微波預(yù)處理對(duì)銅鉬硫化礦海水浮選的影響機(jī)理

王志杰 李育彪 王洪鐸 姚怡倫 曾牧源

（武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070）

黃銅礦和輝鉬礦是2種典型的硫化礦，分別是銅 和鉬的主要賦存礦物［1］。2種礦物常伴生在一起，通常采用浮選法進(jìn)行分離［2］。由于許多礦區(qū)分布在淡水資源匱乏的沿海地區(qū)，海水成為具有應(yīng)用前景的水源，且許多沿海國(guó)家已經(jīng)開始用海水代替淡水進(jìn)行礦物浮選分離［3］。

在銅鉬礦浮選分離過程中，抑銅浮鉬工藝較常見，且能獲得較好的銅精礦和鉬精礦［2］。抑銅浮鉬工藝通常有2種，分別是化學(xué)藥劑法和加熱法［4］。化學(xué)藥劑法是通過添加大量抑制劑來增加2種礦物的表面性質(zhì)差異，從而實(shí)現(xiàn)銅鉬分離［5］。然而，添加藥劑會(huì)導(dǎo)致選礦成本增加、環(huán)境污染等問題［6］。因此，研究綠色、低成本的方法勢(shì)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，但對(duì)輝鉬礦表面疏水性影響較?。?］。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱具有選擇性、即時(shí)性和節(jié)能高效等特點(diǎn)，正日益引起人們的重視，被廣泛應(yīng)用于干燥、浮選、焙燒等領(lǐng)域［7］。Silva［8］研究了微波處理對(duì)浮選工藝的影響，結(jié)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的研究表明［9］，黃銅礦表面氧化會(huì)產(chǎn)生親水性物質(zhì)，抑制其浮選。

到目前為止，微波預(yù)處理對(duì)黃銅礦和輝鉬礦在海水中浮選效果的影響及其機(jī)理尚不明確。本文通過浮選試驗(yàn)，接觸角測(cè)試、紅外光譜測(cè)試、掃描電子顯微鏡等測(cè)試方法分別研究了微波預(yù)處理對(duì)黃銅礦和輝鉬礦海水浮選的影響機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

黃銅礦原礦購(gòu)買自澳大利亞，輝鉬礦原礦購(gòu)買自中國(guó)廣西省桂林市。將原礦破碎后，手工挑選富礦塊，經(jīng)磨礦后，濕篩篩分。在乙醇溶液中超聲清洗去除細(xì)粒后，真空干燥，冷凍保存?zhèn)溆?。礦樣化學(xué)分析結(jié)果如表1所示，黃銅礦中Cu、Fe和S元素的總含量達(dá)到了99.85%，輝鉬礦中元素Mo和S元素總含量為95.3%。

礦樣XRD圖譜如圖1所示。黃銅礦礦樣只有黃銅礦衍射峰，結(jié)合化學(xué)分析結(jié)果可知，礦樣純度較高，經(jīng)激光粒度儀測(cè)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(jié)合化學(xué)分析結(jié)果可知，礦樣純度較高，經(jīng)激光粒度儀測(cè)定，礦樣中值粒徑d50=82.64 μm。

根據(jù)參考文獻(xiàn)［10］配制模擬海水，模擬海水中各離子濃度如表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

分別向25 mL純水（或模擬海水）中加入0.25 g礦樣（黃銅礦或輝鉬礦）。采用磁力攪拌，并使用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為10，攪拌6 min。隨后，移入MAS-ⅡPLUS型常壓微波反應(yīng)工作站中進(jìn)行微波預(yù)處理，然后將礦漿移入浮選槽中浮選。浮選試驗(yàn)采用XFG-Ⅱ型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，轉(zhuǎn)速1 200 r/min，充氣量為0.1 L/min，浮選時(shí)間為10 min。浮選后精礦和尾礦經(jīng)真空冷凍干燥機(jī)干燥、電子天平稱量后，計(jì)算精礦回收率。所得礦樣于干燥皿中保存，留待測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 微波功率對(duì)黃銅礦、輝鉬礦可浮性的影響

試驗(yàn)研究了微波功率對(duì)黃銅礦、輝鉬礦浮選回收率的影響（微波作用時(shí)間為10 min），試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知：純水條件下，隨著微波功率從0增加至900 W，黃銅礦浮選回收率從84.8%降低至52.3%，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(yù)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(yù)處理增加了海水中輝鉬礦的可浮性。此外，海水條件下未進(jìn)行微波處理時(shí)，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、輝鉬礦表面均存在親水的Mg（OH）2沉淀，降低了其可浮性［11］。

由于微波功率為900 W時(shí)，黃銅礦受到抑制效果最強(qiáng)，黃銅礦和輝鉬礦可浮性差異最大，因此，后續(xù)試驗(yàn)選擇微波功率為900 W。

2.2 微波處理時(shí)間對(duì)黃銅礦、輝鉬礦可浮性的影響

圖3所示為微波處理時(shí)間對(duì)黃銅礦、輝鉬礦浮選回收率的影響（微波功率為900 W）。

由圖3可知：海水條件下，經(jīng)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(shí)間的延長(zhǎng)，黃銅礦浮選回收率顯著下降，而對(duì)于輝鉬礦，微波處理2 min后，浮選回收率從60.1%增加至80.4%，繼續(xù)延長(zhǎng)微波作用時(shí)間，輝鉬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(xù)延長(zhǎng)微波處理時(shí)間，黃銅礦浮選回收率小幅提高，而微波預(yù)處理對(duì)輝鉬礦浮選回收率無明顯影響。因此，海水條件下，微波預(yù)處理有利于提高輝鉬礦可浮性，但是長(zhǎng)時(shí)間處理并不能持續(xù)增加輝鉬礦浮選回收率。

2.3 微波處理時(shí)間對(duì)黃銅礦和輝鉬礦表面潤(rùn)濕性的影響

為探究微波處理對(duì)黃銅礦、輝鉬礦浮選的影響機(jī)理，對(duì)不同微波處理時(shí)間下黃銅礦和輝鉬礦表面潤(rùn)濕性進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：純水條件下，延長(zhǎng)微波處理時(shí)間黃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(shí)間的延長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致黃銅礦接觸角下降，但輝鉬礦接觸角會(huì)增加。2種礦物接觸角的變化趨勢(shì)與浮選回收率一致，表明礦物表面潤(rùn)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(zhì)。海水中包含大量氯離子，王新宇研究表明［12］，氯離子可以提高黃銅礦表面氧化還原電位，促進(jìn)黃銅礦表面被氧化。文獻(xiàn)［4］表明，在溫度小于600℃時(shí)，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(zhì)不發(fā)生顯著變化。海水中，由于輝鉬礦表面覆蓋有少量Mg（OH）2等親水性沉淀［11］，導(dǎo)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(xù)延長(zhǎng)微波處理時(shí)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(yù)處理減小了Mg（OH）2對(duì)輝鉬礦浮選的抑制效果。

2.4 紅外光譜分析

為了探究微波對(duì)黃銅礦和輝鉬礦表面性質(zhì)的影響機(jī)理，對(duì)海水中微波處理的礦物進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出：1 635和3 434 cm-1附近分別對(duì)應(yīng)水分子的彎曲振動(dòng)和伸縮振動(dòng)［1］，未處理黃銅礦紅外光譜中1 085、1 036 cm-1處峰為的吸收峰，可能是由于原礦部分氧化導(dǎo)致；微波處理后黃銅礦紅外光譜于1 050、1 464和1 398 cm-1處出現(xiàn)了Fe—O吸收峰，1 166和1 101 cm-1處出現(xiàn)了水合硫酸亞鐵峰，說明黃銅礦經(jīng)微波處理后被氧化，生成鐵的氧化物以及硫酸鹽，導(dǎo)致黃銅礦表面親水；對(duì)于輝鉬礦，微波處理前3 700 cm-1處出現(xiàn)的峰為Mg（OH）2晶體中O—H伸縮振動(dòng)吸收峰，表明微波處理前輝鉬礦表面覆蓋有Mg（OH）2，微波處理10 min后，3 700 cm-1處峰消失，且沒有出現(xiàn)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(jié)果與浮選試驗(yàn)及接觸角測(cè)試結(jié)果一致。

2.5SEM分析

對(duì)海水中微波處理前后黃銅礦和輝鉬礦表面進(jìn)行了SEM測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知：未經(jīng)微波處理的黃銅礦表面覆蓋有較多生成物，可能是黃銅礦表面的氧化物或Mg（OH）2沉淀，這與他人觀察的結(jié)果一致［10，13］，微波處理后，黃銅礦表面生成物明顯增多，對(duì)應(yīng)浮選回收率降低，證明微波處理后會(huì)促進(jìn)黃銅礦表面氧化，結(jié)合紅外分析結(jié)果，此時(shí)黃銅礦表面生成物可能為鐵的氧化物和硫酸鹽；未經(jīng)微波處理的輝鉬礦表面有部分生成物，其中亮白色物質(zhì)可能為Mg（OH）2，灰色物質(zhì)可能為輝鉬礦表面氧化物，微波處理后輝鉬礦表面生成物減少，對(duì)應(yīng)浮選回收率提高，證明微波處理對(duì)輝鉬礦氧化作用不顯著，并對(duì)其表面生成物有去除作用。

3 總 結(jié)

（1）純水、海水條件下微波作用功率和時(shí)間的增加對(duì)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）純水條件下，微波處理對(duì)輝鉬礦浮選影響不顯著。海水條件下，微波處理能促進(jìn)輝鉬礦浮選，這是因?yàn)檩x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(zhì)，使輝鉬礦可浮性增強(qiáng)。