低品位硫化镍矿中含镍硫化矿物同步疏水的理论与技术研究

【摘要】：随着高品位硫化镍矿资源储量的不断减少,对低品位硫化镍矿的开发显得日益重要。低品位硫化镍矿中的镍金属主要以镍黄铁矿的形式存在,但镍黄铁矿与磁黄铁矿和黄铁矿紧密共生且嵌布粒度不均,难以单体解离。为了解决低品位硫化镍矿难以浮选回收的问题,提高镍资源利用率,提出了含镍硫化矿物同步疏水的思想。为实现这一目标,首先针对低品位硫化镍矿中主要的含镍硫化矿物镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铁矿的基本性质从热力学、电化学和第一性原理计算的角度进行了研究,然后考察了浮选矿浆体系中存在的捕收剂、难免金属离子和矿浆调整剂对硫化矿物浮选行为和表面产物的影响。通过以上系统研究,得出了硫化矿物在矿浆中表面产物和疏水性的变化规律,形成了硫化矿物同步疏水调控机制,将之与镁硅酸盐矿物同步分散／抑制理论结合,开发出适合处理低品位硫化镍矿的强化浮选技术。本文的主要研究内容和结论如下： (1)硫化镍矿中主要硫化矿物的浮选行为及疏水产物 采用热力学、浮选试验、电化学和表面XRD分析等方法研究了硫化矿物在自诱导、硫诱导和捕收剂诱导浮选时表面发生的电化学反应和表面产物,得到了不同条件下硫化矿物的同步疏水pH区间。 根据溶液化学原理,绘制了FeS2-H2O系,FeS-H2O系,(Ni, Fe)9S8-H2O系和NiS-H2O系的Eh-pH图,分析表明,低品位硫化镍矿中的主要硫化矿物均存在适当的Eh, pH区间使矿物表面生成单质硫实现表面疏水；硫化矿物自诱导浮选的主要疏水产物为金属离子溶出后形成的缺金属硫化物和单质硫S0；硫诱导浮选的主要疏水产物为溶液中HS-被氧化吸附在矿物表面的单质硫S0；黄药类捕收剂在硫化矿物表面的主要疏水产物为双黄药；三种硫化矿物在自诱导浮选中的同步疏水区间为：4pH7,硫诱导浮选的同步疏水区间为：2.6pH11,捕收剂诱导浮选的同步疏水区间为：2pH11,加入捕收剂使硫化矿物的同步疏水区间扩大,有利于实现其同步疏水。(2)硫化矿物的电子结构及对矿物浮选行为的影响 采用基于密度泛函的第一性原理对几种镍铁硫化矿物的电子结构进行计算,得到硫化矿物的导电类型和表面活性质点并讨论其对矿物浮选行为的影响。 能带结构分析表明：黄铁矿和针镍矿属于直接带隙p型半导体,镍黄铁矿和磁黄铁矿为金属导体。p型半导体导带电子少容易接收捕收剂的电子,因此捕收剂更容易与黄铁矿作用,而镍黄铁矿和磁黄铁矿为金属导体,与捕收剂作用能力相近；态密度和分态密度分析表明：在所研究的几种镍铁硫化矿物中铁原子的活性最强,镍原子活性次之,因此镍铁硫化矿物中铁原子优先溶出,且表面活性质点的差异导致矿物浮选行为的差异。 (3)硫化镍矿矿浆中主要的难免金属离子及其对硫化矿物腐蚀电化学行为的影响 通过对矿浆溶液的分析确定了硫化镍矿浮选矿浆体系中存在的主要难免金属离子,并用静电位、Tafel极化曲线、循环伏安法和交流阻抗等方法研究了其对矿物腐蚀行为的影响。 硫化镍矿浮选矿浆中存在以Mg2+、Ni2+、Fe3+和Cu2+为主的难免金属离子,各金属离子均会增大磁黄铁矿与黄铁矿和镍黄铁矿的静电位差,增强电偶腐蚀,增大磁黄铁矿与镍黄铁矿和黄铁矿的表面差异。Mg2+使镍黄铁矿表面腐蚀速率增加,却使磁黄铁矿和黄铁矿腐蚀速率降低；Ni2+在低浓度(5×10-4mol·L-1)下对三种硫化矿物的表面氧化有较强的抑制作用,在较高浓度(≥1×10-3mol·L-1)下抑制作用减弱；Fe3+能加速硫化矿物表面的氧化,作用较短时间就可使矿物表面生成大量疏水性物质(S0),延长作用时间会使矿物表面的疏水性物质被氧化为亲水性物质,降低矿物表面疏水性；Cu2+通过置换反应在镍黄铁矿表面形成疏水性的CuS使镍黄铁矿表面疏水性增加。 (4)矿浆调整剂对硫化矿物疏水性的影响及硫化矿物同步疏水调控机制 通过考察调整剂对硫化矿物表面润湿性、表面电性、捕收剂吸附量、浮选行为和腐蚀行为的影响,确定了实现硫化矿物同步疏水调控的关键因素。 矿浆调整剂CMC和古尔胶会降低硫化矿物的疏水性和回收率；捕收剂PAX与调整剂CMC和古尔胶在硫化矿物表面发生竞争吸附,优先加入捕收剂可以减弱调整剂对硫化矿物的抑制作用,增加捕收剂在矿物表面的吸附量提高硫化矿物疏水性和回收率。 (5)低品位硫化镍矿强化浮选技术 将硫化矿物同步疏水机理与脉石矿物同步分散／抑制机理结合,提出了低品位硫化镍矿强化浮选技术,针对含镍0.53%,铜0.27%的低品位硫化镍矿进行工业试验,得到镍品位5.68%,铜品位3.14%的铜镍混合精矿,镍和铜的回收率分别为80.23%和88.05%,与该选厂原流程生产指标相比,在原矿镍品位和精矿镍品位相近的情况下,镍和铜的回收率分别提高了3.04%和9.92%。