基于矿物晶体与表面化学的铜镍硫化矿浮选基础研究

摘要

铜镍硫化矿矿石性质复杂，具有嵌布粒度不均匀、自然可浮性差、易被氧化、易过粉碎、脉石矿物易泥化及与硫化铁矿物具有相似的可浮性等特点，且存在矿物颗粒间易发生异相凝聚，导致铜镍矿浮选指标差，很大程度上制约着我国铜镍资源的高效利用。铜镍硫化矿中镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿和蛇纹石等矿物对铜镍硫化矿浮选影响较大，研究这几种矿物的晶体结构、表面性质与浮选行为三者之间的关系和浮选药剂对矿物间的交互作用产生聚集与分散行为的影响，有助于更深入的了解矿物的晶体化学特性、浮选规律和交互影响作用机理，为铜镍硫化矿浮选提供理论基础。 针对镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿和蛇纹石5种单矿物，通过单矿物浮选、溶液化学计算和动电位测试等手段，研究矿物晶体结构、表面电性及自然可浮性的关系。研究表明:镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿的零电点分别为4.8、5.4、2.0、3.8，蛇纹石的零电点为9.7。铜镍硫化矿在自然pH值浮选条件下蛇纹石表面荷正电，其它矿物都荷负电。在丁基钠黄药浮选体系中，铜镍硫化矿中黄铜矿天然可浮性较强，镍黄铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿较弱;蛇纹石可浮性差，且无选择性。 在丁基钠黄药体系中，结合矿物晶体化学和浮选溶液化学，研究了铜镍硫化矿各单矿物自然可浮性和各种调整剂作用之后的浮选行为，分析了金属离子及无机调整剂对5种单矿物可浮性的影响规律，结果表明:钙离子在不同pH值条件下对镍黄铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿有一定的抑制作用。铁离子对镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿有较强的抑制作用，酸性条件下对磁黄铁矿起到一定抑制作用，对蛇纹石有活化作用。铜离子对镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿和蛇纹石都有明显的活化作用，在不同pH值条件下有所差异，而对黄铜矿无明显效果。在较大pH值范围内，硫化钠对镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿和蛇纹石有较强抑制作用;在酸性和弱碱性条件下，硫化钠对黄铁矿有一定抑制作用。碳酸钠对黄铁矿、磁黄铁矿有很强抑制作用，对镍黄铁矿、黄铜矿和蛇纹石影响不大。六偏磷酸钠和水玻璃在较大pH值范围内对镍黄铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿和蛇纹石有较强抑制作用，在碱性条件下对黄铜矿有一定抑制作用。 以铜镍硫化矿中的代表矿物镍黄铁矿、黄铜矿和蛇纹石为研究对象，通过人工混合矿试验、Zeta电位测试、表面润湿性、颗粒间作用能计算、扫描电镜分析，研究了不同粒级的蛇纹石对铜镍硫化矿的相互作用，不同调整剂对分选铜镍矿与蛇纹石的分离效果和蛇纹石的抑制机理。研究结果表明:铜镍硫化矿浮选过程中蛇纹石抑制镍黄铁矿、黄铜矿，同时增加精矿中的MgO含量，蛇纹石的含量越多、粒度越细对铜镍矿的浮选影响越大。磷酸盐类调整剂和硅酸盐类调整剂都能提高镍黄铁矿、黄铜矿与蛇纹石的分离效果，其中六偏磷酸钠效果最好，水玻璃次之，氟硅酸钠和磷酸三钠最差。通过表面润湿性、Zeta电位测试等计算了矿物间的相互作用能，无调整剂时镍黄铁矿、黄铜矿与蛇纹石的相互作用能为负值，颗粒之间相互吸引，产生凝聚。颗粒间的间距随蛇纹石粒径变小而减小，从而增大了颗粒间的吸引力，加剧凝聚。添加调整剂六偏磷酸钠和水玻璃，在pH=9条件下使蛇纹石表面电性由正变负，使黄铜矿、镍黄铁矿表面电性更负，表面产生产生静电斥力，矿物间的相互作用能为正值，形成相互排斥，从而消除异相凝聚。 云南水源铜镍硫化矿中有用矿物为镍黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿，脉石矿物主要为蛇纹石、石英。根据前期的基础研究，本文采用碳酸钠、硫酸铜和六偏磷酸钠组合调整剂，调节pH值，抑制黄铁矿、磁黄铁矿，活化镍黄铁矿，增大黄铜矿、镍黄铁矿与脉石矿物蛇纹石之间的总E-DLVO势能。通过条件试验和开闭路试验，确定了“二段粗选+二段精选+二段扫选”的工艺流程，在磨矿细度为-0.074mm占70％，Na2CO3用量1000g/t，六偏磷酸钠用量300g/t，CuSO4用量200g/t，捕收剂用量150g/t、2#油用量40g/t时，闭路试验最终选别出合格混合精矿指标为铜、镍品位为4.87％、3.05％，铜、镍回收率为84.39％、78.83％。 以单矿物试验和机理研究为依据，对吉林磐石铜镍矿进行了选矿试验研究。结果表明，采用“快速浮选+异步浮选+两次精选+两次扫选”工艺流程，可以获得混合精矿Ni品位为7.47％，Ni回收率为82.57％; Cu品位为2.19％，Cu回收率为91.73％的浮选指标。通过扫描电镜、EDS能谱和XRD分析浮选精矿和浮选尾矿，以硫酸铜为活化剂、碳酸钠和六偏磷酸钠为调整剂对铜镍硫化矿有很好的降镁并提高精矿品位的效果。 论文研究成果丰富了铜镍硫化矿浮选的理论体系，为难选铜镍硫化矿浮选提供了新思路，对铜镍硫化矿的浮选实践具有指导意义。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1国内外铜镍资源开发利用现状

1．1．1国内外铜镍资源特点

1．1．2主要铜镍硫化矿的矿物学特性

1．2铜镍硫化矿浮选技术与理论研究现状

1．2．1铜镍硫化矿选矿工艺研究现状

1．2．2铜镍硫化矿浮选药剂研究现状

1．3铜镍硫化矿的晶体化学研究现状

1．3．1矿物晶体化学概述

1．3．2非硫化矿浮选晶体化学研究现状

1．3．3铜镍硫化矿浮选晶体化学研究现状

1．4矿物间交互作用研究现状

1．4．2矿物间交互作用机理研究

1．5本文研究的意义和研究内容

第2章试验样品、试剂、设备及研究方法

2．1试样的采集与制备

2．2试验试剂

2．3仪器设备

2．4研究方法

2．4．1单矿物表面清洗与浮选试验

2．4．2矿物动电位的测定

2．4．5扫描电镜分析

2．4．6接触角测试

第3章铜镍硫化矿中矿物晶体结构、表面电性与可浮性

3．1铜镍硫化矿中矿物晶体结构和物理性质

3．1．1镍黄铁矿的晶体结构和物理性质

3．1．2黄铜矿的晶体结构和物理性质

3．1．3黄铁矿的晶体结构和物理性质

3．1．4磁黄铁矿的晶体结构和物理性质

3．1．5蛇纹石的晶体结构和物理性质

3．2铜镍硫化矿中矿物表面电性及可浮性

3．2．1丁基钠黄药的溶液化学

3．2．2镍黄铁矿的表面电性及可浮性

3．2．3黄铜矿的表面电性及可浮性

3．2．4黄铁矿的表面电性及自然可浮性

3．2．5磁黄铁矿的表面电性及可浮性

3．2．6蛇纹石矿的表面电性及可浮性

3．2．6纯矿物晶体化学特征的差异分析

3．3本章小结

第4章铜镍硫化矿体系单矿物的可浮性研究

4．1金属阳离子对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．1．1钙离子对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．1．2铁离子对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．1．3铜离子对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2无机阴离子调整剂对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2．1硫化钠对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2．2碳酸钠对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2．3六偏磷酸钠对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2．4水玻璃对单矿物可浮性的影响及作用机理

4．2．5各种药剂对矿物可浮性的影响规律

4．3本章小结

第5章颗粒间交互作用对矿物浮选分离的影响及其调控

5．1铜镍硫化矿与蛇纹石交互影响研究

5．1．1不同粒度蛇纹石与镍黄铁矿交互影响研究

5．1．1不同粒度蛇纹石与黄铜矿交互影响研究

5．2调整剂对铜镍硫化矿与蛇纹石分离试验研究

5．2．1磷酸盐类调整剂对蛇纹石与铜镍矿分离试验研究

5．2．2硅酸盐类调整剂对蛇纹石与铜镍矿分离试验研究

5．3调整剂对矿物表面ζ-电位研究

5．4 DLVO与扩展DLVO理论

5．5矿物在不同介质中的表面润湿性研究

5．5．1自然矿物的表面润湿性研究

5．5．2丁基钠黄药作用后矿物的表面润湿性研究

5．6不同矿物颗粒间相互作用能的影响

5．6．1不同粒级蛇纹石对镍黄铁矿作用能影响

5．6．1不同粒级蛇纹石对黄铜矿作用能影响

5．7调整剂对多矿相颗粒间相互作用能的影响

5．7．1几种调整剂对蛇纹石与镍黄铁矿相互作用能的影响

5．7．2几种调整剂对黄铜矿与蛇纹石相互作用能的影响

5．8本章小节

第6章云南水源铜镍硫化矿浮选试验

6．1工艺矿物学研究

6．1．1岩矿分析

6．1．2矿物元素分析和物相分析

6．1．3有用矿物的嵌布粒度分析

6．2云南水源铜镍混合浮选试验研究

6．2．1磨矿细度试验研究

6．2．2矿浆pH值调整剂试验

6．2．3六偏磷酸钠用量试验

6．2．4活化剂CuSO4用量试验

6．2．5捕收剂种类及用量试验

6．2．6浮选开路试验研究

6．2．7浮选闭路流程试验

6．3本章小结

第7章吉林磐石铜镍硫化矿浮选试验

7．1工艺矿物学研究

7．1．1矿石性质分析

7．1．2矿石元素分析及物相分析

7．1．3有用矿物的嵌布粒度分析

7．2吉林低品位铜镍硫化矿分选试验研究

7．2．1磨矿细度试验

7．2．2碳酸钠用量试验

7．2．3分散剂种类和用量试验

7．2．4活化剂用量试验

7．2．5捕收剂种类、配比及用量试验

7．2．6浮选时间及快速浮选动力学研究

7．2．7开闭路浮选试验

7．2．8扫描电镜分析

7．2．9产品性质分析

7．3本章小结

第8章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间取得的学术成绩

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