氨基三亚甲基膦酸在闪锌矿和方铅矿浮选分离中的应用.pdf

Series No.566August 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第566 期2023 年第 8 期收稿日期 2023-07-06基金项目 云南省优秀青年项目(编号:202301AW070018)。作者简介 王子豪(1998),男,硕士研究生。通信作者 丰奇成(1987),男,教授,博士,博士研究生导师。氨基三亚甲基膦酸在闪锌矿和方铅矿浮选分离中的应用王子豪1,2 丰奇成1,2(1.昆明理工大学国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2.省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,云南 昆明 650093)摘 要 氨基三亚甲基磷酸(ATMP)是一种被广泛使用的表面活性剂。为探究 ATMP 作为一种潜在的闪锌矿抑制剂实现闪锌矿和方铅矿浮选分离的可能性。通过微浮选试验,探究了 ATMP 在闪锌矿和方铅矿浮选分离过程中的作用效果,同时采用接触角测定、溶液化学计算、Zeta 电位检测以及 XPS 分析,研究了 ATMP 对闪锌矿的选择性抑制机理。微浮选试验结果显示,ATMP 作为一种潜在的闪锌矿抑制剂具有实现闪锌矿和方铅矿浮选分离的潜力。接触角测定结果表明,ATMP 能显著提升闪锌矿的表面润湿性。Zeta 电位检测结果表明,经 ATMP 处理后,闪锌矿表面正丁基黄药(SBX)的吸附量显著降低。XPS 分析表明,ATMP 在闪锌矿表面的吸附与其分子中的膦酸官能团有关。AT-MP 作为一种潜在的闪锌矿抑制剂具有实现闪锌矿和方铅矿浮选分离的潜力。关键词 闪锌矿 方铅矿 ATMP 浮选 抑制剂 中图分类号TD923 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-08-087-09DOI 10.19614/ki.jsks.202308010Application of Amino Tris Methylene Phosphonic Acid in the Flotation Separation of Sphalerite and GalenaWANG Zihao1,2 FENG Qicheng1,2(1.Faculty of Land Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China;2.State Key Laboratory of Complex Nonferrous Metal Resources Clean Utilization,Kunming 650093,China)Abstract Amino Trimethylene Phosphonic Acid(ATMP)is a commonly utilized surfactant.The objective of this paper is to explore the viability of ATMP as a potential depressant for sphalerite,enabling the flotation separation of sphalerite and galena minerals.In this study,the role of ATMP in the flotation separation of sphalerite and galena was investigated through mi-cro-flotation experiments.Moreover,the selective inhibition mechanism of ATMP on sphalerite was investigated using contact angle measurements,solution chemistry calculations,Zeta potential detection,and XPS analysis.The micro-flotation test results demonstrated the(ATMP)as an potential inhibitor for achieving the flotation separation of sphalerite and galena.The contact angle measurement results indicated that ATMP significantly improved the surface wettability of sphalerite.Furthermore,Zeta potential detection revealed a remarkable decrease in the adsorption of SBX on the surface of sphalerite after ATMP treatment.XPS analysis indicating that the adsorption of ATMP on the surface of sphalerite is related to its phosphonic acid functional groups in the molecule.As a potential depressant for sphalerite,ATMP holds promise in facilitating the successful flotation sep-aration of sphalerite and galena minerals.Keywords sphalerite,galena,ATMP,flotation,depressant 铅和锌是当今社会生产生活中广泛使用的金属材料之一。得益于铅和锌优异的理化性能,这两种金属被广泛用于电气、医药、冶金、军工等领域1。此外,由于金属铅优异的电磁屏蔽性,常用来制造辐射保护设施。闪锌矿和方铅矿是冶炼这两种金属的主要原料2-3。我国的铅锌矿产资源储量丰富,但原矿品位往往较低4-5。浮选是实现闪锌矿和方铅矿分离富集的常用手段之一6。方铅矿中的闪锌矿杂质不仅会提高铅的冶炼难度,还能影响成品质量7。而低品位的方铅矿还会增加铅的冶炼成本。因此绿色78且高效地分离和富集这两种矿物是十分有必要的。方铅矿和闪锌矿的可浮性相近,因此在实际生产中常常采用抑制闪锌矿而浮选方铅矿的办法来实现闪锌矿和方铅矿的浮选分离8。目前的工业生产中,常使用氰化物8、硫酸锌9、硫化钠、亚硫酸盐10等作为闪锌矿抑制剂。这些无机抑制剂的性能已经在生产中得到了检验。但这些抑制剂本身也存在一些问题。这些问题包括对人体有害和造成酸雨等11。随着人们环保意识的逐渐提高,越来越多的学者致力于研发一种或一系列无毒且环保的闪锌矿抑制剂12。研究表明,糊精作为一种潜在的闪锌矿或方铅矿抑制剂可以实现闪锌矿和方铅矿的浮选分离。当矿浆为中性时,糊精对闪锌矿有一定的抑制作用,当矿浆碱性较高时,糊精表现出对方铅矿的抑制作用13。王昌涛等研究表明14,果胶具有作为闪锌矿抑制剂,实现闪锌矿和方铅矿浮选分离的潜力。王昌涛等研究表明15,葫芦巴胶是一种潜在的闪锌矿抑制剂。朱桓宇等研究表明,在闪锌矿与方铅矿浮选分离的过程中,1羟亚乙基1,1二膦酸(HEDP)能有效抑制闪锌矿的浮选16。图 1 ATMP 分子结构示意Fig.1 Schematic representation of the molecular structure of ATMP 本研究使用氨基三亚甲基膦酸(ATMP)作为新型闪锌矿抑制剂,实现了闪锌矿和方铅矿的浮选分离。通过微浮选试验、溶液化学计算、接触角测定、Ze-ta 电位、XPS 分析研究了 ATMP 对闪锌矿和方铅矿浮选行为的影响,以及 ATMP 在闪锌矿表面的作用机理。1 试验原料及试验方法1.1 试验原料与试剂ATMP 是锅炉除垢剂的常见组分之一17。鉴于其良好的溶解性和极强的金属离子络合能力,常被用于去除水中的重金属离子18。鉴于其独特的分子结构,ATMP 在有机膦材料19和催化剂合成20领域引起了学者们的广泛关注。尽管如此,ATMP 作为一种潜在的闪锌矿抑制剂在闪锌矿和方铅矿浮选分离过程中的应用却鲜有报道。因此本文将 ATMP 作为一种潜在的闪锌矿抑制剂研究其在闪锌矿和方铅矿浮选分离过程中的应用。闪锌矿和方铅矿样品取自云南省。将样品破碎后进行手工拣选,并将所得样品用石英研钵研磨后筛分,以获得 7545 m 粒级的样品。经化学成分分析可知:闪锌矿样品的纯度为 95.01%,方铅矿样品的纯度为 99.98%,符合试验样品的纯度要求。将所制得的矿物样品置于真空罐中冷藏保存以减缓样品的表面氧化。使用浓度为 50%的 ATMP 水溶液作为闪锌矿抑制剂、85%纯度的丁基黄原酸钠(SBX)作为捕收剂,分析纯的松醇油以及氢氧化钠和盐酸分别被用作起泡剂和 pH 调整剂。试验用水采用电阻率为18.52 M/cm 的去离子水。1.2 微浮选试验在 XFCG5-35 型浮选机上用容积为 50 mL 的浮选槽在 1 000 r/min 的转速下进行微浮选试验。每次称取 2.00 g 样品进行试验,用 pH=4 的稀盐酸溶液超声波清洗样品 3 min,并用去离子水冲洗干净。将清洗后的矿物样品与 50 mL 去离子水混合并转移到浮选槽中,在加入 ATMP 后调节矿浆至试验所需pH 值并搅拌 4 min。随后依次向矿浆中加入 SBX 和松醇油,并分别搅拌 3 min 和 1 min,然后刮泡 3 min。最后将浮选所得精矿与尾矿分别过滤、干燥和称重,计算浮选回收率。在人工混合矿分选试验中,将闪锌矿和方铅矿按质量比 1 1 的比例混合(闪锌矿和方铅矿各 1.00 g)。浮选流程与单矿物的分选流程一致。将浮选所得精矿与尾矿分别过滤、干燥并称重后进行化学分析,计算回收率。1.3 接触角测定使用 JY-82C 接触角测量仪测量闪锌矿和方铅矿表面的接触角。挑选较为纯净的矿物样品进行切片,并用 8 000 目的砂纸对待测表面进行抛光。将样品用 pH=9 的 ATMP 溶液浸泡30 min,随后向烧杯中加入 SBX 并浸泡 20 min。将处理后的样品置于滤纸上待其表面自然干燥后进行接触角测定。1.4 Zeta 电位检测Zeta 电位由 Zetasizer-3 000HS(Malvern,Eng-land)电位分析仪测定。使用浓度为 10-3 mol/L 的氯化钾作为背景溶液。每次称取 50.00 mg 粒度为-5.00 m 的矿物样品,向矿浆中加入 ATMP 后调节矿浆 pH 值,并搅拌 5 min。向矿浆中加入 SBX 并搅拌 3 min。将所得矿浆溶液静置 5 min 后取 1.00 mL88总第 566 期 金 属 矿 山 2023 年第 8 期上清液置于马尔文样品槽中进行 Zeta 电位检测。1.5 XPS 分析使用 PHI5000 Versa Probe(Ulvac-Phi,Japan)对不同药剂处理前后的闪锌矿表面进行了 XPS 分析。将 50 mL 去离子水与 2.00 g 闪锌矿样品混合,加入 ATMP 后调节矿浆 pH=9,并搅拌 40 min,随后加入 SBX 并搅拌 20 min。使用 Al-K为射源,在10-8 Pa 的分析室压力下获得样品表面的 X 射线光电子能谱。用 Multipak 软件对所获得的 X 射线光电子能谱进行分析,并以 C 1s 峰谱(284.80 eV)为标准进行能量校正。2 试验结果与讨论2.1 浮选试验2.1.1 SBX 用量试验在矿浆 pH 值为 9 的条件下,考察了 SBX 用量对闪锌矿和方铅矿单矿物可浮性的影响,结果如图 2 所示。当 SBX 用量低于 20 mg/L 时,随着 SBX 用量的增加,方铅矿的浮选回收率逐渐提高,闪锌矿的浮选回收率大幅提高。当 SBX 的用量超过 20 mg/