微波預處理對銅鉬硫化礦海水浮選的影響機理
2020-03-30
隨著淡水資源的日益匱乏,越來越多的選礦廠利用海水進行礦物浮選分離。黃銅礦和輝鉬礦分別是 主要的含銅和含鉬礦物,常伴生在一起,通常通過添加浮選藥劑達到銅鉬分離的目的。但是,含浮選藥劑的溶液后 期處理困難,且排放后會造成環境污染。而利用微波對礦物進行處理,可以改變礦物表面性質,促進浮選分離。但 微波對黃銅礦和輝鉬礦浮選的影響機理尚不明確。分別對純水、海水中微波預處理的黃銅礦和輝鉬礦進行了浮選 試驗、接觸角測試、紅外光譜分析以及 SEM 分析。
Series No. 524 February 2020 金 屬 METAL MINE 礦 山 總第 524 期 2020 年第 2 期 微波預處理對銅鉬硫化礦海水浮選的影響機理 王志杰 李育彪 王洪鐸 姚怡倫 曾牧源1 (武漢理工大學資源與環境工程學院,湖北 武漢 430070) 摘 要 隨著淡水資源的日益匱乏,越來越多的選礦廠利用海水進行礦物浮選分離。黃銅礦和輝鉬礦分別是 主要的含銅和含鉬礦物,常伴生在一起,通常通過添加浮選藥劑達到銅鉬分離的目的。但是,含浮選藥劑的溶液后 期處理困難,且排放后會造成環境污染。而利用微波對礦物進行處理,可以改變礦物表面性質,促進浮選分離。但 微波對黃銅礦和輝鉬礦浮選的影響機理尚不明確。分別對純水、海水中微波預處理的黃銅礦和輝鉬礦進行了浮選 試驗、接觸角測試、紅外光譜分析以及 SEM 分析。結果表明:純水、海水條件下微波預處理均會促進黃銅礦氧化, 降低其可浮性;而微波預處理對輝鉬礦浮選影響不顯著。接觸角測試結果表明:純水條件下,延長微波處理時間會 降低黃銅礦表面接觸角,但輝鉬礦接觸角無顯著變化;海水條件下,微波處理時間的延長也會導致黃銅礦接觸角下 降,但輝鉬礦表面接觸角增加。紅外光譜分析結果表明:黃銅礦經微波處理后被氧化,生成鐵的氧化物以及硫酸 鹽,導致黃銅礦表面親水;輝鉬礦經微波處理后,表面親水的 Mg(OH)2 被去除,輝鉬礦疏水性提高。SEM 分析結果 表明:微波處理后會促進黃銅礦氧化,生成物可能為鐵的氧化物和硫酸鹽;微波處理對輝鉬礦氧化作用不顯著,對 其表面親水的 Mg(OH)2 有去除作用。 關鍵詞 黃銅礦 輝鉬礦 浮選 海水 微波預處理 中圖分類號 TD923 文獻標志碼 A 文章編號 1001-1250(2020)-02-019-05 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.202002004 Effect of Microwave Pretreatment on Cu-Mo Sulfide Mineral Flotation in Sea Water 2 Wang Zhijie Li Yubiao Wang Hongduo Yao Yilun Zeng Muyuan ( School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China) Abstract With the shortage of fresh water,increasing concentrators apply sea water for mineral flotation separation. Chalcopyrite and molybdenite,as the most important Cu and Mo sulfide ore,are usually separated by adding flotation re agents,via inhibiting chalcopyrite and floating molybdenite. However,the addition of reagents may toughen the latter process ing unit and threaten the surrounding environmental systems. Treating mineral using microwave can change the surface proper ties,thereby promoting mineral separation. However,the effects of microwave on chalcopyrite and molybdenite are unclear. Flotation experiment,contact angle,FTIR and SEM analyses were conducted to reveal the effect of microwave on chalcopy rite and molybdenite in sea water and pure water. The results showed that the oxidation of chalcopyrite was enhanced in both sea water and pure water,thereby reducing its floatability. However microwave affected molybdenite flotation recovery insigni ficantly. The results showed that the contact angle of chalcopyrite decreased by extending the microwave time in sea water and pure water,but the contact angle of molybdenite was insignificantly changed in pure water and even increased in sea water. The FTIR results showed that chalcopyrite was oxidized after microwave treatment,resulting in the formation of iron oxides and sulfates,which are hydrophilic. The hydrophilic Mg(OH) on the surface of molybdenite was removed after microwave 2 treatment,so the hydrophobicity of molybdenite was improved. The SEM results showed that after microwave treatment,chal copyrite oxidation was promoted,possibly producing iron oxides and sulfates. Molybdenite was not significantly oxidized after microwave treatment,but hydrophilic Mg(OH) was removed from its surface. 2 Keywords Chalcopyrite,Molybdenite,Flotation,Sea water,Microwave pretreatment [1] 和鉬的主要賦存礦物 。2 種礦物常伴生在一起,通 黃銅礦和輝鉬礦是 2種典型的硫化礦,分別是銅 基收金稿項日期目 國201家9自-1然2-科25學基金項目(編號:51974215,51604205,51774223),武漢理工大學本科生自主創新基金項目(編號:2019-ZH-A1-02)。 作者簡介 王志杰(1995—),男,碩士研究生。通訊作者 李育彪(1985—),男,教授,博士,博士研究生導師。 · 19 · 總第524期 金 屬 礦 山 2020年第2期 [ 2] 常采用浮選法進行分離 。由于許多礦區分布在淡 水資源匱乏的沿海地區,海水成為具有應用前景的 水源,且許多沿海國家已經開始用海水代替淡水進 果可知,礦樣純度較高,經激光粒度儀測定,礦樣中 值粒徑d50=82.64 μm。 [3] 行礦物浮選分離 。 在銅鉬礦浮選分離過程中,抑銅浮鉬工藝較常 [2] 見,且能獲得較好的銅精礦和鉬精礦 。抑銅浮鉬工 [4] 藝通常有 2 種,分別是化學藥劑法和加熱法 ;瘜W 藥劑法是通過添加大量抑制劑來增加 2 種礦物的表 [5] 面性質差異,從而實現銅鉬分離 。然而,添加藥劑 [6] 會導致選礦成本增加、環境污染等問題 。因此,研 究綠色、低成本的方法勢在必行。加熱法作為一種 抑銅浮鉬的輔助工藝,可以降低黃銅礦的可浮性,但 根據參考文獻[10]配制模擬海水,模擬海水中 各離子濃度如表 2所示。 [4] 對輝鉬礦表面疏水性影響較小 。與傳統加熱方式 相比,微波加熱具有選擇性、即時性和節能高效等特 點,正日益引起人們的重視,被廣泛應用于干燥、浮 [7] [8] 選、焙燒等領域 。Silva 研究了微波處理對浮選工 藝的影響,結果表明,微波降低了黃銅礦和磁黃鐵礦 的可浮性,而鎳黃鐵礦的可浮性沒有顯著變化。與 輝鉬礦相比,黃銅礦更易被氧化。Tsuyoshi Hirajima 1 . 2 試驗方法 分別向25 mL純水(或模擬海水)中加入0.25 g礦 [9] 的研究表明 ,黃銅礦表面氧化會產生親水性物質, 抑制其浮選。 樣(黃銅礦或輝鉬礦)。采用磁力攪拌,并使用 NaOH 溶液調節 pH 為 10,攪拌 6 min。隨后,移入 MAS-Ⅱ PLUS 型常壓微波反應工作站中進行微波預處理,然 后將礦漿移入浮選槽中浮選。浮選試驗采用 XFG-Ⅱ 型機械攪拌式浮選機,轉速 1 200 r/min,充氣量為 0.1 L/min,浮選時間為 10 min。浮選后精礦和尾礦經真 空冷凍干燥機干燥、電子天平稱量后,計算精礦回收 率。所得礦樣于干燥皿中保存,留待測試。 到目前為止,微波預處理對黃銅礦和輝鉬礦在 海水中浮選效果的影響及其機理尚不明確。本文通 過浮選試驗,接觸角測試、紅外光譜測試、掃描電子 顯微鏡等測試方法分別研究了微波預處理對黃銅礦 和輝鉬礦海水浮選的影響機理。 1 試驗材料與方法 1 . 1 試驗原料 2 2 試驗結果與討論 黃銅礦原礦購買自澳大利亞,輝鉬礦原礦購買 . 1 微波功率對黃銅礦、輝鉬礦可浮性的影響 試驗研究了微波功率對黃銅礦、輝鉬礦浮選回 自中國廣西省桂林市。將原礦破碎后,手工挑選富 礦塊,經磨礦后,濕篩篩分。在乙醇溶液中超聲清洗 去除細粒后,真空干燥,冷凍保存備用。礦樣化學分 析結果如表 1 所示,黃銅礦中 Cu、Fe 和 S 元素的總含 量達到了 99.85%,輝鉬礦中元素 Mo 和 S 元素總含量 為95.3%。 收率的影響(微波作用時間為 10 min),試驗結果如圖 2所示。 礦樣 XRD 圖譜如圖 1 所示。黃銅礦礦樣只有黃 銅礦衍射峰,結合化學分析結果可知,礦樣純度較 高,經激光粒度儀測定,礦樣中值粒徑 d50=76.30 μm。 輝鉬礦礦樣中只有輝鉬礦衍射峰,結合化學分析結 由圖 2 可知:純水條件下,隨著微波功率從 0 增 · 20 · 王志杰等:微波預處理對銅鉬硫化礦海水浮選的影響機理 2020年第2期 加 至 900 W,黃 銅 礦 浮 選 回 收 率 從 84.8% 降 低 至 5 2.3%,但是,輝鉬礦浮選回收率無明顯變化;海水條 件下,隨著微波功率從 0 增加至 900 W,黃銅礦浮選 回收率從 72.6% 下降至 12.2%,表明海水中微波預處 理抑制黃銅礦浮選,而隨著微波功率的增加,輝鉬礦 浮選回收率從 60.1% 增加至 82.6%,表明微波預處理 增加了海水中輝鉬礦的可浮性。此外,海水條件下 未進行微波處理時,2 種礦物的浮選回收率均低于純 水條件,這是由于海水中黃銅礦、輝鉬礦表面均存在 [11] 親水的Mg(OH)2沉淀,降低了其可浮性 。 由于微波功率為 900 W 時,黃銅礦受到抑制效果 最強,黃銅礦和輝鉬礦可浮性差異最大,因此,后續 試驗選擇微波功率為 900 W。 銅礦接觸角先降低后小幅提高,但輝鉬礦接觸角無顯 著變化;海水條件下,微波處理時間的延長也會導致 黃銅礦接觸角下降,但輝鉬礦接觸角會增加。2 種礦 物接觸角的變化趨勢與浮選回收率一致,表明礦物表 面潤濕性的變化是浮選回收率變化的主要原因。 微波處理后,黃銅礦回收率下降,可能是黃銅礦 表面被氧化,生成了親水性物質。海水中包含大量 2 . 2 微波處理時間對黃銅礦、輝鉬礦可浮性的影響 圖 3所示為微波處理時間對黃銅礦、輝鉬礦浮選 回收率的影響(微波功率為900 W)。 [12] 氯離子,王新宇研究表明 ,氯離子可以提高黃銅礦 表面氧化還原電位,促進黃銅礦表面被氧化。文獻 [ 4]表明,在溫度小于 600 ℃時,輝鉬礦不易被氧化, 可浮性通常不變。純水中,輝鉬礦由于不易被氧化, 所以表面性質不發生顯著變化。海水中,由于輝鉬 [11] 礦表面覆蓋有少量 Mg(OH)2 等親水性沉淀 ,導致 輝鉬礦浮選回收率比純水中低,微波處理 2 min,輝鉬 礦表面接觸角比未處理大,之后繼續延長微波處理 時間,輝鉬礦接觸角保持不變,且略小于純水中的接 觸角,可能是微波預處理減小了 Mg(OH)2 對輝鉬礦 浮選的抑制效果。 由圖 3可知:海水條件下,經微波處理 10 min 后, 黃銅礦浮選回收率從 72.6% 降低至 12.2%,表明隨著 微波處理時間的延長,黃銅礦浮選回收率顯著下降, 而對于輝鉬礦,微波處理 2 min 后,浮選回收率從 2 . 4 紅外光譜分析 為了探究微波對黃銅礦和輝鉬礦表面性質的影 6 0.1 %增加至 80.4 %,繼續延長微波作用時間,輝鉬 響機理,對海水中微波處理的礦物進行紅外光譜分 析,結果如圖5所示。 礦浮選回收率無明顯變化;純水中,微波處理 2 min 后,黃銅礦浮選回收率從 84.8% 降低至 52.4%,繼續 延長微波處理時間,黃銅礦浮選回收率小幅提高,而 微波預處理對輝鉬礦浮選回收率無明顯影響。因 此,海水條件下,微波預處理有利于提高輝鉬礦可浮 性,但是長時間處理并不能持續增加輝鉬礦浮選回 收率。 2 . 3 微波處理時間對黃銅礦和輝鉬礦表面潤濕性 的影響 為探究微波處理對黃銅礦、輝鉬礦浮選的影響 機理,對不同微波處理時間下黃銅礦和輝鉬礦表面 潤濕性進行了試驗測試,結果如圖4所示。 由圖 4 可知:純水條件下,延長微波處理時間黃 · 21 · 總第524期 金 屬 礦 山 2020年第2期 - 1 從圖 5 可以看出:1 635 和 3 434 cm 附近分別對 [1] 3 總 結 應水分子的彎曲振動和伸縮振動 ,未處理黃銅礦紅 外光譜中 1 085、1 036 cm 處峰為 SO - 的吸收峰,可 (1)純水、海水條件下微波作用功率和時間的增 加對黃銅礦浮選起抑制作用,主要是由于微波處理 使黃銅礦表面氧化,降低了其可浮性。 2 - 1 4 能是由于原礦部分氧化導致;微波處理后黃銅礦紅 - 1 外光譜于 1 050、1 464 和 1 398 cm 處出現了 Fe—O (2)純水條件下,微波處理對輝鉬礦浮選影響不 顯著。海水條件下,微波處理能促進輝鉬礦浮選,這 是因為輝鉬礦不易被氧化,且微波處理去除了輝鉬 礦表面的 Mg(OH)2 以及其它親水物質,使輝鉬礦可 浮性增強。 - 1 吸收峰,1 166 和 1 101 cm 處出現了水合硫酸亞鐵 峰,說明黃銅礦經微波處理后被氧化,生成鐵的氧化 物以及硫酸鹽,導致黃銅礦表面親水;對于輝鉬礦, - 1 微波處理前 3 700 cm 處出現的峰為 Mg(OH)2 晶體中 O—H 伸縮振動吸收峰,表明微波處理前輝鉬礦表面 - 1 覆蓋有 Mg(OH)2,微波處理 10 min 后,3 700 cm 處峰 消失,且沒有出現新的峰,說明微波處理去除了輝鉬 礦表面親水的 Mg(OH)2,增加了輝鉬礦表面疏水性。 紅外光譜分析結果與浮選試驗及接觸角測試結果一 致。 參 考 文 獻 [ 1] 鄭錫聯 . 新型抑制劑在銅鉬分離中的試驗研究[D]. 贛州: 江西 理工大學,2012. 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