在铂族金属矿石加工过程中磁黄铁矿浮选化学的评述

综　述

在铂族金属矿石加工过程中

磁黄铁矿浮选化学的评述

J・D・米　勒　等

摘　要　根据有关铂族金属矿石加工的文献和美国犹他大学最近的捕俘气泡接触角测量结果,对黄药捕收剂浮选磁黄铁矿的化学进行了评述。在一些情况下,铂族金属的回收率低是决定于在常规浮选条件下(p H910和矿浆曝露于大气中)磁黄铁矿颗粒的表面状态。磁黄铁矿在热力学上是不稳定的,它比较快地与环境发生反应。只有在酸性溶液中低氧化电位下才观察到磁黄铁矿的天然可浮性和无捕收剂浮选性。在常规浮选条件下,磁黄铁矿表面很容易氧化成为氢氧化铁/氧化铁,使磁黄铁矿表面呈亲水状态,甚至在黄药吸附的情况下,都会降低磁黄铁矿的浮选回收率。在这些条件下,铜离子也不容易活化磁黄铁矿。捕俘气泡接触角测量结果证实了文献中报导的这些观察现象。在对过去研究结果分析的基础上,推荐了改进磁黄铁矿浮选和提高铂族金属回收率的浮选条件。

关键词　磁黄铁矿　铂族金属　浮选　黄药　活化　去活化

概　述

磁黄铁矿是一种铁含量最高的硫化矿物。在自然界中,磁黄铁矿一般与镍黄铁矿、石英、铁白云石(CaFe(CO3)2)、黄铁矿、黄铜矿和其它硫化矿物共生。在很多处理铜-镍矿石和块状镍矿石的选矿厂中,磁黄铁矿抛弃到浮选尾矿中。但是,在某些情况下,对磁黄铁矿的回收具有重要意义。特别是在处理南非Bushveld杂岩的铂族金属矿石时,磁黄铁矿的浮选具有重要意义。

Bushveld杂岩是世界上最大的铂族金属资源。在该矿床中,两个主要的矿层称作含有铂族金属的Merensky矿脉和U G2矿脉。铂族金属主要含在贱金属硫化矿物中,少量含在氧化矿物和硅酸盐矿物中。铁族金属矿石一般含有1%的贱金属硫化矿物。铂族金属的共生特性决定了其浮选回收率。

在Merensky矿脉和U G2矿脉中,有3种主要的贱金属硫化矿物:镍黄铁矿((Fe、Ni)9S8)、黄铜矿(CuFeS2)和磁黄铁矿(Fe1-x S),其中黄铁矿(FeS2)含量较少。在Merensky矿脉中,主要的硫化矿物是磁黄铁矿,因此,在浮选中尽量提高磁黄铁的浮选回收率是很重要的。

在p H910和矿浆曝露于大气中的常规浮选条件下,用巯基捕收剂一般可以很好地回收黄铁矿和镍黄铁矿,但是,甚至在黄药发生吸附的条件下,磁黄铁矿的浮选回收率也不总是令人满意的。这可能是由于在磨矿时磁黄铁矿发生强烈的氧化,或是由于磁黄铁矿没有催化剂使氧还原,黄药不能电化学吸附在其表面上。

为了提高铂族金属的浮选回收率,需要对磁黄铁矿的浮选给与更多的关注。本文对磁黄铁矿浮选化学的文献作一评述。

1　磁黄铁矿的天然可浮性和无捕收剂浮选

Hodgson和Agar等人研究了磁黄铁矿的天然可浮性。他们指出,在某些条件下磁黄铁矿所获得的天然可浮性是由于在低氧化电位(0～200mV/ SHE(SHE为相对标准氢电极电位———下同)下短时间搅拌在酸性溶液中形成了稳定的Fe(OH)S2过渡表面。但是,在长时期搅拌时,磁黄铁矿过度氧化,降低了它的可浮性。Heyes和Trahar报导,在中等程度氧化时,磁黄铁矿表现出自诱导浮选特性。Peters等人指出,磁黄铁矿无捕收剂浮选是由于在磁黄铁矿表面形成元素硫引起的,因为,元素硫具有很强的疏水性,在很长的时间内都是稳定的,甚至在碱性溶液中都是如此。类似的研究结果表明,磁黄铁矿在无捕收剂浮选中表现出的天然可浮性归因于在较低的p H和中等氧化电位下,形成了缺铁/富硫的亚稳定态的过渡产物。可用以下反应式描述这个条件:

Fe1-x S+3y OH-=Fe1-(x+y)S+y Fe(OH)3+3y e-

(1)和

Fe 1-x S +3(1-x )H 2O =(1-x )Fe (OH )3+S

+3(1-x )H ++3(1-x )e -

(2)

但是,在曝露于大气中时磁黄铁矿表面迅速氧

化,随着氧化时间的延长,磁黄铁矿表面被三价铁的氢氧化物所覆盖:

Fe 1-x S +(7-3x )H 2O =(1-x )Fe (OH )3+

SO 2-4

+(11-3x )H ++(9+3x )e -(3)

在这些条件下,磁黄铁矿不具有天然可浮性。

最近,美国犹他大学根据捕俘气泡接触角测定结果研究了在p H 310～912范围内曝露于大气中的磁黄铁矿的天然可浮性。图1中的结果表明,在p H

高于415时,磁黄铁矿是亲水的(接触角为0°)。在p H 低于415时,磁黄铁矿的天然可浮性随着p H 的

减小而增强,在p H 310时,接触角为51°。其它研究

者报导的结果进一步证实了这些试验结果。在曝露于大气和室温条件下,磁黄铁矿的亲水表面状态是稳定的

。

图1　在空气中磁黄铁矿表面接触角与pH 关系

(无捕收剂存在,0105mol/L N a 2SO 4)

在不考虑氧化的情况下,磁黄铁矿在酸性溶液

(p H ～415)中热力学方面是稳定的。磁黄铁矿形成H 2S 稳定性的理论溶液化学计算表明,在p H ≤7和

铁离子活度为10-4mol/L 时会产生H 2S ,在p H ≥8时Fe (OH )2溶度积决定着H 2S 的形成。所以,可以预料,磁黄铁矿表面上所产生的这个反应可以使在p H 低于5和无捕收剂时黄铁矿具有天然可浮性(见图1)。虽然,这个反应的速率还需要很长的诱导时间,但是,还需要对此进一步进行研究。

2　用硫代碳酸盐捕收剂浮选磁黄铁矿

硫代碳酸盐广泛用作从铂族金属矿石中优先浮选和混合浮选硫化矿物的捕收剂。研究结果表明,在混合浮选时铂族金属的回收率在某些情况下受到

磁黄铁矿可浮性弱所限制。为了提高磁黄铁矿的回

收率,考查了硫代碳酸盐捕收剂的应用情况,以确定获得高回收的条件。211　用乙基黄药浮选

Montalti 等人系统地研究了用乙基黄药作捕收剂时磁黄铁矿的可浮性。磁黄铁矿样品采集自北本德矿床。X 射线衍射分析结果表明,样品中只有β-Fe 1-x S 一个相,其中含Fe 4710%和S 3216%。具有六方晶系结构,其中含有一些杂质(C 1145%和Zn 4164%)。在所选择的条件下测定了这种磁黄铁矿样品的Zeta 电位,结果如图2所示。从该图可以看出,在磁黄铁矿的浓度为2g/L 和KNO 3浓度为2・10-4mol/L 时,磁黄铁矿的零电点为p H 615。低

浓度乙基黄药的存在对磁黄铁矿动电特性影响不大。如果磁黄铁矿表面氧化和磁黄铁矿表面上的Fe (OH )3是稳定的,那么磁黄铁矿的零电点为pH 615是不足为奇的,因为Fe (OH )3的零电点约为pH 615

。

图2　磁黄铁矿的Z eta 电位与pH 的关系

(磁黄铁矿的浓度为2g/L 和KN O 3浓度为2・10-4mol/L)

乙基黄药浓度(mol/L):○-0;▲-5・10-4;□-1・10-3

Montalti 在自己的研究中,确定了p H 、乙基黄

药浓度和与捕收剂作用时间等条件对磁黄铁矿浮选回收率的影响。从图3可以看出,p H 和捕收剂浓度对磁黄铁矿浮选回收率的影响很大。在乙基黄药浓度为1・10-4mol/L 时,p H 从910降至p H 515,磁黄铁矿的浮选回收率从50%增大到82%。在捕收剂浓度高于1・10-4mol/L 时,磁黄铁矿的浮选回收率对捕收剂浓度变化不敏感。在这个试验中,搅拌时间为30min ,捕收剂添加后作用时间为15min 。

考查了在乙基黄药不同浓度下,乙基黄药吸附时间对磁黄铁矿浮选回收率的影响。在吸附时间为15min 时,磁黄铁矿的回收率最高。当然,磁黄铁

矿的回收率决定于矿浆的p H 。在乙基黄药初始浓

度为5・10-4mol/L 时,在p H 515时磁黄铁矿的回