氧化对毒砂可浮性的影响①

李洪祥，代淑娟，赵英杰

（辽宁科技大学 矿业工程学院，辽宁 鞍山114051）

砷是有色金属冶炼的杂质元素，冶炼原料对砷含量有严格要求［1］。砷通常存在于毒砂中，毒砂中含砷量高达46.01%，且毒砂常与其他金属矿物共生，硫化矿精矿降砷是选矿厂的必然之举［2］。同时，毒砂也是制取砷的主要原料［3］。相关研究表明，毒砂具有较强的氧化特性，并且氧化前后可浮性发生一定程度变化，所以研究毒砂的氧化特性对其可浮性的影响具有较大理论与现实意义［4］。多年来众多学者从理论上研究毒砂表面氧化过程来寻找毒砂与共生矿物分离的有效途径［5-7］。但关于毒砂可浮性与氧化特性之间规律的研究仍显不足。本文采用红外光谱计算CO2双峰峰面积的方式对比毒砂在不同介质中氧化程度的变化，同时利用接触角检测判断矿物氧化前后润湿性的改变，并通过浮选试验进一步观察氧化前后毒砂可浮性的变化，从而得出不同氧化条件对毒砂浮选效果的影响。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验原料

试验原料为湖南某选厂的毒砂纯矿物，该矿物通过锤击和XZM振动磨碎磨至-0.074 mm。碎磨后的产品用牛皮纸封存，防止产品被空气中的氧气氧化。

矿石化学多元素分析结果见表1。可见毒砂伴生有石英等矿物。

表1 毒砂化学多元素分析结果（质量分数）／%

1.2 试验方法

1.2.1 毒砂氧化试验

空气氧化试验：室温、湿度适中条件下，将多份硫化矿纯矿物均匀铺在培养皿中自然静置氧化，考察在空气中氧化时毒砂氧化程度及其相应的可浮性。

水中氧化试验：室温条件下，取10 g毒砂置于烧杯中，加入去离子水26 mL，将烧杯置于转速350 r／min的磁力搅拌器上氧化，考察在水中氧化时毒砂氧化程度及其相应的可浮性。

氧化剂氧化试验：高锰酸钾和过氧化氢用量均为400 g／t，将毒砂分别置于高锰酸钾和过氧化氢溶液中，搅拌转速350 r／min，考察氧化剂氧化时毒砂氧化程度及其相应的可浮性。

1.2.2 浮选试验

取不同氧化条件下的毒砂2 g，在矿浆浓度9%、矿浆pH值7、丁基黄药用量200 g／t（搅拌3 min）、2＃油用量50 mg／L（搅拌0.5 min）条件下进行单矿物浮选，浮选时间3 min，计算毒砂上浮率。

1.2.3 检测方法

取少许氧化矿样压片，将压好的矿样进行接触角测量，同一矿样测量4次取平均值作为最终值。

矿石里的碳酸盐随着氧化程度增强不断生成CO2，由于2 350 cm-1处表征CO2的双吸收峰的选择性好，并且可以实现原位分析，本文通过红外光谱记录2 360 cm-1和2 340 cm-1的CO2吸收峰，同时采用积分方法对CO2吸收峰进行积分，根据双吸收峰峰面积的变化规律判断毒砂氧化程度的强弱。

2 试验结果及分析

2.1 空气氧化对毒砂可浮性的影响

毒砂在空气中氧化时氧化程度对其可浮性的影响如图1所示。

由图1可知，未经氧化的毒砂上浮率为40.12%。6～18 h范围内，随着氧化时间增加，毒砂氧化程度增大，接触角减小，毒砂上浮率逐渐减小，氧化时间18 h时毒砂上浮率40.15%；18～24 h范围内，随着氧化时间增加，毒砂接触角增大、峰面积增加，这可能是毒砂氧化不均匀导致毒砂上浮率升高。0～12 h内，随氧化时间延长，毒砂CO2双峰峰面积逐渐增加，证明毒砂氧化程度增强。可见毒砂置于空气中氧化能促进其可浮性。

图1 空气中氧化对毒砂可浮性的影响

2.2 水中氧化对毒砂可浮性的影响

毒砂在水中氧化时氧化程度与其上浮率的关系如图2所示。

图2 水中氧化对毒砂可浮性的影响

由图2可知，随着氧化时间增加，毒砂接触角大体呈降低趋势，CO2双峰峰面积呈上升趋势，表明毒砂氧化程度增大，毒砂上浮率呈下降趋势（除氧化时间1.0 h外）。毒砂在水中氧化会抑制其可浮性。

2.3 氧化剂氧化对毒砂可浮性的影响

2.3.1 氧化时间对毒砂可浮性的影响

添加适当的氧化剂，可使毒砂表面氧化亲水。氧化剂氧化时毒砂上浮率与氧化程度的关系如图3所示，其中K表示高锰酸钾、H表示过氧化氢。

由图3可知，氧化剂为高锰酸钾时，毒砂上浮率随着氧化时间增加呈降低趋势，30 min时，毒砂上浮率最小，为3.4%；氧化时间大于20 min时，峰面积随着氧化时间增加而逐渐增大，接触角变化趋势较小。氧化剂为过氧化氢时，10 min时，毒砂上浮率最低，为11.93%，但随着氧化时间增加，上浮率呈增加趋势，但都低于未经氧化的毒砂；氧化时间30 min时，峰面积最大，毒砂上浮率较小；毒砂接触角变化幅度较小。可见毒砂在氧化剂中氧化会抑制其可浮性。

图3 氧化时间对毒砂可浮性的影响

2.3.2 氧化剂用量对毒砂可浮性的影响

氧化剂用量对毒砂氧化程度及上浮率的影响如图4所示。

图4 氧化剂用量对毒砂可浮性的影响

由图4可知，氧化剂用量低于200 g／t时，能促进毒砂可浮性，但其可浮性仍低于原矿。高锰酸钾用量400 g／t时毒砂上浮率5.84%，过氧化氢用量600 g／t时毒砂上浮率20.85%，但此时毒砂双吸收峰峰面积均最小。随着2种药剂用量变化，毒砂接触角变化趋势相似。相同氧化时间和药剂用量条件下，高锰酸钾氧化后的毒砂可浮性比过氧化氢氧化后的毒砂可浮性更弱。这与文献［8］研究结果一致。

3 结 论

1）毒砂在水中氧化时，随着氧化时间增长，毒砂CO2双峰峰面积呈上升趋势，表明毒砂氧化程度增大，同时发现毒砂在水中的氧化速率高于在空气中的氧化速率；氧化剂对毒砂的氧化效果强于空气和水2种介质。

2）毒砂置于空气中氧化一定时间可以促进其可浮性，在水及氧化剂中氧化时，毒砂可浮性受到了一定程度抑制。

3）矿物表面发生轻微氧化可能会促进毒砂可浮性；氧化程度较深时，毒砂可浮性会受到较强的抑制。