铅离子活化低品位辉锑矿浮选试验及机理研究

作     者：肖有明 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔毅琦;兰希雄

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：低品位辉锑矿 铅离子活化 浮选 密度泛函理论 

摘      要：辉锑矿是锑的重要自然资源,在p H5的矿浆中,黄药可以有效地浮选辉锑矿。由于部分矿床中含有大量碱性脉石,在酸性介质中浮选辉锑矿并不经济。生产中,辉锑矿通常在p H为6.5的条件下,经活化剂活化后采用黄药浮选,使其与其他脉石矿物分离。因此深入研究活化剂对辉锑矿浮选的影响及其活化机理,对锑矿资源的高效回收具有重要意义。硝酸铅、硫酸铜均可作为辉锑矿的活化剂,论文首先以辉锑矿纯矿物为研究对象,研究Cu、Pb在辉锑矿浮选中的差异,采用接触角测定、Zeta电位测定、吸附量测定和X射线光电子能谱分析(XPS)等测试手段,结合密度泛函原理计算和配位化学理论以及前线轨道理论综合说明其作用机理。并以云南某低品位辉锑矿为研究对象,进行浮选试验研究,确定了有效回收低品位辉锑矿的浮选工艺流程及药剂制度,并取得了较好的回收效果。单矿物浮选试验表明,在丁基黄药用量为10mg/L,松醇油用量为20mg/L,改变活化剂用量,硫酸铜和硝酸铅都能有效提高辉锑矿的回收率,在活化剂用量为3mg/L时,采用硝酸铅作为活化剂的回收率较硫酸铜高出了7.82个百分点,达到了92.04%。接触角测定发现,两种活化剂的加入均增强了辉锑矿表面的疏水性,但与硫酸铜相比,使用硝酸铅作用后的辉锑矿表面疏水性更强;Zeta电位表明,硝酸铅作用后的辉锑矿表面的Zeta电位增加较硫酸铜作用更为明显;吸附量试验显示,Pb能更好地促进黄药在辉锑矿表面进行吸附;XPS表明,在Cu活化的辉锑矿,结合能往低能位移,该体系下得到电子,Cu在辉锑矿表面与S原子相互作用,还原为Cu,生成CuS;在Pb活化的辉锑矿,结合能往高能位移,该体系下失去电子,Pb在辉锑矿表面与S原子相互作用,生成Pb S。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,经过Cu活化过后的辉锑矿(010)表面吸附丁基黄药后,依托于Cu原子和丁基黄药中的双键S2原子构成的双键吸附,呈稳定结构;经过Pb活化过后的辉锑矿(010)表面吸附丁基黄药后,S的3p轨道与Pb的p、s轨道之间进行较强的重叠,使得丁基黄药的键合原子(单键S1与双键S2原子)和Pb原子产生了较强的吸附并形成螯合结构。因此,Pb的吸附构型比Cu的吸附构型更稳定,Pb在辉锑矿(010)面的吸附效果强于Cu。差分电荷密度图的结果证实,Cu作用下,该体系得到电子;Pb活化下,该体系失去电子。配位化学理论和前线轨道理论研究发现,虽然Cu活化下,该体系得到电子,Pb活化下失去电子。但Pb的5d+6s能提供6对电子对,大于Cu的3d所能提供的5对电子对。相比之下,在Pb活化下,更有利于与BX(丁基黄药)分子的空π轨道形成反馈π键,从而提高辉锑矿的可浮性。云南某辉锑矿原矿含Sb 0.238%,属于低品位的含锑矿石。锑主要赋存在辉锑矿中,占比为80.56%,锑华和锑酸盐的占比分别为9.16%和10.28%。基于理论研究的基础上,选择硝酸铅作为粗选阶段锑的活化剂。经条件试验研究最终确定,磨矿细度-74μm占60%,硝酸铅用量300 g/t,丁基黄药和丁铵黑药用量100+50g/t,2~#油30 g/t。采用“一粗三精两扫的浮选工艺流程,在闭路试验中可获得锑品位15.11%,锑回收率82.66%的锑精矿,满足企业生产要求,实现了锑资源的有效回收。