由于無臭、捕收能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被用于浮選中[8]。基于上述研究現(xiàn)狀，本文在前期工作的基礎(chǔ)上將正十二烷基硫醇和異戊黃藥混用作為一種新型載金礦物捕收劑，替代現(xiàn)場單獨(dú)使用的異戊黃藥，研究了堿性條件下其對毒砂礦物的捕收性能及機(jī)理，并且進(jìn)行了實(shí)際礦石的開路驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 試樣、藥劑與研究方法

1.1 試樣與藥劑

毒砂試樣采自青海某金礦，由其X射線衍射(XRD)分析結(jié)果(見圖1)可知，毒砂礦物純度超過了95%。試樣經(jīng)干磨后篩分獲得-43+26 μm和-26 μm粒級樣品，擬用于微浮選試驗(yàn)和機(jī)理測定。

圖1 毒砂試樣的XRD圖譜

試樣化學(xué)分析結(jié)果表明，該礦石的主要有價元素為Au(品位為4.48 g/t)，主要載金礦物為毒砂(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8%)和黃鐵礦(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%)，主要脈石礦物為石英(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.4%)和云母(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.5%)。

采用碳酸鈉和硫酸調(diào)整礦漿pH，以異戊黃藥(KAX)、正十二烷基硫醇(NDM)或其組合作為毒砂礦物捕收劑，以甲基異丁基甲醇(MIBC)作為起泡劑。實(shí)際礦石浮選試驗(yàn)中加入硫酸銅作為活化劑。微浮選試驗(yàn)和機(jī)理測定采用去離子水，而實(shí)際礦石浮選試驗(yàn)采用自來水。

1.2 研究方法

1.2.1 浮選試驗(yàn)

單礦物浮選試驗(yàn)在XFG掛槽浮選機(jī)中進(jìn)行，主軸轉(zhuǎn)速固定在1 920 r/min。每次稱取2.0 g單礦物放入60 mL浮選槽中，加適量蒸餾水，調(diào)漿2 min；調(diào)節(jié)pH至所需值后繼續(xù)攪拌2 min；加入捕收劑(若加入兩種捕收劑則間隔2 min)，攪拌3 min；浮選5 min后收集泡沫產(chǎn)品；泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品分別烘干、稱質(zhì)量，并計算回收率。在XFD-63浮選機(jī)(500 mL)中對實(shí)際礦石進(jìn)行小型浮選試驗(yàn)，以3 min為間隔，依次向浮選機(jī)中加入所需藥劑，每次浮選時間為5 min，對精礦和尾礦分別進(jìn)行過濾、干燥、稱質(zhì)量和分析。

1.2.2 接觸角測量

將大塊毒砂單礦物用切割機(jī)切割成小塊，再用砂紙打磨光滑，每次測量接觸角前用超聲波清洗15 min以除去可能存在的表面污染；將制備好的礦塊放入燒杯中，添加所需濃度的藥劑，并緩慢攪拌調(diào)漿5 min使藥劑發(fā)生作用；將作用后的礦塊取出，自然晾干后置于JGW型接觸角測定儀的測量平臺上，采用液滴法測量接觸角。

1.2.3 紅外光譜

-26 μm粒級礦物在瑪瑙研缽中研磨至-5 μm，取1 g放入燒杯中，添加所需濃度的藥劑，在磁力攪拌條件下處理15 min；過濾樣品，并用蒸餾水洗滌固體樣品3次；將洗滌后樣品在35 ℃下烘干，進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 礦物的微浮選

2.1.1 單一捕收劑體系

礦漿酸堿性和藥劑濃度對礦物的浮選行為有很大影響，因此研究了不同礦漿pH和捕收劑濃度下毒砂礦物的浮選行為，結(jié)果如圖2所示。

圖2 礦漿酸堿性和捕收劑濃度對毒砂礦物浮選回收率的影響

圖2(a)為在KAX和NDM濃度均為2×10-4mol/L的條件下，不同礦漿pH對毒砂礦物浮選回收率的影響結(jié)果。由圖2(a)可知，異戊黃藥對毒砂礦物的捕收能力略強(qiáng)于正十二烷基硫醇。在兩種捕收劑體系中，毒砂礦物的浮選回收率均隨著礦漿pH的增大而呈現(xiàn)下降的趨勢；當(dāng)?shù)V漿pH超過9之后，這種下降趨勢更為明顯，與其他硫化礦浮選的現(xiàn)象類似，這可能與強(qiáng)堿性條件下硫化礦物表面通過電化學(xué)反應(yīng)生成了親水的金屬氫氧化物有關(guān)[9]。在弱堿性條件下浮選，實(shí)踐上可以獲得較好的分選效果。因此選定礦漿pH為9進(jìn)行KAX和NDM兩種捕收劑濃度對毒砂礦物浮選回收率的影響試驗(yàn)，結(jié)果見圖2(b)。由圖2(b)可知：兩種捕收劑對毒砂礦物隨濃度變化的捕收效果相似，在捕收劑濃度低于2×10-4mol/L時，浮選回收率均隨捕收劑濃度的增加而快速增加；當(dāng)超過此濃度后，回收率增加趨勢均不明顯。

2.1.2 組合捕收劑體系

無論是在氧化礦還是硫化礦的浮選中，組合使用兩種或者多種捕收劑，在合適的條件下均可以獲得強(qiáng)于一種捕收劑單獨(dú)使用的效果，這是由兩種捕收劑分子在礦物表面的協(xié)同作用引起的[10]。本文基于此原理，在原流程使用的單一捕收劑異戊黃藥體系中加入適量正十二烷基硫醇，以尋找最佳的協(xié)同條件，結(jié)果見圖3。

圖3 添加NDM對不同濃度KAX捕收能力的影響

由圖3可知：在不添加NDM時，兩種濃度KAX的毒砂礦物回收率分別為71.04%和56.27%；當(dāng)NDM濃度達(dá)到1×10-4～1.5×10-4mol/L 時，兩種藥劑的協(xié)同作用最大，此時毒砂礦物的回收率為80%左右；進(jìn)一步提高NDM濃度，捕收效果不再明顯，甚至有下降的趨勢；在NDM濃度高于1.5×10-4mol/L 時，相同的NDM濃度下，1×10-4mol/L和2×10-4mol/L異戊黃藥體系下毒砂礦物的回收率非常接近。可見NDM與KAX之間產(chǎn)生了某種協(xié)同作用，捕收效果大于單一捕收劑體系。

2.2 藥劑對毒砂礦物表面接觸角的影響

從浮選試驗(yàn)的結(jié)果來看，NDM的添加增強(qiáng)了KAX的捕收能力，這為在實(shí)際礦石浮選流程中使用NDM和KAX組合捕收劑提供了指導(dǎo)。通常，礦物浮選回收率的升高與其表面疏水性的增強(qiáng)存在正向關(guān)系[11]。因此在礦漿pH為9的情況下通過測量接觸角研究了不同藥劑條件下毒砂礦物表面的疏水性變化，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：純凈的毒砂礦物薄片表面的接觸角為42.39°，與文獻(xiàn)報道接近[12]，表明毒砂礦物天然疏水性一般；單獨(dú)使用濃度為1×10-4mol/L的KAX溶液后，毒砂礦物表面接觸角增大至56.87°；單獨(dú)使用濃度為5×10-5mol/L的NDM溶液后，毒砂礦物表面接觸角增大至51.73°；單獨(dú)使用濃度為2×10-4mol/L的KAX溶液后，毒砂礦物表面接觸角增大至64.36°，這與浮選中NDM捕收能力略弱于KAX、高濃度KAX捕收能力高于低濃度KAX的現(xiàn)象一致；濃度為5×10-5mol/L的NDM和濃度為1×10-4mol/L的KAX共同作用后，毒砂礦物表面接觸角為69.18°，大于單獨(dú)使用濃度為2×10-4mol/L的KAX后的毒砂礦物表面接觸角；同時使用濃度為1×10-5mol/L的NDM和濃度為1×10-4mol/L的KAX后，毒砂礦物表面接觸角最大，為76.24°，較好地印證了浮選試驗(yàn)的結(jié)果。正是由于在不同的藥劑體系中，毒砂礦物表面的親疏水性不同使得其具有不同的浮選行為。

1-純凈礦物; 2-1×10-4 mol/L KAX;3-5×10-5 mol/L NDM;4-2×10-4 mol/L KAX;5-1×10-4 mol/L KAX+5×10-5 mol/L NDM;6-1×10-5 mol/L KAX+1×10-5 mol/L NDM。圖4 藥劑濃度對毒砂礦物表面接觸角的影響

2.3 紅外光譜分析

從浮選試驗(yàn)和接觸角測定的結(jié)果可知，組合使用NDM和KAX可在總濃度較小的條件下獲得比單獨(dú)使用KAX更高的對毒砂礦物的浮選性能，這是由于組合藥劑體系可使毒砂礦物表面的疏水性更好。為了查明組合藥劑體系使毒砂礦物表面具有更好疏水性的機(jī)制，進(jìn)行了紅外光譜檢測，結(jié)果如圖5所示。

圖5 藥劑作用前后毒砂礦物表面的紅外光譜圖

由圖5可知：毒砂礦物表面在1 045 cm-1和1 633 cm-1處有較明顯的特征峰；當(dāng)其與NDM作用后,在2 926 cm-1和2 855 cm-1處出現(xiàn)了CH3/CH2的特征峰，分別對應(yīng)NDM中的C—H鍵的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，表明NDM分子吸附在了毒砂表面，此外在2 582 cm-1處還出現(xiàn)了NDM中S—H鍵的伸縮振動特征峰[13]；當(dāng)毒砂與KAX作用之后，表面同樣出現(xiàn)了對應(yīng)烴鏈的特征吸收峰，不同的是在1 091 cm-1處出現(xiàn)了黃藥分子中的C=S伸縮振動特征峰[14-15]，其中烴鏈的特征峰相比NDM作用后的毒砂要更加明顯，表明其吸附作用要強(qiáng)于NDM，與浮選結(jié)果一致；在組合使用NDM和KAX后，毒砂礦物表面出現(xiàn)了C=S特征峰、S—H特征峰和更強(qiáng)的烴鏈中的 CH3/CH2特征峰，表明混合體系中兩種藥劑均能吸附在毒砂礦物表面，且相比單一體系吸附作用更強(qiáng)。

2.4 礦石粗選驗(yàn)證試驗(yàn)

通過圖6所示的粗選試驗(yàn)流程考查了兩種藥劑體系在不同條件下對實(shí)際礦石的富集效果，結(jié)果見表1。

圖6 實(shí)際礦石粗選開路流程

表1 實(shí)際礦石粗選試驗(yàn)結(jié)果對比

由表1可知：在pH為 9.0的條件下，單獨(dú)使用KAX獲得的粗精礦中Au回收率僅為65.31%，精礦產(chǎn)率也較小，表明還有較多的載金礦物未上??；而在同樣的捕收劑及其用量下，用現(xiàn)場使用的酸性條件獲得的粗精礦Au回收率達(dá)到了87.04%，這是因?yàn)樗嵝匀芤呵逑戳溯d金礦物表面，從而使捕收劑的捕收效果更好，而且捕收劑可能在載金礦物表面通過電化學(xué)反應(yīng)生成了疏水性物質(zhì)[16-18]，但是pH 為4.0的酸性條件在實(shí)踐中會帶來設(shè)備腐蝕、硫化礦溶解等問題；在pH 為9.0的弱堿性條件下，采用新型NDM+KAX混合捕收劑體系，可在總捕收劑用量相對較低的條件下,利用協(xié)同作用[19-20]獲得Au回收率為92.44%的金粗精礦，為新型捕收劑體系下通過閉路流程獲得更高品質(zhì)的金精礦奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

a.在異戊黃藥體系中添加適量的正十二烷基硫醇，礦物的浮選能力略強(qiáng)于單獨(dú)使用正十二烷基硫醇，可以在總捕收劑用量較低的情況下獲得更高的毒砂礦物回收率，表明兩種藥劑之間具有一定的協(xié)同作用。

b.毒砂礦物的天然疏水性較差，通過異戊黃藥、正十二烷基硫醇的作用均可大幅提升其疏水性，這是異戊黃藥、正十二烷基硫醇捕收毒砂礦物的原因；通過二者的共同作用，可使毒砂礦物表面的疏水性優(yōu)于使用單獨(dú)藥劑的疏水性；兩種藥劑改善礦物表面疏水性的原因是其均可在毒砂礦物表面發(fā)生吸附，而混合捕收劑體系下藥劑的吸附量更大。

c.針對原礦金品位為4.48 g/t的金礦石，通過混合捕收劑NDM+KAX體系可以在pH為 9的弱堿性條件下，以較低的總捕收劑用量獲得金回收率為92.44%的指標(biāo)，優(yōu)于酸性條件下單一異戊黃藥體系的選別效果。