方铅矿表面亲水性及浮选抑制机理研究进展

方铅矿是重要的硫化铅矿物,具有良好的可浮性,常与其他可浮性相近的金属硫化矿伴生,导致浮选分离困难。介绍了晶体结构和晶格缺陷、半导体性质、表面氧化、矿浆pH、矿浆电位等因素影响方铅矿亲水性的内在原理,综述了无机抑制剂、有机抑制剂、组合抑制剂等抑制剂的浮选抑制机理。研发无毒、环保的高效单一选择性抑制剂和组合抑制剂是方铅矿浮选分离研究的重要方向。

方铅矿与微细粒方解石在矿物浮选分离中的异相凝聚机理研究

本研究发现微细粒方解石会影响方铅矿的浮选回收,试验研究表明在pH=9、丁基黄药用量为80 mg/L时方铅矿浮选效果最佳。但在此条件下,方铅矿与微细粒方解石的人工混合矿中,方铅矿的浮选受到了明显的抑制,浮选效果较差。针对这一现象分析并探究方铅矿与微细粒方解石之间的相互作用机理。通过浊度分析、扫描电子显微镜分析、能谱分析、ICP测量,XPS分析、Zeta电位测量等发现,方铅矿与微细粒方解石之间发生了异相凝聚。通过研究两者的相互作用机理发现,单一的方铅矿在试验所研究的pH范围内荷负电,未检测到其等电点,单一的方解石等电点pH约为8.5,当pH=9时单一的方解石与单一的方铅矿均荷负电,颗粒间表现的作用能为相互排斥,二者之间不会发生凝聚现象;但在方铅矿和方解石的人工混合矿中却发生了凝聚,其原因为矿浆中的方解石解离出一定数量的钙离子,钙离子通过水解作用生成羟基钙,羟基钙是导致异相凝聚的关键粒子,羟基钙荷正电,吸附在方铅矿的表面,从而改变方铅矿表面的Zeta电位,使得方解石和方铅矿表面电位相反,通过粒子之间的相互作用力使二者发生异相凝聚。这一新发现为浮选过程中脉石矿物的预抑制和科学的化学配比调整提供了参考。

量子化学在方铅矿浮选中的应用研究进展

铅作为国家战略资源,其赋存矿物方铅矿分离回收至关重要,浮选法是分离方铅矿最重要的方法。量子化学以其独特的微观视角,为方铅矿浮选分离研究提供了新思路。随着高性能计算和AI技术的飞速发展,量子化学已成为矿物浮选研究不可或缺的工具。本文深入探讨了量子化学在方铅矿浮选中的应用研究进展,通过矿物晶体化学、固体物理及配位化学等多维度分析,探讨了新型捕收剂与抑制剂在浮选分离中的应用效果,并展示了量子化学在浮选药剂设计、矿物表面特性研究及药剂-矿物界面作用机制方面的最新进展;指出了准确构建初始模型与科学设置计算参数在量子化学计算中的重要性。展望未来,随着AI技术的赋能,量子化学将在方铅矿浮选体系研究中发挥更加广泛而重要的作用。基于AI机器学习的低标度和线性标度量子化学方法的发展及应用,能够对更大的矿物-药剂体系进行准确的计算模拟;此外,结合机器学习能够进一步发展基于量子化学的高精度深度势分子动力学力场,能够对复杂溶液体系进行高精度的分子动力学模拟,从而更加准确描述药剂与方铅矿作用的动态过程,为铅矿资源的高效、清洁、精细化利用提供理论和方法支撑。

磁化时间对丁铵黑药强化方铅矿可浮性的影响机理

为阐明磁化时间对交变磁场磁化预处理捕收剂丁铵黑药改善方铅矿浮选效果的影响机制,采用表面张力、红外光谱以及接触角等手段,分别对不同磁化时间下磁化丁铵黑药作用后的方铅矿样品进行表征。结果表明,交变磁场磁化丁铵黑药可显著改善方铅矿的可浮性,与未磁化丁铵黑药相比,当磁化时间为10 min,电流频率为1.5 MHz,线圈匝数为100 N时,可使方铅矿回收率提高13.04个百分点。上述磁化预处理条件可使丁铵黑药溶液的表面张力降低10.95 mN/m,丁铵黑药中N—H键的相对比例增大2.36%,从而增强了丁铵黑药的起泡能力。此外磁化丁铵黑药作用的方铅矿样品的接触角增大了13.89°,表明磁化预处理可强化丁铵黑药与方铅矿的作用程度,并改善方铅矿的浮选效果。

ICP-AES法测定方铅矿中多元素的方法研究

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）进行方铅矿中多元素同时测定。通过对方铅矿样品化学处理试验建立了HCl-NH4Cl-HNO3的溶矿体系。本体系采用基体匹配、背景系数和元素干扰系数校正及元素内标法确定了最佳综合实验测试条件。本实验建立的ICP-AES法同时测定方铅矿中镉、钴、铜、铁、铟、铅、锌7种元素的方法。本方法测量相对误差RE（n=8）为1．50％。7．50％。相对标准偏差RSD（n=8）为1．7％-5．7％。经国家一级标准物质GBW07269分析验证可以满足方铅矿单矿物样品的分析要求。

空位缺陷对方铅矿电子结构及浮选行为影响的密度泛函理论

利用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法,计算含有硫空位和铅空位的方铅矿的电子结构,并讨论空位缺陷对方铅矿可浮性的影响。计算结果表明,铅空位缺陷使方铅矿费米能级降低,带隙变窄;而硫空位缺陷则使方铅矿费米能级升高,带隙变宽,同时,方铅矿的半导体类型由p型变为n型。空位缺陷引起的电荷布居数变化改变晶体中电子运动的状态,从而影响方铅矿的浮选行为。

方铅矿-石灰-乙硫氮体系电化学调控浮选

运用电化学电位调控浮选理论，对方铅矿石灰乙硫氮体系进行研究。结果表明：在高碱介质中，石灰不仅仅是作为矿浆ｐＨ的调整剂，还表现出对特定的矿浆电位有很好的稳定作用，而这一特定的矿浆电位正是方铅矿的浮选电位；与黄药相比，乙硫氮是方铅矿更好的选择性捕收剂。电位调控浮选在两个矿山的生产实践表明，未加闪锌矿抑制剂，实现了铅锌铁硫化矿的有效浮选分离，其中铅精矿品位分别提高０．７３％和１．８９％，铅的回收率分别提高２．２４％和６．５８％，锌的回收率分别提高４．６３％和４．１９％，同时，两个矿山的每吨原矿药剂成本均下降１０元左右。这一研究成果使电化学调控捕收剂浮选在生产实践中成功应用迈出了一步。

臭氧?过氧化氢联合浸出方铅矿

在盐酸溶液中,以臭氧和过氧化氢为氧化剂、三氯化铁为助浸剂联合浸出方铅矿精矿制备氯化铅,考察各种操作参数对铅浸出率的影响。实验结果表明:搅拌速率为500 r/min、氯化钠初始质量浓度为250 g/L、反应温度为90℃、反应时间为180 min、三氯化铁初始质量浓度为25 g/L、过氧化氢初始质量浓度为6.66 g/L、盐酸初始浓度为0.3 mol/L、臭氧进口氧气流量为1.0 L/min是臭氧-过氧化氢联合浸出方铅矿的最佳操作参数,此时铅的浸出率达99.5%,产物氯化铅纯度达99.6%。

方铅矿高碱浮选流程的电化学

研究了方铅矿在无捕收剂和有捕收剂浮选体系中 ,尤其是在强碱性介质中的电化学行为。结果表明 :pH >12 .5 ,电位Eh <0 .17V条件下 ,方铅矿的表面氧化产物是S0 和HPbO2 -,同时由于HPbO2 -的溶解 ,方铅矿表面会出现S0 过剩 ,过剩S0 的疏水作用有利于方铅矿浮选 ;而此时闪锌矿、黄铁矿由于过渡氧化而受抑制。二乙基二硫代氨基甲酸盐 (DDTC)是方铅矿最有效的捕收剂。DDTC和方铅矿作用生成疏水产物二乙基二硫代氨基甲酸铅 (PbD2 )的合适电位是 0～ 0 .2V ,同时 ,DDTC的存在还会抑制方铅矿表面的过度氧化 ,疏水产物PbD2 在矿物表面牢固吸附 ,在 -0 .9～ 0 .

方铅矿浮选的机械电化学行为

运用机械电化学技术 ,研究了磨矿介质类型、机械力的大小对矿物电极电位和表面反应电流的影响 ,并考察了矿物与矿物之间 ,矿物与介质之间存在的腐蚀电偶作用 ,发现这些作用会对硫化矿表面的氧化还原反应机制产生影响 ,进而影响到矿物表面的疏水和亲水性。

氧分子在黄铁矿和方铅矿表面的吸附

采用密度泛函理论对氧分子在黄铁矿和方铅矿表面的吸附进行研究。计算结果表明:黄铁矿和方铅矿表面经历了较小的弛豫;氧分子在黄铁矿和方铅矿表面都呈解离吸附状态,且在黄铁矿表面的吸附能远低于在方铅矿表面的吸附能;在黄铁矿表面上,氧原子分别与铁原子和硫原子键合,电子由铁原子和硫原子转移到氧原子上,主要由硫的3p态、氧的2p态和铁的3d态参与反应,铁与氧之间形成d→p反馈键,而在方铅矿表面上,氧原子只与硫原子键合,主要由硫的3p态、氧的2p态和铅的6p态参与反应,未形成反馈键;氧吸附后黄铁矿表面产生键合的铁原子和氧原子都产生自旋现象,而方铅矿表面原子及吸附的氧原子仍然是低自旋态的。

四川会东大梁子铅锌矿床锗富集于方铅矿中的新证据

由于锗的离子半径与锌的离子半径相近,一般认为铅锌矿床中的锗主要与锌发生类质同像赋存于闪锌矿中,但也有证据表明,铅锌矿床中的锗也可富集于方铅矿中。对四川会东大梁子大型铅锌矿床进行了电子探针研究,锗特征X射线面扫描结果表明:该铅锌矿床原生矿石中方铅矿中的锗含量明显高于闪锌矿中的锗含量,且锗均匀分布在方铅矿中,没有出现明显高于本底的富集点,初步推测锗在方铅矿中以类质同像的形式存在。该结果为铅锌矿床锗富集于方铅矿中提供了新证据。

空位缺陷对氧分子在方铅矿(100)表面吸附的影响

应用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,采用广义梯度近似(GGA)和平面波超软赝势方法,研究空位缺陷对氧分子在方铅矿(100)表面吸附行为的影响,并比较和分析它们及理想表面的Mulliken电荷布居、电子密度差图和态密度等。结果表明:铅空位比硫空位难形成,两种空位缺陷表面对氧分子有强烈的化学吸附作用,其吸附能均高于理想表面的,说明空位缺陷可以促进氧分子在方铅矿表面的吸附。氧分子在理想表面及铅空位表面发生了解离吸附,氧原子与硫原子形成了共价键;氧分子在硫空位表面没有发生解离吸附,氧原子与表面的铅原子表现出较强的离子相互作用力。

氧化剂在刺槐豆胶浮选分离方铅矿和闪锌矿中的作用及机理

通过浮选试验、吸附量测试及X线光电子能谱分析(XPS),研究氧化剂高锰酸钾在刺槐豆胶浮选分离方铅矿和闪锌矿中的作用,考察高锰酸钾强化刺槐豆胶抑制闪锌矿的作用机理。研究结果表明:使用丁黄药为捕收剂时,方铅矿和闪锌矿可浮性均较好,刺槐豆胶对方铅矿和闪锌矿均有较强的抑制作用,二者难以分离。在有氧化剂高锰酸钾存在时,少量刺槐豆胶就能完全抑制闪锌矿的上浮,而对方铅矿的抑制作用较弱,因此联合使用高锰酸钾和刺槐豆胶能够实现方铅矿和闪锌矿的浮选分离。刺槐豆胶主要通过与闪锌矿表面生成的氧化产物发生化学反应而吸附在闪锌矿表面,高锰酸钾的加入使闪锌矿表面生成了更多的氧化产物,显著提高了刺槐豆胶在闪锌矿表面的吸附量,导致其对闪锌矿的抑制效果增强。

Nocardia在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附

研究了Nocardia在不同影响因素条件下在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附.结果表明:Nocardia在黄铁矿和方铅矿表面可发生明显的选择性吸附,在黄铁矿表面的最大吸附率为96.99%;而在方铅矿表面的吸附率为20%左右;两种矿物表面的吸附在较短的时间内即可达到平衡;pH值是影响Nocardia在两种矿物表面发生选择性吸附的关键因素,当pH为3～10时,选择性吸附现象明显;而当矿浆浓度超过6 g/L和菌液浓度为0.5～4 g/L时,有利于选择性吸附;温度对吸附效果影响较小.扫描电镜检测结果表明,Nocardia细胞外膜表面的菌丝是重要的吸附位;矿物解理面状态、Nocardia表面基团的桥连作用和静电力是导致选择性吸附的关键.

方铅矿原生电位浮选及应用

采用原生电位浮选技术 ,实现了铅锌硫化矿的电位调控浮选。方铅矿原生电位浮选条件为 :二乙基二硫氮氨基甲酸盐(DDTC)做捕收剂 ,pH >12 .5 ,矿浆原生电位Eop<0 .17V。石灰作为矿浆pH调整剂 ,还表现出对特定矿浆电位的良好的稳定作用。该工艺在凡口铅锌矿等复杂铅锌多金属硫化矿矿山的工业应用表明 ,铅、锌各项选矿指标均得到较大幅度提高 ,显示出巨大推广前景。

Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附作用机理

运用吸附量测定、ζ-电位研究、红外光谱和X射线光电子能谱分析,探讨Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面的选择性吸附作用机理。结果表明,在其他实验条件固定的情况下,当溶液的初始pH值大于5时,Mycobacterium Phlei在黄铁矿表面的吸附量远远大于方铅矿;静电作用不是致使Mycobacterium Phlei在黄铁矿和方铅矿表面产生选择性吸附的主要作用力;Mycobacterium Phlei细胞表面的C、N和O元素通过矿物表面的Fe,Pb和S元素与矿物表面发生了化学吸附,而且与黄铁矿表面元素的作用程度大于方铅矿。矿物的表面结构及其性质、细胞表面基团与矿物表面金属离子的键合作用大小可能是致使Mycobacterium Phlei产生选择性吸附的主要原因。

磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响

利用SEM、XPS及浮选试验考察磨矿介质对方铅矿表面性质和浮选行为的影响。结果表明,采用瓷介质与铁介质磨矿时,方铅矿表面形态、表面氧化产物及浮选行为存在明显差异。采用瓷介质磨矿时,方铅矿的浮选效果明显好于采用铁介质磨矿的情形,更有利于方铅矿的浮选回收。采用铁介质磨矿时,方铅矿表面粗糙,腐蚀严重,存在大量的非晶质化亲水性的PbSO4和FeOOH是造成方铅矿表面亲水性增强,浮选回收率低的主要原因。

磨矿环境对方铅矿和闪锌矿矿浆化学性质的影响

研究了磨矿环境对方铅矿、闪锌矿单矿物及双矿物磨矿矿浆化学性质的影响。结果表明,采用瓷介质磨矿时,单矿物体系的矿浆化学性质主要受硫化矿物局部电池作用的影响,双矿物体系的矿浆化学性质同时受硫化矿物自身局部电池和矿物间伽伐尼电偶双重作用的影响;采用铁介质磨矿时,无论是单矿物体系还是双矿物体系,均同时存在硫化矿物、磨矿介质自身局部电池的作用和磨矿介质与硫化矿物之间伽伐尼电偶的作用,另外,双矿物体系中还存在硫化矿物之间的伽伐尼电偶作用。因此,矿浆化学性质受铁介质磨矿的影响更为复杂和显著。

鞣酸对方铅矿及黄铁矿的抑制作用

通过浮选试验发现有机抑制剂鞣酸能强烈抑制方铅矿和黄铁矿的浮选而对黄铜矿浮选影响较小.通过吸附量、紫外光谱、循环伏安扫描及交流阻抗法研究了鞣酸对方铅矿和黄铁矿的抑制机理.结果表明:鞣酸吸附在方铅矿和黄铁矿表面,增大了矿物表面的法拉第反应电阻;鞣酸能够影响乙基黄药在方铅矿和黄铁矿表面的电化学反应,阻碍部分乙基黄药在方铅矿和黄铁矿表面吸附.鞣酸本身的亲水性以及能够减少乙基黄药在矿物表面疏水产物的生成,是鞣酸能够强烈抑制黄铁矿及方铅矿浮选的原因.