夏忠勇 宋永勝 李文娟 陳 勇

(北京有色金屬研究總院)

電位調(diào)控浮選是今后浮選技術(shù)的發(fā)展方向之一，其中的原生電位浮選(Origin Potential Flotation，OPF)工藝自提出后在國內(nèi)多家礦山獲得了很好的應(yīng)用效果，顯示出了電位調(diào)控浮選技術(shù)的巨大價(jià)值［1-2］。

我國西部高原地區(qū)鉛鋅礦資源儲(chǔ)量大，但大多地處偏遠(yuǎn)，缺水缺電，生態(tài)脆弱。目前這些鉛鋅礦資源大都采用傳統(tǒng)浮選工藝處理，生產(chǎn)成本高，對(duì)環(huán)境污染重，伴生有益元素綜合回收程度低。OPF工藝具有選擇性好、回收率高、成本低、對(duì)環(huán)境污染小、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，很適合在高原地區(qū)推廣應(yīng)用。

高原地區(qū)空氣稀薄，氧含量低，而氧作為硫化礦物表面氧化－還原反應(yīng)不可缺少的一部分，對(duì)電化學(xué)調(diào)控浮選意義重大。因此，研究高海拔條件下鉛鋅硫化礦物的浮選電化學(xué)行為，對(duì)OPF技術(shù)在高原地區(qū)的推廣和應(yīng)用具有重要作用。

本研究考察高原環(huán)境中方鉛礦、閃鋅礦單礦物在不同pH下分別以瑪瑙球和鋼球?yàn)槟サV介質(zhì)時(shí)的原生礦漿電位、可浮性以及兩種單礦物的人工混合礦在適宜pH下分別以瑪瑙球和鋼球?yàn)槟サV介質(zhì)時(shí)的原生電位浮選分離效果，并與平原地區(qū)進(jìn)行對(duì)比，為OPF工藝在高原地區(qū)鉛鋅礦山的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試樣和藥劑

將取自青海錫鐵山鉛鋅礦的方鉛礦、閃鋅礦樣品破碎至－0.5 mm，手選除雜后作為單礦物試樣。經(jīng)化學(xué)分析，方鉛礦、閃鋅礦單礦物試樣的純度分別為94.9%，95.5%，其中閃鋅礦含鐵11.3%，為鐵閃鋅礦。

人工混合礦試樣由兩種單礦物試樣按1∶1的質(zhì)量比配成。

試驗(yàn)所用藥劑包括緩沖溶液用試劑 NaAC、 HAC、Na2HPO4、KH2PO4、NaHCO3、NaOH、KCl，捕收劑乙硫氮［3］，起泡劑丁基醚醇。除丁基醚醇為工業(yè)級(jí)外，其余藥劑均為分析純。

試驗(yàn)用水為用一次蒸餾水預(yù)先配制的pH緩沖溶液。緩沖溶液的配方如表1所示。

表1 緩沖溶液配方

2 試驗(yàn)方法

在高原地區(qū)的試驗(yàn)地點(diǎn)是海拔3 100 m的錫鐵山鉛鋅礦，在平原地區(qū)的試驗(yàn)地點(diǎn)是海拔61 m的北京有色金屬研究總院。

每次試驗(yàn)稱取單礦物試樣或人工混合礦試樣4 g，與12 mL某種緩沖溶液一起裝入80 mm×100 mm瓷磨罐，加入280 g瑪瑙球或650 g鋼球(20、15、10 mm 3種球，質(zhì)量比為4∶3∶2)，于XMQ－240×90錐形球磨機(jī)上磨至試樣細(xì)度為－200目占80%，迅速倒出礦漿，用梅特勒電位－pH計(jì)配L501 ORP電極測其原生電位(均換算成標(biāo)準(zhǔn)氫電位)。測完電位后用相同的緩沖溶液將礦漿沖入40 mL掛槽式浮選機(jī)，加捕收劑乙硫氮10－4mol/L攪拌3 min，加起泡劑丁基醚醇10 mg/L攪拌1 min，浮選4 min。浮選完畢后將產(chǎn)品過濾、烘干、稱質(zhì)量、化驗(yàn)(單礦物試驗(yàn)不化驗(yàn))，計(jì)算礦物回收率(單礦物試驗(yàn))或金屬回收率(人工混合礦試驗(yàn))。

3 單礦物試驗(yàn)

3.1 瑪瑙球磨礦單礦物試驗(yàn)

圖1、圖2分別為瑪瑙球磨礦時(shí)，方鉛礦的原生礦漿電位和回收率隨pH的變化。

由圖1、圖2可知，用瑪瑙球磨礦時(shí)，無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，方鉛礦的原生礦漿電位均隨著pH的提高而不斷下降，而方鉛礦的回收率均一直保持在高位，受pH的影響都很小。此外還可以看出，瑪瑙球磨礦條件下，方鉛礦在高原地區(qū)的原生礦漿電位始終低于在平原地區(qū)的礦漿電位，在高原地區(qū)的回收率則始終高于在平原地區(qū)的回收率。

圖1 瑪瑙球磨礦時(shí)方鉛礦原生礦漿電位隨pH的變化

圖2 瑪瑙球磨礦時(shí)方鉛礦回收率隨pH的變化

圖3、圖4分別為瑪瑙球磨礦時(shí)，閃鋅礦的原生礦漿電位和回收率隨pH的變化。

由圖3、圖4可知，用瑪瑙球磨礦時(shí)，無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，閃鋅礦的原生礦漿電位和回收率都隨著pH的提高而不斷下降，其中閃鋅礦的回收率在pH達(dá)到6.66后分別降到了13%和22%以下。此外還可以看出，瑪瑙球磨礦條件下，閃鋅礦在高原地區(qū)的原生礦漿電位和回收率都始終比在平原地區(qū)時(shí)低。

圖3 瑪瑙球磨礦時(shí)閃鋅礦原生礦漿電位隨pH的變化

圖4 瑪瑙球磨礦時(shí)閃鋅礦回收率隨pH的變化

對(duì)比圖2和圖4可知，用瑪瑙球磨礦時(shí)，在pH=12.98條件下，方鉛礦和閃鋅礦的可浮性差異最顯著，而高原環(huán)境可使兩者的可浮性差異進(jìn)一步加大——平原環(huán)境中方鉛礦的回收率為91.39%，閃鋅礦的回收率為6.32%，兩者相差85.07個(gè)百分點(diǎn)，而高原環(huán)境中方鉛礦的回收率為95.63%，閃鋅礦的回收率為3.66%，兩者差距增大到91.97個(gè)百分點(diǎn)。因此，用瑪瑙球磨礦時(shí)，控制pH為12.98可使方鉛礦和閃鋅礦實(shí)現(xiàn)良好的原生電位浮選分離，且高原環(huán)境中兩者的分離效果將更好。

3.2 鋼球磨礦單礦物試驗(yàn)

用鋼球磨礦時(shí)，鋼球會(huì)與其他物體摩擦產(chǎn)生鐵屑、Fe2+，從而影響礦漿的原生電位和浮選效果［4］。在堿性條件下，產(chǎn)生的鐵離子將形成親水的鐵的氫氧化物，也會(huì)對(duì)浮選造成影響。

圖5、圖6分別為鋼球磨礦時(shí)，方鉛礦的原生礦漿電位和回收率隨pH的變化。

由圖5、圖6可知，用鋼球磨礦時(shí)，無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，方鉛礦的原生礦漿電位和回收率都隨著pH的提高而先上升后下降，其中原生礦漿電位都在pH=6.66時(shí)達(dá)到最高值，回收率則都在pH=11.20時(shí)回收率達(dá)到最高值。此外還可以看出，鋼球磨礦條件下，方鉛礦在高原地區(qū)的原生礦漿電位始終低于在平原地區(qū)的礦漿電位，在高原地區(qū)的回收率則始終高于在平原地區(qū)的回收率。

圖5 鋼球磨礦時(shí)方鉛礦原生礦漿電位隨pH的變化

圖6 鋼球磨礦時(shí)方鉛礦回收率隨pH的變化

圖7、圖8分別為鋼球磨礦時(shí)，閃鋅礦的原生礦漿電位和回收率隨pH的變化。

圖7 鋼球磨礦時(shí)閃鋅礦礦漿電位隨pH的變化

圖8 鋼球磨礦時(shí)閃鋅礦回收率隨pH的變化

由圖7、圖8可知，用鋼球磨礦時(shí)，無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，隨著pH的提高，閃鋅礦的原生礦漿電位都先上升后下降，并都在pH=6.66時(shí)達(dá)到最高值，而閃鋅礦的回收率則在起初就分別只有40.73%和30.21%的基礎(chǔ)上總體呈不斷下降趨勢，并都分別在pH=6.66和pH=12.98時(shí)降到次低值和最低值。此外還可以看出，鋼球磨礦條件下，除pH=4.46時(shí)閃鋅礦在高原環(huán)境中的回收率比在平原環(huán)境中的高外，pH為其他值時(shí)閃鋅礦在高原環(huán)境中的原生礦漿電位和回收率都比在平原環(huán)境中的低。

對(duì)比圖6和圖8可知，用鋼球磨礦時(shí)，在pH= 11.20條件下，方鉛礦和閃鋅礦在平原環(huán)境中的回收率差距可達(dá)74.05個(gè)百分點(diǎn)(前者為90.42%，后者為16.37%)，而高原環(huán)境可使兩者的差距進(jìn)一步增大到84.07個(gè)百分點(diǎn)(前者為95.27%，后者為11.20%)。因此，用鋼球磨礦時(shí)，控制pH為11.20可使方鉛礦和閃鋅礦實(shí)現(xiàn)良好的原生電位浮選分離，且高原環(huán)境中兩者的分離效果將更好。

另外，將鋼球磨礦的單礦物試驗(yàn)結(jié)果與瑪瑙球磨礦的單礦物試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較可知，無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，鋼球磨礦時(shí)由于鐵離子會(huì)干擾原生礦漿電位，因而方鉛礦、閃鋅礦原生電位浮選分離的效果都比瑪瑙球磨礦時(shí)差。

4 人工混合礦原生電位浮選分離試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)單礦物試驗(yàn)結(jié)果的分析，在乙硫氮用量為10－4mol/L、丁基醚醇用量為10 mg/L、瑪瑙球磨礦時(shí)pH=12.98、鋼球磨礦時(shí)pH=11.20的條件下對(duì)方鉛礦和閃鋅礦的人工混合礦試樣進(jìn)行原生電位浮選分離，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出:在同樣的pH條件下，高原地區(qū)的原生礦漿電位都比平原地區(qū)的低，相應(yīng)地，分離效果都明顯比平原地區(qū)的好;在同樣的海拔條件下，鋼球磨礦時(shí)由于鐵離子的干擾，分離效果都明顯比瑪瑙球磨礦時(shí)的差。這很好地驗(yàn)證了對(duì)單礦物試驗(yàn)結(jié)果的分析結(jié)論。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，在高原地區(qū)分選鉛鋅礦石時(shí)，可以充分利用原生電位浮選技術(shù)優(yōu)先浮出方鉛礦，然后用硫酸銅活化可浮性較差的閃鋅礦使其得到回收。

5 結(jié)論

(1)無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，方鉛礦和閃鋅礦的原生礦漿電位在用瑪瑙球磨礦時(shí)均隨著pH的提高而不斷下降，在用鋼球磨礦時(shí)則均隨著pH的提高先上升后下降。

(2)無論是用瑪瑙球作為磨礦介質(zhì)還是用鋼球作為磨礦介質(zhì)，不同pH下方鉛礦和閃鋅礦在高原環(huán)境中的原生礦漿電位都始終低于在平原環(huán)境中的原生礦漿電位。

(3)無論是在高原地區(qū)還是在平原地區(qū)，方鉛礦的回收率在用瑪瑙球磨礦時(shí)受pH的影響都很小且一直保持在高位，在用鋼球磨礦時(shí)則都隨著pH的提高先上升后下降，而閃鋅礦的回收率在用瑪瑙球和鋼球磨礦時(shí)都隨著pH的提高呈不斷下降趨勢。

(4)無論是用瑪瑙球作為磨礦介質(zhì)還是用鋼球作為磨礦介質(zhì)，不同pH下方鉛礦在高原環(huán)境中的回收率都始終高于在平原環(huán)境中的回收率，閃鋅礦的回收率則恰好相反。

(5)以上規(guī)律表明，通過控制礦漿pH可以有效實(shí)現(xiàn)方鉛礦和閃鋅礦的原生電位浮選分離，并且用瑪瑙球作為磨礦介質(zhì)的分離效果要優(yōu)于用鋼球作為磨礦介質(zhì)時(shí)的分離效果，而高原環(huán)境將使分離效果比平原環(huán)境中更佳。方鉛礦和閃鋅礦人工混合礦樣的原生電位浮選分離試驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。

［1］ 覃文慶，姚國成，顧幗華，等.硫化礦物的浮選電化學(xué)與浮選行為［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2011，21(10):2673-2676.

［2］ 顧幗華，胡岳華，徐 競，等.方鉛礦原生電位浮選及應(yīng)用［J］.礦冶工程，2002，22(4):30-32.

［3］ 顧幗華.硫化礦在磨礦—浮選礦漿中的氧化－還原反應(yīng)與原生電位浮選［D］.長沙:中南大學(xué)，1998.

［4］ 李文娟，宋永勝，姚國成.鉛鋅鐵硫化礦磨礦過程中的礦漿電位［J］.有色金屬，2009，61(4):106-107.