新型抑制劑y-As在硫砷分離中的抑制機理研究及工業(yè)應(yīng)用

葉 超, 嚴(yán)偉平

(1.鷹潭市九一二地質(zhì)大隊， 江西 鷹潭 335413； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所， 四川 成都 610041)

1 前言

抑制劑作用是指破壞或削弱礦物對捕收劑的吸附，增強礦物表面的親水性，從而降低礦物可浮性的作用。近年來，巰基化合物捕收劑在硫化礦表面的電化學(xué)機理研究表明：硫化礦與捕收劑的作用為電化學(xué)反應(yīng)，在不同的硫化礦- 捕收劑礦漿體系中，巰基化合物捕收劑與硫化礦物作用將出現(xiàn)不同的產(chǎn)物，其遵循平衡電位小的陽極反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生原則。毒砂屬黃鐵礦類礦物，研究測試表明，毒砂晶體存在[FeS]與[AsS]兩種化學(xué)鍵，其中[FeS]鍵與黃鐵礦表面存在的[FeS]鍵構(gòu)造相似，在用一些常用的捕收劑選擇性分離硫砷時得不到好的分選效果。另一方面，在面對硫砷分離問題上致力于研究開發(fā)一些新型的有效抑制劑，以此來擴大毒砂與黃鐵礦的可浮性差別。目前，常用的毒砂抑制劑有石灰、碳酸鈉、氫氧化鈉、高錳酸鉀、漂白粉與氰化物等，但是這些抑制劑的工業(yè)應(yīng)用都有苛刻的條件，或是分離區(qū)間狹窄，或是藥劑穩(wěn)定性不好等，給硫砷分離帶來了很大的困難。

本文通過多組黃鐵礦、毒砂的單礦物及人工混合礦試驗，以y-As為毒砂抑制劑，發(fā)現(xiàn)在一定的pH值范圍內(nèi)，通過y-As的作用可增大兩種礦物的可浮性差別，實現(xiàn)兩種礦物的浮選分離。同時，輔助紅外檢測及動電電位測試手段，初步探明了y-As的抑制機理：毒砂和黃鐵礦在y-As的作用下，其可浮性都有所下降，但隨著y-As的用量增加，毒砂的可浮性下降較快，而黃鐵礦受的影響較少；動電電位圖也顯示，毒砂在y-As的作用下其表面動電位變化大于黃鐵礦表面動電位的變化。 最后，根據(jù)實驗室小型試驗結(jié)果，在選礦廠實現(xiàn)了硫砷分離的工業(yè)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)y-As的工業(yè)應(yīng)用簡單，且效果明顯[1-2]。

2 礦樣制備及試驗條件

試驗所用的黃鐵礦(FeS2)和毒砂(FeAsS)均取自廣西大廠礦田92號礦體，通過人工揀選的方法挑選合格的黃鐵礦富礦和毒砂富礦，錘碎后在顯微鏡下進行人工揀選除雜，使用陶瓷球磨機進行細(xì)磨，經(jīng)過淘洗后，篩出-0.147+0.037 mm粒級的礦樣作為試驗礦樣。使用鹽酸(濃度1.0%)清洗礦樣，再用蒸餾水反復(fù)多次沖洗，待礦樣在室溫下晾干后裝入磨口廣口瓶，并蠟封貯存?zhèn)溆?。?jīng)化驗分析，黃鐵礦中硫品位為51.12%，即純度為95.60%；毒砂中砷品位為43.06%，即純度為93.60%，兩種礦物均滿足試驗要求。純礦物浮選試驗主要探究礦物在不同礦漿pH、不同抑制劑用量、不同捕收劑用量作用下單礦物與可浮性的關(guān)系。實驗流程：每次稱取單礦物5.0 g，添加適量的蒸餾水，用KQ- 100DV型數(shù)控超聲波清洗機洗礦15 min，待礦漿靜置分層后吸出上層懸浮液，用蒸餾水多次清洗后，在型號XFG- 76、規(guī)格為3～35 g掛槽式浮選機上進行試驗。單礦物的試驗流程如圖1所示，pH調(diào)整劑用HCl或NaOH，抑制劑用y-As，捕收劑為丁基黃藥。

圖1 單礦物試驗流程圖

單礦物浮選判據(jù)為

式中:R——回收率；

m1、m2——分別為泡沫產(chǎn)品和槽內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量。

人工混合礦是以目前車河選礦廠處理礦石中黃鐵礦/毒砂的比值3.715配礦，每次混合礦用量仍為5.0 g，即黃鐵礦3.94 g和毒砂1.06 g。

單礦物的紅外光譜測試在傅立葉紅外光譜儀AVATAR 370FITR上進行，動電電位測試在BIC公司生產(chǎn)的DELSA440SX精密電位測定儀上進行。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 黃鐵礦和毒砂的單礦物試驗研究

圖2、圖3、圖4所示分別為丁基黃藥用量、礦漿不同pH、y-As用量對兩種單礦可浮性的影響。從由圖2可知，在整個丁黃藥用量范圍內(nèi)兩者的可浮性極為相似，且回收率都較高，若僅通過調(diào)節(jié)丁黃藥用量來實現(xiàn)黃鐵礦和毒砂的分離是不可能的。由圖3可知，黃鐵礦在礦漿pH介于酸性至中性均具有良好的可浮性，毒砂則是在礦漿pH為酸性環(huán)境下表現(xiàn)出良好的可浮性；當(dāng)?shù)V漿pH逐漸升高至堿性時，黃鐵礦和毒砂的可浮性迅速下降，且黃鐵礦和毒砂的可浮性隨pH的升高越來越差，即通過調(diào)控浮選礦漿pH可增大黃鐵礦和毒砂的可浮性差異[3-4]。由圖4可知，當(dāng)砷抑制劑y-As用量小于15 mg/L時，黃鐵礦和毒砂均表現(xiàn)出較好的可浮性，回收率分別約為95.00%和80.00%；當(dāng)繼續(xù)增大砷抑制劑y-As用量時，毒砂受到明顯的抑制作用，而黃鐵礦受到的抑制作用較弱；當(dāng)砷抑制劑y-As用量為25 mg/L時，黃鐵礦的回收率約為80%，而毒砂的回收率約為20%，即黃鐵礦受到的抑制作用明顯弱于毒砂。這表明，y-As對毒砂有選擇性抑制能力。因此，試驗確定y-As用量25 mg/L為黃鐵礦和毒砂純礦物分選最佳用量。

圖2 純礦物單樣浮選回收率與丁黃藥用量關(guān)系圖

圖3 純礦物單樣浮選回收率與礦漿pH值關(guān)系圖

圖4 純礦物單樣浮選回收率與y-As用量關(guān)系圖

3.2 純礦物的人工混合礦試驗研究

目前車河選礦廠采用的混浮—分離流程，抑砷浮硫工藝進行硫砷分離，實質(zhì)上是對毒砂先活化后抑制。試驗流程如圖5所示，通過對浮選條件實驗最終確定最適浮選礦漿pH介于5.5～6.0，CuSO4最佳用量2.0 mg/L，丁黃藥最佳用量為17.5 mg/L，砷抑制劑y-As最佳用量為25 mg/L，試驗結(jié)果見表1。

圖5 人工混合樣浮選試驗流程圖

表1 人工混合樣浮選試驗結(jié)果 單位：%

從表中數(shù)據(jù)可知，硫精礦中硫品位為51.87%，砷品位為0.95%，硫金屬回收率73.99%；砷精礦中硫品位為34.43%，砷品位為26.37%，砷金屬回收率91.88%，尾礦硫、砷金屬損失率分別為1.53%和1.48%。通過試驗結(jié)果可知，試驗硫砷浮選分離效果良好，且達(dá)到了充分回收硫、砷的目的，說明選用y-As作為砷礦物的抑制劑浮選分離黃鐵礦和毒砂是完全可行的。

4 檢測分析

圖6 y-As的紅外光譜圖

為了進一步探明y-As在礦物表面吸附作用后對礦物表面產(chǎn)生的影響，圖7、圖8所示分別是黃鐵礦、毒砂表面用y-As作用前后，隨著礦漿pH變化礦物表面Zeta電位的變化情況圖。從圖中分析可知，經(jīng)過y-As的作用，其表面動電位均有所降低，并且毒砂的表面動電位降低幅度較大。結(jié)合pH對單礦物的可浮性影響結(jié)果來看，礦物表面動電位下降，其可浮性也隨之下降。也就是說，y-As的作用已經(jīng)導(dǎo)致了黃鐵礦、毒砂的可浮性降低，并且在一定的pH范圍內(nèi)，兩種礦物的可浮性差別增大。這也就不難理解y-As對毒砂的選擇性抑制了。

圖7 黃鐵礦在不同條件下的動電位與pH關(guān)系

圖8 毒砂在不同條件下的動電位與pH關(guān)系

5 工業(yè)應(yīng)用

根據(jù)實驗室小型試驗結(jié)果，設(shè)計硫砷選礦車間為磁—浮—重工藝流程。鉛鋅尾礦經(jīng)磁選回收磁黃鐵礦，磁選尾礦濃縮脫水后進行硫砷混合浮選，混浮尾礦采用搖床產(chǎn)出中度錫精礦，浮選泡沫經(jīng)浮硫抑砷得硫精礦，抑制劑采用y-As，硫砷分離尾礦再用搖床產(chǎn)出高品位砷精礦和最終尾礦，具體流程如圖9所示，流程生產(chǎn)穩(wěn)定后，于2009年10月23日白班～26日中班組織11個班次連續(xù)工業(yè)測定，得精礦產(chǎn)品工業(yè)試驗指標(biāo)加權(quán)平均值見表2。

圖9 改造后硫砷車間工藝流程

表2 工業(yè)試驗指標(biāo)加權(quán)平均結(jié)果 單位：%

由表2數(shù)據(jù)顯示，最終硫精礦的硫品位41.86%，回收率達(dá)71.80%，最終硫精礦中含砷僅0.70%；砷精礦的砷24.65%，回收率64.44%；中度錫精礦含錫10.03%，錫作業(yè)回收率25.42%，工業(yè)試驗指標(biāo)良好。

6 結(jié)論

(1)對黃鐵礦和毒砂純礦物可浮性的影響因素試驗結(jié)果表明，通過簡單調(diào)控礦漿pH條件、增減丁黃藥用量，難以實現(xiàn)黃鐵礦和毒砂的有效分離。添加抑制劑y-As能明顯降低毒砂的可浮性，而對黃鐵礦影響不大。同時模擬廣西現(xiàn)場處理礦石混合樣試驗證明了毒砂和黃鐵礦的有效分離。

(2)y-As的紅外光譜圖分析可知，抑制劑y-As屬芳香族羥基羧酸鹽，是一種高分子有機化合物，在弱酸性礦漿中與礦物表面生成可溶性螯合物，從而抑制黃鐵礦；同時y-As還可以改變黃鐵礦和毒砂的表面動電位，且對毒砂表面動電位的影響要大于黃鐵礦。特別是在特定的pH范圍之內(nèi)，兩種礦物的可浮性差別增大，以此來擴大兩種礦物的分離區(qū)間。

(3)工業(yè)應(yīng)用表明，y-As工業(yè)生產(chǎn)上適用性強，能有效的抑制毒砂。所得產(chǎn)品硫精礦中硫品位41.86%，硫回收率達(dá)71.80%，含砷僅0.70%；砷精礦的砷24.65%，回收率64.44%。