复杂多金属硫化矿优先浮选分离条件及机理分析

1 多金属硫化矿分离的核心难点

多金属硫化矿分离过程呈现多尺度、多因素耦合的复杂特征。矿物间可浮性差异的模糊化构成首要挑战。纯矿物浮选试验显示，在 pH=8.5 的矿浆环境中，黄铜矿与方铅矿的浮游速率常数分别为 0.82min^- ¹和 0.79min^-1 ，这种微小差距导致实际分选过程中铜铅互含严重。更棘手的是，矿物表面氧化会进一步缩小这种差异：暴露于空气中 2 小时后，闪锌矿的表面接触角可从 65^∘ °降至 42^∘ °，而黄铜矿的接触角仅变化 5^∘ °，这种动态变化使浮选条件控制窗口变窄。

矿浆体系中难免离子的干扰作用具有隐蔽性和累积性。黄铜矿氧化溶解产生的 Cu²⁺ 在浓度达到 时，就能通过化学吸附活化闪锌矿表面，使抑制剂硫酸锌的用量需增加 3 倍以上才能达到同等抑制效果。铅离子的影响更为复杂，它既能在方铅矿表面形成Pb（OH）₂亲水膜起抑制作用，又能与闪锌矿表面的硫空位结合形成活化位点，这种双重作用取决于矿浆 ΔpH 值与离子浓度的动态平衡。某铅锌矿的生产实践表明，循环水中Pb²⁺ 浓度超过 5×10^-4mol/L 时，锌精矿铅含量会从 0.8% 骤升至 3.2% 。

2 优先浮选分离条件优化研究

2.1 磨矿细度对矿物解离的影响

磨矿作业作为浮选前的关键环节，其细度参数直接决定矿物单体解离度与后续分选效率。矿物单体解离度（LiberationDegree）指目的矿物单体颗粒质量占该矿物总质量的百分比，是衡量磨矿效果的核心指标。磨矿介质与流程选择对解离效果产生重要影响。湿式球磨机采用不同材质磨球时，铁介质会使矿物表面产生硫化铁污染，导致闪锌矿可浮性异常升高，而陶瓷介质可减少这种化学干扰，但磨矿效率降低 15%-20% 。高压辊磨-球磨联合流程较传统球磨流程，在相同能耗下可使矿物解离度提高 8%-12% ，这种高效解离技术特别适用于处理致密块状嵌布的多金属硫化矿。某矿山应用该联合流程后，铅锌分离的药剂用量减少 18% ，同时实现了磨矿回路的节能降耗。

2.2 捕收剂体系的选择与配比优化

捕收剂作为浮选分离的"分子开关"，其种类选择与配比设计直接决定矿物表面疏水性差异的调控效果。黄药类捕收剂（如丁基黄药、戊基黄药）凭借成本优势仍广泛应用于硫化矿浮选，但其选择性不足的问题在多金属分离中尤为突出。纯矿物浮选试验表明，丁基黄药对方铅矿与闪锌矿的捕收能力比值仅为 1.5：1，导致铅锌分离指标不理想。通过引入硫氮类捕收剂（如 Z-200），这一选择性比值可提升至3.8：1，其分子结构中的-CS-NH-基团能与 Pb²⁺ 形成更强的螯合作用，而对 Z_n²⁺ 的吸附能力较弱，这种选择性识别机制为高纯度铅精矿的获得提供可能。

组合用药策略通过药剂间的协同作用突破单一药剂性能瓶颈。"乙硫氮+ 丁铵黑药"的混合体系在铜铅分离中表现出优异性能，当二者摩尔比为3：2 时，铜对铅的分离系数达到45.6，较单独使用乙硫氮提高2.1 倍。这种增效机制涉及三个方面：空间位阻效应减少药剂在非目的矿物表面的非选择性吸附；电子效应改变捕收剂分子的前线轨道能量，增强与目标金属离子的键合能力；疏水链间的范德华力促进吸附层的紧密排列。某铅锌矿的工业试验证实，采用"异戊基黄药 +25 号黑药"（配比 4：1）替代传统丁基黄药，锌精矿铅含量从 2.8% 降至 0.9% ，同时药剂总用量减少 12% 。

2.3 调整剂对浮选环境的调控机制

调整剂通过改变矿浆化学环境与矿物表面性质，实现目的矿物与脉石的可浮性差异放大。 pH 值作为浮选体系最基本的化学参数，通过影响矿物表面羟基化程度与药剂存在形态发挥调控作用。石灰作为最常用的 ΔpH 调整剂，在矿浆中通过溶解产生的 ΔOH^- 离子，使矿浆 ΔpH 值升至 10-12，此时闪锌矿表面形成亲水的 Zn(OH ）₂沉淀层，而方铅矿表面仍保持硫化物特性，这种选择性抑制效应是铅锌优先浮选的理论基础。碳酸钠在 pH 缓冲能力上表现更优，其碳酸根离子可与矿浆中的 Ca²⁺ 、 Mg²⁺ 形成可溶性络合物，避免高碱条件下氢氧化物沉淀对矿物表面的污染，特别适用于含镁硅酸盐脉石较多的矿石。

活化剂通过化学吸附或离子交换，在矿物表面创造新的捕收剂作用位点。硫酸铜作为闪锌矿的经典活化剂，其 Cu²⁺ 离子可与闪锌矿表面的 S² ⁻ 发生置换反应，形成具有强疏水性的 CuS 类产物，使闪锌矿的浮选回收率从 15% 提升至 90% 以上。这种活化作用存在临界浓度阈值，当 Cu²⁺ 浓度超过 3×10^- ⁴mol/L 时，会导致过量铜离子在脉石矿物表面吸附，引发"活化泡沫"现象。硝酸铅对方铅矿的活化机制则不同， Pb²⁺ 通过与矿物表面的缺陷位点结合，形成 Pb-S 键，增强黄药类捕收剂的吸附强度，在复杂铅锌矿浮选中，硝酸铅的最佳添加点应控制在粗选段，用量通常为50-150g/t_⨀ 。

抑制剂通过选择性吸附降低矿物表面疏水性，实现多金属分离的精准调控。氰化物作为传统抑制剂，通过与 Cu²⁺ 、 Zn²⁺ 形成稳定络合物，有效抑制闪锌矿和黄铁矿，但存在剧毒和环境风险。新型有机抑制剂如巯基乙酸钠，对闪锌矿的抑制效率达到氰化物的 85% ，且 LD₅ ₀ 值（大鼠经口）大于 2000mg/kg ，属于低毒化学品。某铅锌矿采用"亚硫酸钠 + 硫酸锌"组合抑制剂替代氰化物，在保持铅精矿品位 65% 的同时，实现了废水的循环利用，年减少氰化物排放 120 吨。抑制剂的作用效果高度依赖矿浆电化学环境，当矿浆氧化还原电位（Eh）从 -100mV 升至 +200mV 时，重铬酸钾对黄铁矿的抑制效率提高 35% ，这与矿物表面形成的 Fe³⁺ -羟基络合物数量增加直接相关。

结语：

综上所述，通过对复杂多金属硫化矿优先浮选分离条件的系统研究，可以得出以下结论：矿物解离度与磨矿细度之间存在非线性关系，过细或过粗的磨矿均不利于目标矿物的有效回收；捕收剂的选择性和选择性配比对提高精矿品位具有决定性作用，而新型环保型捕收剂的研发将为行业带来新的发展机遇；调整剂的合理使用不仅能够优化浮选环境，还能显著降低环境污染风险。未来的研究应着重关注浮选药剂的绿色化发展，以及智能化控制技术在浮选过程中的应用，以实现资源高效利用与环境保护的双赢目标。

参考文献：

[1]邱廷省，杨雯慧，邱仙辉，等.复杂多金属硫化矿低碱浮选分离技术研究进展[J].有色金属（选矿部分），2024，（11）： 1-11+32 .