硫化矿物表面水化层结构及其对药剂作用的影响

陈建华, 朱阳戈. 硫化矿物表面水化层结构及其对药剂作用的影响[J]. 矿产保护与利用, 2018, (3): 1-8. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.03.001
引用本文: 陈建华, 朱阳戈. 硫化矿物表面水化层结构及其对药剂作用的影响[J]. 矿产保护与利用, 2018, (3): 1-8. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.03.001
CHEN Jianhua, ZHU Yangge. Research on the Solid-liquid Interfacial Structure and Properties of Sulfide Minerals and Its Effect on the Flotation Reagent Adsorption[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (3): 1-8. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.03.001
Citation: CHEN Jianhua, ZHU Yangge. Research on the Solid-liquid Interfacial Structure and Properties of Sulfide Minerals and Its Effect on the Flotation Reagent Adsorption[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, (3): 1-8. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2018.03.001

硫化矿物表面水化层结构及其对药剂作用的影响

  • 基金项目:
    国家自然科学基金资助项目(51574092,51164001)
详细信息
    作者简介: 陈建华(1971-), 男, 四川西昌人, 教授, 博士生导师, E-mail:jhchen@gxu.edu.cn
  • 中图分类号: TD91

Research on the Solid-liquid Interfacial Structure and Properties of Sulfide Minerals and Its Effect on the Flotation Reagent Adsorption

  • 采用密度泛函量子理论研究了硫化矿物表面亲水/疏水结构,揭示了硫化矿物固液界面结构和水化层的性质,采用微量热仪研究了硫化矿物表面润湿热力学和动力学行为,考察了矿物表面亲水和疏水作用对浮选药剂作用的影响。研究结果表明:疏水硫化矿物表面以氢键和范德华力作用为主,亲水硫化矿表面以弱化学吸附键作用为主,固液界面体系下药剂在矿物表面的作用具有水化势垒和竞争吸附效应。根据固液界面作用模型,开发出铜、铅和锌浮选新技术,实现了有色金属硫化矿资源的高效利用。

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  • 图 1  微量热试验装置图

    Figure 1. 

    图 2  疏水硫化矿物表面上水分子吸附构型

    Figure 2. 

    图 3  水分子在黄铁矿和闪锌矿表面上的吸附构型

    Figure 3. 

    图 4  硫化矿物表面亲水/疏水结构

    Figure 4. 

    图 5  黄药分子在闪锌矿及其固液界面上的吸附结构

    Figure 5. 

    图 6  闪锌矿表面(a)和被铜活化的闪锌矿表面(b)的水化膜结构

    Figure 6. 

    图 7  被铜活化的闪锌矿表面对黄药的吸附

    Figure 7. 

    图 8  硫化矿物表面水化势垒与捕收剂作用强度的关系

    Figure 8. 

    表 1  优化的收敛精度

    Table 1.  Optimized convergence accuracy

    矿物类型 黄铁矿 闪锌矿 方铅矿 辉钼矿 黄铜矿
    能量收敛精度/(eV·atom-1) 2.0×10-5 2.0×10-5 2.0×10-5 1.0×10-5 2.0×10-5
    原子位移收敛精度/Å 0.002 0.002 0.002 0.001 0.002
    原子间作用力收敛精度/(eV·Å-1) 0.08 0.05 0.05 0.05 0.05
    晶体内应力收敛精度/GPa 0.1 0.1 0.1 0.05 0.1
    自洽迭代收敛精度/(eV·atom-1) 2.0×10-6 1.0×10-6 2.0×10-6 1.0×10-6 2.0×10-6
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    表 2  黄铁矿、方铅矿和闪锌矿比表面积和润湿热(负号表示放热)

    Table 2.  Specific surface area and wetting heat (negative sign indicates exothermic)of pyrite, galena and sphalerite

    矿物 比表面积/(m2·g-1) 润湿热ΔH/(J·m-2)
    黄铁矿 0.210 -98.601
    闪锌矿 0.115 -4.040
    方铅矿 0.228 -2.004
    黄铜矿 0.176 -1.892
    辉钼矿 0.648 -0.928
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    表 3  硫化矿物表面水化动力学参数

    Table 3.  Hydration kinetic parameters of sulfide mineral surface

    硫化矿物 速率常数k(×10-3)/s 反应级数n
    辉钼矿 26.679 1.179
    黄铜矿 18.56 1.363
    方铅矿 17.762 1.199
    黄铁矿 2.020 0.492
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    表 4  常见矿物浮选捕收剂基团电负性值[14]

    Table 4.  Functional electro-negativity of common collectors

    硫化矿捕收剂 氧化矿捕收剂
    基团 结构 电负性 基团 结构 电负性
    硫醇基 R-SH 2.6 羧酸基 R-COOH 4.1
    一硫代碳酸基 R-OCOSH 2.8 磺酸基 R-SO2OH 4.3
    二硫代碳酸基 R-OCSSH 2.7 羟肟酸基 R-CONOH 3.8
    三硫代碳酸基 R-SCSSH 2.6 磷酸基 R-PO(OH)2 4.3
    一硫代磷酸基 (RO)2-POSH 3.2 羟基 R-OH 3.9
    二硫代磷酸基 (RO)2-PSSH 3.0 伯胺基 R-NH2 3.7
    氨基二硫代甲酸基 R2-NCSSH 2.6 二烷基磷酸基 (RO)2-POOH 3.6
    黄原酸酯基 R1-OCSS-R2 2.9
    氨基硫逐甲酸基 R1-NHCSO-R2 2.8
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    表 5  陕西某矿不添加石灰铜硫浮选生产指标

    Table 5.  Industrial Cu-S flotation index without lime

    石灰用量
    /(kg·t-1)
    处理量
    /(t·d-1)
    年生产时间/d 原矿Cu品位/% 精矿Cu品位/% 回收率
    /%
    年产铜金属量/t 年产铜精矿/t
    不添加 325 350 1.17 15.94 87.45 1 163.85 7 301.44
    3.0 325 350 1.18 12.77 80.98 1 086.95 8 511.75
    注:捕收剂Z200用量为50 g/t, 无石灰工艺添加抑制剂D82用量350 g/t。
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    表 6  高碳铅锑矿自然pH铅锑浮选生产指标

    Table 6.  Industrial Pb-Sb flotation index at natural pH

    工艺 产品名称 品位/% 回收率/% 药剂制度
    Pb Sb Ag Zn Pb Sb Ag
    自然pH界面调控技术 铅锑精矿 31.25 14.55 2 986 5.21 90.86 82.05 83.32 3418A+黑药:400 g/t
    高效调整剂:500 g/t
    铅锑尾矿 0.10 0.10 20 - 9.14 17.95 16.68
    原矿 1.06 0.54 116 4.05 100.00 100.00 100.00
    传统碱性工艺 铅锑精矿 23.41 12.33 2 179 10.34 86.27 63.29 75.62 黑药:500 g/t
    石灰:2.0 kg/t
    ZnSO4:800 g/t
    铅锑尾矿 0.15 0.20 30 13.73 36.71 24.38
    原矿 1.05 0.53 118 4.06 100.00 100.00 100.00
    注:Ag品位为g/t。
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    表 7  云南某铅锌矿闪锌矿浮选界面调控技术

    Table 7.  Flotation interface regulation technology of sphalerite for the lead-zinc ore from Yunnan province

    工艺 产品名称 产率
    /%
    锌品位
    /%
    锌回收率/% 药剂制度
    传统工艺 锌精矿 30.05 56.45 97.82 硫酸铜:1 000 g/t
    丁基黄药:400 g/t
    尾矿 69.95 0.54 2.18
    给矿 100.00 17.34 100.00
    新工艺 锌精矿 29.76 57.34 97.79 有机活化剂:600 g/t
    硫酸铜:400 g/t
    新捕收剂:200 g/t
    尾矿 70.24 0.55 2.21
    给矿 100.00 17.45 100.00
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出版历程
收稿日期:  2018-04-23
刊出日期:  2018-06-25

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