氧化铜矿物浮选的表面硫化研究进展

程鹏

大冶有色金属有限责任公司丰山铜矿 435232

摘要：氧化铜矿石普遍具有城府复杂和处理提取处理困难等问题，自然界中的铜资源大量以低品位氧化铜的矿石的形式存在。但是氧化铜具有较好的浮选性，表面硫化在氧化铜矿石浮选中应用较为广泛，大量业界和学界专家针对氧化铜矿石表面硫化等浮选方式展开了深入研究并得到了有效结论。本文就氧化铜矿石性状、表面硫化浮选法的应用及其优劣势三项内容进行了分析。

关键词：氧化铜；硫化浮选法；硫化影响；研究进展

一、氧化铜矿石的性质

目前全球大量开采的氧化铜矿石主要为孔雀石和蓝铜矿，随着氧化铜矿石，选矿技术和铜金属冶炼技术的深化发展，硅孔雀石和赤铜矿也成为了较好的氧化铜矿石原料。^[3]铜矿资源开发效率与氧化铜矿石的性质密切相关。从形成机制来看，氧化铜矿床主要是由地表浅层的硫化铜矿床在暴露于地表完成氧化反应的基础上，长期累积形成，其反应需要氧气、二氧化碳、地下水和有机生物共同作用，因此矿床所在的气候和自然地理条件，决定了其氧化铜的具体成分和性状。同一铜矿当中可能会存在较为复杂的氧化铜矿物类型，会掺杂大量泥土，矿石松散程度、分选难度也会存在较大的差异。^[4]

二、氧化铜矿物表面硫化浮选法应用分析

（一）氧化铜矿石的选矿方法

基于氧化铜矿石元素成分构成复杂、混杂泥沙土石、难以自然分选的性质，以上性状在国产氧化铜矿石当中表现尤为突出。在长期的铜矿开采和经验积累基础上，国内外广泛采用了浮选法这一相对环保的氧化铜矿石选别工艺，实现了以较低成本和较简单的工艺广泛开展氧化铜矿石选矿的工作目标。浮选法适用于组成成分和性质相对简单的氧化铜矿石，在实操层面主要体现为添加脂肪酸类等捕收剂完成浮选回收和添加硫化剂完成浮现回收的两类氧化铜矿石浮选法。^[5]

直接浮选法和硫化浮选法的差异，主要体现在捕收剂的适用和选矿效率等方面。直接浮选法通常不添加活化剂，而是选用脂肪酸、胺类、乳浊液等做作为捕收剂。^[6]这类方法在氧化铜矿石选矿工作当中应用相对较早，但是其缺点主要体现为选矿有效性和针对性均较差、对于捕收剂的依赖性较强、缺少高效捕收剂、收入成本比不占优势等。硫化浮选法是近年来应用较为广泛的氧化铜矿石选矿方法，其特征主要体现为在氧化铜矿石中先添加硫化剂候再添加捕收剂，通过硫化使得氧化铜矿物表面难以浮现的成分可浮性较好的氧化铜薄膜层，对于捕收剂的适用性也较好。^[7]

（二）操作原理与过程简述

氧化铜矿物的硫化处理可以通过表面硫化、机械硫化、水热硫化等方式实现，其中表面硫化具有引起低成本和高浮选效率实现了较为广泛的应用。

从操作原理来看，表面硫化是运用硫化剂促进浮选的一种矿石处理机制。氧化铜矿石添加硫化剂后经过水解反应和电解反应可以形成一个吸附于氧化铜矿石表面的硫化薄膜层，此时氧化铜矿石表面具有较好的黄药吸附性，其疏水性也得到显著改善。^[8]

机械硫化侧重物理干预，主要机制是对氧化铜矿石施加快速高频高强度的冲击，使得氧化铜矿石的物理性质发生转变，增加矿石与硫化剂的接触面和反应效率等，以此优化矿石浮选效果。^[8]

水热硫化同样采用物理干预方式，在硫化剂与氧化铜矿石接触反应的过程中通过水热敏感温度调节控制叠加高压的方式促进反应发生，最终形成具有较高疏水性的铜蓝。^[9]

对比来看，氧化铜矿物的各类硫化浮选措施中，表面硫化在操作简便性、成果有效性、成本可控性、环境控制性和反应安全性等方面均具有比较优势，适合工业规模化应用的需求，在当前的氧化铜矿石浮选处理方面应用也最为广泛。

（三）表面硫化浮选法的影响因素

国内外大量学者基于影响硫化浮选法的各项因素展开了深入探讨并形成了有效结论，硫化剂浓度，矿浆酸碱浓度、矿浆温度和硫化反应时间是认可度较高的四项影响因素。

从硫化剂浓度因素来看，高浓度的硫化剂可能会影响捕收剂作用机制和浮选反应效率。目前常用的硫化机为硫化钠，常用的捕收剂为黄药（即“烷基黄原酸盐”）。过高浓度的硫化钠会抑制氧化铜矿石表面硫化后对黄药的吸附作用效率，进而对铜矿颗粒浮选反应产生负面影响。^[10]

从矿浆温度来看，参考水热硫化机制，在氧化铜矿物浮选表面硫化过程中增加高温环境因素能够有效改变矿物表面和体相载流子的能级、浓度等性质，加快化学反应，进而获得更充分的表面硫化成果。但是适应氧化铜浮选需求，将温度控制在60度左右最为合适。^[12]

三、氧化铜矿物硫化浮选法研究进展总结

（一）硫化浮选法的应用优势

从氧化铜矿物的表面硫化浮选的应用优势来看，主要集中在两个方面。其一是能够有效提高反应活性，提升氧化铜矿石与捕收剂之间的反应效率，提供了一种成本可控的难选氧化铜处理机制；其二是能够有效克服氧化铜矿物接触面有限的局限，通过硫化作用增大矿石表面的接触面积和作用范围，进而增强氧化铜矿石的表面可浮性，节约用料成本

^[14]。

（二）硫化浮选法研究的不足与展望

总结生产应用经验，氧化铜矿物的表面硫化浮选法也存在一定的局限性，其优化方向集中于2个方面。其一是表面硫化受多重因素影响，敏感性较高，比如过量的氧化剂使用可能会导致反应活性下降进而对铜矿石与捕收剂之间作用的活性产生负面抑制作用，因此整合实验数据和工业数据构建表面硫化规范指引对于提升氧化铜矿物浮选效率具有重要意义；其二是表面硫化浮选法常用的硫化机为硫化钠，反应过程中消耗量较大，在成本控制方面还有较大的优化空间，近年来部分学者提出了多硫化钠等物质替代硫化钠作为硫化机的实验机制^[15]。

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