菱锌矿多元硫化体系中硫组元界面演变及其与疏水性的匹配机制

The unavoidable metal ions existed in pulp solution have important influence on the beneficiation of zinc oxide minerals using sulfidization xanthate flotation method. However, minimal information is available concerning the study on sulfidization flotation of zinc oxide minerals in solution system containing metal ions. In this project, multi-angle and multi-scale methodologies with experiments, measurement techniques as well as theoretical calculation are applied to investigate the interaction configuration, course, product among smithsonite, metal ions, sodium sulfide and xanthate in the multi-component sulfidization system. The results will reveal the adsorption characteristic of metal ions on the mineral surface, and its influencing mechanism on the sulfidization, hydrophobicity and flotation of smithsonite. The sulfur speciation in the pulp solution and on the mineral surface are analyzed through DFT, IC, XPS, TOF-SIMS and electrochemistry to ascertain the law of occurrence, migration and evolution of sulfur species at smithsonite interface in the multi-component sulfidization system, which will be helpful to further understand the sulfidization course and interaction mechanism. Combined with the hydrophilic/hydrophobic state and stability of xanthate adsorption layer on the mineral surface, the matching relation between interface evolution of sulfur species and hydrophobicity in the smithsonite multi-component sulfidization system is established. This work will provide a theoretical basis for purposefully regulating the pulp environment and surface hydrophobicity, and a new idea for the recovery and separation of zinc oxide minerals using sulfidization flotation method.

矿浆溶液中存在的难免金属离子对“硫化—黄药浮选法”富集氧化锌矿物有重要影响，但金属离子体系中氧化锌矿物的硫化浮选研究鲜有报道。本项目以菱锌矿为研究对象，集试验研究、检测技术与理论计算为一体，旨在多角度、多尺度研究多元硫化浮选体系中菱锌矿、金属离子、硫化钠、黄原酸盐间的相互作用构型、历程、产物等，揭示金属离子在菱锌矿表面的吸附特性及其对矿物硫化、疏水性、浮选的影响机制。采用DFT、IC、XPS、TOF-SIMS和电化学对矿浆溶液和矿物表面硫的形态进行解析，明确多元硫化体系中硫组元在矿浆溶液/矿物表面的赋存、迁移与演变规律，深化理解菱锌矿的硫化历程与作用机制。结合矿物表面的亲/疏水状态和黄原酸盐吸附层的稳定性，建立菱锌矿多元硫化体系中硫组元的界面演变与疏水性的匹配关系，为针对性调控矿浆环境和矿物表面疏水性提供理论依据，为氧化锌矿物的硫化浮选回收和分离提供新思路。

硫化黄药浮选法是高效分离与富集氧化锌矿物的源头技术。在氧化锌矿的实际浮选过程中，由于矿物的溶解、药剂的添加、磨矿介质及水质的影响，导致矿浆溶液中存在大量的难免金属离子，这些难免金属离子会在矿物表面发生非选择性交互吸附，使矿物表面性质发生变化，对氧化锌矿物表面造成非选择性活化或抑制；另外，难免金属离子还会与矿浆中加入的浮选药剂发生相互作用，对氧化锌矿物的表面硫化、疏水性、可浮性产生影响，极大地增加矿物浮选体系的复杂性。本项目以菱锌矿为研究对象，以多元体系中硫组元的界面演变与疏水性的匹配关系为核心思路，以菱锌矿、金属离子、硫化钠、黄原酸盐间的相互作用构型、反应、产物、机制等为研究主线，通过浮选试验查明了矿浆溶液中存在的Cu2+、Pb2+、Zn2+有利于菱锌矿浮选回收，Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Al3+不利于菱锌矿上浮；与Cu2+和Pb2+相比，Zn2+对菱锌矿的活化效果不明显；与Fe3+和Fe2+相比，Ca2+、Mg2+、Al3+对菱锌矿的抑制作用不明显。铜离子和铅离子主要以化学吸附的形式与菱锌矿表面进行作用，使得矿物表面生成具有一定空间深度的铜组分和铅组分，不仅增加了矿物表面活性位点的数量，还提高了矿物表面的反应活性，这是由于铜离子和铅离子比矿物表面本征锌离子更容易与硫化钠和黄药发生反应，此外，铜离子和铅离子与菱锌矿作用后还能降低矿物表面亲水性，从而有利于菱锌矿疏水上浮。铁离子的添加导致菱锌矿表面会有氢氧化铁沉淀生成，不仅增加了矿物表面的亲水性，还会阻碍硫离子在菱锌矿表面的吸附，导致矿物表面生成的硫化产物含量降低，且有大量的硫氧化合物生成，不利于黄药在矿物表面稳定吸附，从而大幅降低了菱锌矿的表面疏水性和可浮性。结合多元硫化体系中菱锌矿的浮选行为、表面亲/疏水状态及矿物表面硫化产物的解析，建立了多元体系中菱锌矿表面硫组元界面演变与疏水性的匹配机制，为针对性调控矿浆环境和矿物表面疏水性奠定了基础，为氧化锌矿的高效回收提供了新思路。