氧化铜矿浮选进程中矿物表面疏水性的衰减机制

In the mineral processing industry, the separation of the valueable minerals from gangue minerals is commonly achieved through froth flotation. Bench-scale and industrial flotation results show that recovery of copper oxide is 20% lower than that of copper sulfide ore. The main reason is that, in the flotation process, copper oxide mineral surface hydrophobicity of attenuation rate is much higher than that of copper sulfide. In order to explore mineral surface hydrophobicity of attenuation mechanism, thermodynamic calculation and density functional optimization of sulfur ions in the adsorption reaction are used to establish the sulfur ion adsorption model. Under different conditions of sulfur ion concentration, pH value, temperature, stirring intensity, adsorption and desorption time, the xanthate adsorption capacity is measured to study adsorption and desorption kinetics of xanthate on sulfidization-treated malachite surface. Based on X-ray hotoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and raman spectroscopy (RS) detection, adsorption characteristics of xanthate on malachite sulfidization surface are investigated. The contact angle of xanthate adsorption and desorption with sulfidization-treated malachite can indicate the attenuation mechanism of malachite surface hydrophobicity. The relations between mineral surface hydrophobicity and floatablity are investigated through malachite pure minerals flotation tests. Therefore, the effect of mineral surface hydrophobicity attenuation on copper oxide floatation can be revealed, and the application of the results could improve the recovery of copper oxide ore and realize the effective utilization of copper oxide resources.

大量试验和生产数据表明，氧化铜矿浮选回收率比硫化铜低近20个百分点。主要原因是浮选进程中，氧化铜矿物表面疏水性衰减的速率远高于硫化铜矿。 为探明表面疏水性的衰减机理，本项目以氧化铜矿物的主要代表孔雀石为研究对象，采用密度泛函优化硫离子在孔雀石表面的吸附反应，结合热力学计算，建立硫离子吸附的稳态模型；测量孔雀石表面黄药的吸附量，研究不同硫离子浓度、pH值、温度、搅拌强度和不同的吸附、解吸时间条件下，黄药在孔雀石硫化表面吸附和解吸的动力学；通过光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱（RS）检测，分析孔雀石硫化表面对黄药的吸附特性；运用接触角测定，表征黄药吸附和解吸后孔雀石表面的疏水性，探索矿物表面疏水性衰减的规律；通过孔雀石纯矿物浮选试验，考察不同条件下矿物表面的疏水性，从而揭示氧化铜矿物表面疏水性衰减影响矿物浮选的本质，为提高氧化铜矿浮选回收率提供理论依据。

氧化铜矿浮选进程中，随精选次数和精选时间的增加，回收率急剧下降，原因在于氧化铜矿表面疏水性的衰减速率比硫化铜矿快的多。项目以氧化铜矿的代表性矿物孔雀石为研究对象，采用基于密度泛函理论的量子化学计算，从理论上得到矿物表面的结构性质，建立孔雀石表面硫离子吸附的稳态模型。从溶液化学角度，进行了孔雀石表面溶解特性试验，查明孔雀石在硫化钠溶液中的溶解行为，孔雀石溶解出的Cu2+在硫化钠溶液中与S2-发生反应生成铜硫胶状化合物，覆盖在孔雀石表面阻碍孔雀石的溶解。根据溶液中孔雀石表面Zeta电位的变化趋势，分析溶液中离子的吸附和解吸状态，硫离子在孔雀石表面的吸附并不稳定，吸附的离子存在脱落现象。测定不同硫离子浓度下孔雀石表面黄药吸附量，研究硫化作用对孔雀石表面黄药的吸附特性，硫化过程对孔雀石表面黄药的吸附反应活性有抑制作用，但硫化后的孔雀石表面黄药的吸附层变得牢固，稳定性提高。采用X射线光电子能谱研究孔雀石表面硫化前后的元素组分和化学价态，硫化后孔雀石表面除了铜、碳和氧元素外，还有硫元素，从离子的价电子密度和电子结合能的变化来分析孔雀石表面硫化程度和吸附层的稳定性。在不同的硫离子浓度、pH值、温度和不同的解吸时间条件下，测定矿浆溶液中的黄药浓度，研究黄药在孔雀石硫化表面的解吸速率。针对孔雀石硫化表面与黄药发生吸附和解吸作用后的润湿性差异，测量孔雀石表面接触角来分析疏水性的变化规律。通过孔雀石纯矿物浮选实验，验证矿物表面疏水性衰减与可浮性的关系。研究结果对氧化铜矿浮选具有理论指导作用，能够为提高和改善氧化铜矿精选回收率，为高效回收氧化铜资源提供理论支撑。