随着人类社会的发展,人口不断增长、经济和技术不断进步,各种矿产资源的开发和利用不断扩大,不可再生的金属矿产资源也随之越来越少,己经成为关系人类生存发展、影响国家安全的重要战略因素。作为我国最大的镍矿资源,金川硫化镍铜矿矿藏日益贫、杂、细化,现有工艺和药剂已经不能满足工业生产的需求。因而改善浮选工艺,提高精矿质量,增大金属利用率成为目前该领域需要解决的重点问题。本文在电化学浮选理论的基础上,从活化剂和pH调整剂的角度出发,借助电化学技术、热力学分析、XPS测试以及密度泛函理论计算等技术,研究了碱性条件下铜氨配合物对硫化镍铜矿中最主要的两种矿物——镍黄铁矿和黄铜矿的活化机理,以及不同矿浆pH对镍黄铁矿和黄铜矿浮选行为的影响。本文为优化工业生产的工艺流程、获得理想的的浮选工业指标、以及为丰富镍黄铁矿和黄铜矿电化学浮选理论做了基础性研究。主要研究内容及结果如下: (1)在浮选过程中,由于镍黄铁矿表面金属离子的溶解,在镍黄铁矿表面形成了富硫层,在矿浆中镍黄铁矿表面呈负电性。带正电的铵离子被吸附在镍黄铁矿表面,当加入硫酸铜时,铵离子转化为Cu(NH3)42+阳离子并吸附在矿物表面。随后Cu(NH3)42+与富硫层中的S0或Sn反应生成具有疏水性的活化产物Cu2S和Cu2S类似物。最后,加入矿浆中的黄药和Cu2S或Cu2S类似物发生化学反应生成CuX疏水层。在起泡剂的帮助下,镍黄铁矿被鼓入的空气从矿浆中带出,从而实现浮选。相比硫酸铜活化剂的最佳活化效果,铜氨配合物活化的实际矿物中,镍黄铁矿的回收率提高了2.0%。 (2)铜氨配合物活化黄铜矿的机理类似于镍黄铁矿,不同之处在于:硫酸铵的加入能促进黄铜矿表面金属的溶解,由于黄铜矿本身含有铜元素,其溶入到溶液后,能与吸附在黄铜矿表面的铵离子迅速反应生成Cu(NH3)42+。Cu(NH3)42+与富硫层中的S0或Sn反应生成具有疏水性的活化产物Cu2S及Cu2S类似物,这些活化产物与黄药类捕收剂反应生成CuX疏水层。同时,额外加入的硫酸铜使得矿物表面吸附的Cu(NH3)42+含量增加,活化效果随之增强。此外,碱性条件下黄铜矿表面金属溶解形成富硫层的同时,由于铁的溶解优先于铜,因而有部分Cu2S会在黄铜矿表面形成,纵使溶解后的金属会在黄铜矿表面形成金属氧化物或氢氧化物,但是Cu2S本身较强的疏水性这使得黄铜矿在无捕收剂的情况下也具有较好的可浮性。相比硫酸铜活化剂的最佳活化效果,铜氨配合物活化的实际矿物中,黄铜矿的回收率提高了5.21%。 (3)镍黄铁矿的浮选可根据矿浆的酸碱性分为两类——酸性浮选机理和碱性浮选机理。酸性条件下的浮选可分为三个步骤:第一步是通过金属溶解在镍黄铁矿表面形成富硫层;第二步是硫酸铜活化剂同富硫层中S0或Sn反应,活化镍黄铁矿,其活化产物Cu2S和Cu2S类似物迅速与黄药类捕收剂反应,生成CuX作为疏水性产物;最后镍黄铁矿在起泡剂和其他浮选试剂的帮助下被通入矿浆中的气泡带出,从而被捕获实现浮选。在碱性条件下的浮选也可分为三个步骤,第一步是:镍黄铁矿表面金属羟基化形成氢氧化镍或氢氧化铁,此外,添加活化剂中的Cu2+形成的Cu(OH)2,作为活化产物包裹在矿物表面。然后Cu(OH)2迅速与黄药类捕收剂反应生成疏水性CuX。最后借助起泡剂以及其他浮选试剂被通入矿浆中的气泡带出,从而实现浮选。相比二段开路现场条件下的浮选结果,酸性条件下(pH = 4)镍黄铁矿的回收率提高了3.02%。 (4)矿浆pH对黄铜矿浮选效果的影响类似于镍黄铁矿。酸性条件下,黄铜矿表面Fe和Cu迅速溶解,矿物表面形成富硫层,并且由于铁的溶解优先于铜,因而富硫层中非化学计量的CuxS增多。此外,溶解到矿浆中的Cu2+能自活化黄铜矿,形成相应的活化产物Cu2S和Cu2S类似物。加入的黄药类捕收剂同非化学计量的CuxS或是活化产物Cu2S及Cu2S类似物发生反应,生成疏水产物CuX,从而能被气泡带出实现浮选。碱性条件下,黄铜矿表面也会因为Fe和Cu的溶解而在矿物表面形成富硫层,但是溶解后的金属离子会迅速在矿物表面形成相应的金属氧化物或氢氧化物,活化剂的加入,会形成Cu(OH)2沉淀,包裹在矿物表面。作为活化产物Cu(OH)2会与黄药类捕收剂反应生成CuX,不同于酸性条件的是,该过程形成的CuX与矿物表面不直接相连,而是间隔着亲水性的Cu(OH)2包裹层,因而其活化效果不如酸性条件下。相比二段开路现场条件下的浮选结果,酸性条件(pH = 4)黄铜矿的回收率提高了10.91%。 (5)此外,我们还研究了酸性条件下浮选药剂对硫化镍铜矿可浮性的影响,通过浮选实验我们确定了最佳浮选pH为4,二段开路浮选的最佳的浮选药剂组合为:75g/t的丁黄药作捕收剂、12.7 g/t的Z-200作助捕收剂、13.4g/t的松油醇作起泡剂、扫选时添加30g/t的丁黄药。与现场浮选结果相比,在pH为4的矿浆环境中,采用我们所得的最佳药剂组合对硫化镍铜矿进行浮选,所得精矿中镍铜的回收率分别提高了5.37%和12.43%,且镁的含量也降低了4.3%。这说明该组合药剂对硫化镍铜矿有较好的浮选效果,提高精矿的工业指标的同时,降低镁含量缩减了后续的冶炼成本。