高躍升，高志勇，孫 偉

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金屬離子對礦物浮選行為的影響及機(jī)理研究進(jìn)展

高躍升，高志勇，孫 偉

(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，長沙 410083)

綜述金屬離子對礦物浮選行為的影響及機(jī)理，總結(jié)和分析直接因素(金屬離子種類、價(jià)態(tài)和濃度等)與間接因素(目的礦物類別、礦漿溶液化學(xué)條件(pH和電位)、浮選藥劑等)作用下，金屬離子對礦物浮選行為的影響規(guī)律。據(jù)此，探究特定礦漿溶液化學(xué)條件對金屬離子活化(抑制)礦物浮選的內(nèi)在原因，提出金屬離子影響礦物浮選行為的直接和間接作用機(jī)理，為理解金屬離子對礦物浮選行為的影響提供參考。

金屬離子；活化；抑制；浮選；礦物

浮選是處理和利用復(fù)雜礦物最主要的方法。在實(shí)際礦物浮選過程中，礦物溶解、人為添加、水質(zhì)等因素會使浮選體系存在不同價(jià)態(tài)的金屬離子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Al3+、Fe3+等，對浮選分離效果產(chǎn)生較大影響。一方面，金屬離子會活化某些礦物的浮選，如氧化鉛鋅礦和鎳鉬礦浮選礦漿中含有相當(dāng)濃度的Zn2+、Pb2+和Ni2+等金屬離子，會活化石英等脈石礦物，對浮選分離造成不利影響[1]。另一方面，金屬離子會抑制某些礦物的浮選，如黃鐵礦與白云石的浮選體系中，Ca2+、Mg2+和Fe3+等金屬離子與抑制劑生成金屬鹽，強(qiáng)化對白云石的抑制，從而有助于浮選分離[2]。

金屬離子對礦物浮選行為的影響在20世紀(jì)50年代被發(fā)現(xiàn)[3]。但是長期以來，文獻(xiàn)主要報(bào)道某種特定(價(jià)態(tài))的金屬離子對某種礦物浮選行為的影響，缺乏金屬離子對礦物浮選行為影響及作用機(jī)理的系統(tǒng)性總結(jié)和歸納。而且，金屬離子在礦物浮選中的作用機(jī)理，目前仍以金屬離子羥基絡(luò)合物[4]及金屬氫氧化物表面沉淀[5]兩種假說為主，解釋一些新的浮選現(xiàn)象存在困難。

為此，本文作者總結(jié)歸納了金屬離子種類與價(jià)態(tài)、目的礦物類別、礦漿溶液化學(xué)條件、浮選藥劑等因素條件下，金屬離子對礦物行為的影響行為及規(guī)律，據(jù)此提出了金屬離子與浮選藥劑及礦物表面作用的機(jī)理。

1 影響金屬離子在礦物浮選中作用的因素

浮選是一個(gè)固?液?氣混合的復(fù)雜體系。影響金屬離子在礦物浮選中作用的因素較多，可分為直接因素和間接因素。直接因素主要是指與金屬離子自身相關(guān)的因素，包括：金屬離子種類、半徑、價(jià)態(tài)及濃度等。間接因素主要是指金屬離子所處溶液化學(xué)環(huán)境相關(guān)因素，主要有目的礦物、礦漿溶液化學(xué)條件(pH、礦漿電位)、浮選藥劑制度等。

1.1 直接因素

1.1.1 金屬離子種類及價(jià)態(tài)

不同價(jià)態(tài)的金屬離子對同一種礦物浮選的作用效果不同。一般而言，一價(jià)的金屬離子對礦物的浮選行為影響較小。二價(jià)和三價(jià)的金屬離子對礦物浮選行為影響較大，但影響效果和程度存在差別。例如，Al3+、Fe3+可強(qiáng)烈地抑制藍(lán)晶石的浮選，而Ca2+、Mg2+能在一定程度上活化藍(lán)晶石浮選[6]。

在同一礦物浮選體系下，作用效果相同的兩種同價(jià)態(tài)金屬離子作用機(jī)理可能存在差異。例如，Cu2+和Ca2+均能促進(jìn)CMC在綠泥石表面的吸附，Cu2+直接吸附于綠泥石表面，降低了綠泥石與CMC的靜電排斥力而促進(jìn)CMC的吸附；而Ca2+先與CMC反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物吸附于綠泥石表面，從而利于CMC的吸附[7]。

不同種類的金屬離子之間也會互相影響。Al3+活化微斜長石，不利于其與硅線石的分離，但加入Fe3+可明顯減弱Al3+的活化能力，得到良好的浮選分離指標(biāo)[8]。因此，可以利用不同金屬離子對礦物的不同作用效果，設(shè)計(jì)分離方案。

1.1.2 金屬離子半徑及價(jià)態(tài)

金屬離子半徑及價(jià)態(tài)不同，在溶液中與其他組分的作用效果不同，對礦物浮選行為的影響不同。

一方面，不同金屬離子的半徑不同。研究發(fā)現(xiàn)，二價(jià)離子在方解石表面的吸附能力大小順序?yàn)椋篊d2+＞Zn2+≥Mn2+＞Co2+＞Ni2+＞＞Ba2+=Sr2+[9]。而且，吸附能力大小與離子的水合能相關(guān)，水合能大的離子(如Zn2+、Co2+和 Ni2+)在方解石表面的相對吸附較小。金屬離子吸附在方解石表面后，水合能小的離子Cd2+會在方解石表面形成類沉淀使礦物表面疏水，而水合能大的離子則保持水合狀態(tài)。基于金屬離子的這種作用差異，可選擇性改變礦物表面的潤濕性，調(diào)控其浮選行為。

另一方面，金屬離子的價(jià)態(tài)也與半徑相關(guān)。研究表明，金屬離子的價(jià)態(tài)對一水硬鋁石在溶液中的分散性影響較大，且多價(jià)金屬離子的影響更明顯[10]。例如，同種金屬離子的不同價(jià)態(tài)，其離子半徑不同，在溶液中的組分分布不同，對礦物浮選行為的影響不同[11]?？倽舛葹?×10?4mol/L的Fe3+與Fe2+在溶液中的存在狀態(tài)，如圖1所示。在堿性環(huán)境中，F(xiàn)e3+抑制菱鋅礦及對活化石英的能力均強(qiáng)于Fe2+的[12]。

圖1 Fe3+和Fe2+的pH?濃度對數(shù)圖[12]

1.1.3 金屬離子濃度

金屬離子的濃度不同，對礦物浮選的影響程度不同。例如，苯甲羥肟酸作捕收劑，Pb2+濃度對黑鎢礦浮選行為的影響，如圖2所示[13]。由圖2可知，Pb2+的活化效果存在最合適的濃度范圍，濃度過低不足以產(chǎn)生活化效果，濃度過高則因金屬離子與捕收劑形成沉淀而降低有效作用的捕收劑濃度，進(jìn)而減弱活化效果。

圖2 黑鎢礦回收率與添加Pb2+濃度的關(guān)系[13]

當(dāng)有利于礦物浮選的金屬離子濃度過低時(shí)，可加大其用量強(qiáng)化浮選效果。當(dāng)不利于浮選的金屬離子濃度過高時(shí)，可用選擇性吸附、沉淀或離子交換等方法減弱其對浮選的不利影響。在含鈣礦物的浮選中，溶液中的Ca2+不利于浮選操作；利用沸石離子交換作用，將Ca2+置換為影響較小的Na+，使溶液Ca2+濃度降至較低水平[14]，優(yōu)化浮選操作。

1.2 間接因素

1.2.1 目的礦物

含有同樣金屬離子的不同礦物，或者同種礦物的不同晶面上活性質(zhì)點(diǎn)的配位方式、鍵合類型、表面能等存在較大差別，造成礦物解理后表面極性、電性及溶解性等表面性質(zhì)存在差異，對礦物的浮選行為產(chǎn)生較大影響[3]。例如對于同樣含Zn的礦物，閃鋅礦(ZnS)浮選用Cu2+活化較常見[15?16]，但Cu2+對菱鋅礦(ZnCO3)的活化作用沒有文獻(xiàn)報(bào)道，這與兩種礦物的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。兩種礦物的晶體結(jié)構(gòu)，如圖3所示，閃鋅礦為等軸晶系，空間群3，===0.540 nm，=4，Zn與周圍4個(gè)S形成共價(jià)配位，常見解離面為{111}和{100}；菱鋅礦為三方晶系，空間群3，=0.465 nm，=0.465 nm，=1.503 nm，==90°，=120°，=6，Zn與周圍6個(gè)CO3基團(tuán)的6個(gè)O形成6配位的離子鍵，常見解離面為{101}。閃鋅礦與菱鋅礦晶體結(jié)構(gòu)不同，Zn的配位鍵類型及配位數(shù)存在較大差別，Cu2+對兩種礦物浮選行為的影響不同。

圖3 閃鋅礦和菱鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)

對于不同的礦物，金屬離子的作用效果可能相反。季銨鹽123C作捕收劑，金屬離子Ca2+、Mg2+可抑制一水硬鋁石的浮選，活化高嶺石的浮選[17]?；撬猁}作捕收劑，閃鋅礦的存在不會影響黃鐵礦的浮選。當(dāng)加入金屬離子Cu2+時(shí)，黃鐵礦不但未被活化，反而受到抑制[18]。紅外檢測結(jié)果表明，加入的Cu2+會優(yōu)先吸附于閃鋅礦表面，而利于捕收劑磺酸鹽的吸附，使得與黃鐵礦作用的磺酸鹽數(shù)量明顯減少。

1.2.2 礦漿pH

礦漿pH反映了金屬離子及礦物所在溶液環(huán)境中H+和OH?的相對濃度，可影響金屬離子的存在狀態(tài)及礦物的表面電性，進(jìn)而影響礦物的浮選行為[19]。研究表明，強(qiáng)酸性環(huán)境中，銅、鎳以Cu2+、Ni2+形式存在，不能活化蛇紋石浮選；當(dāng)pH＞6.5，Cu(OH)2活化效果明顯，pH>8，Ni(OH)2起一定的活化作用[20]。不同金屬離子活化幾種礦物浮選的最佳pH范圍，如表1所列[8, 13, 17, 21?24]。

表1 不同金屬離子活化幾種礦物浮選的最佳pH范圍

由表1可知，金屬離子活化礦物浮選的最適宜礦漿pH存在差別。該差別可歸因于兩個(gè)方面。一方面，不同pH下，金屬離子吸附于礦物表面的活化反應(yīng)(本研究稱為金屬離子活化步驟)不同。關(guān)于金屬離子活化步驟的差異，以閃鋅礦為例，具體結(jié)果如表2所列[25?26]。

表2 不同pH條件下金屬離子活化閃鋅礦的步驟對比

Note：M—Cu, Pb, Cd, et al; aq—in solution; s—on mineral surface; ads—at surface active sites; lattice—in lattice.

由表2可知，當(dāng)?shù)V漿pH為酸性時(shí)，金屬離子與礦物表面Zn2+通過晶格取代吸附于閃鋅礦表面，吸附較為牢固，故活化效果顯著；當(dāng)?shù)V漿pH為堿性時(shí)，金屬離子以硫化物沉淀形式吸附于閃鋅礦表面，容易重新溶解到溶液中，故活化效果減弱。因此，金屬離子活化閃鋅礦的最佳pH不在堿性范圍。抑制作用有類似的現(xiàn)象：最新的研究表明，在強(qiáng)酸性溶液中，Cu2+、Pb2+和Fe3+在礦漿溶液中以羥基絡(luò)合離子形式存在，pH分別超過6.5、8.6和2.9時(shí)，3種金屬離子形成氫氧化物，并吸附于輝鉬礦表面，過量的OH?使輝鉬礦表面親水，從而抑制輝鉬礦的浮選[27]。

另一方面，不同pH下，金屬離子組分在溶液中的溶解度存在差異。例如，黃藥作捕收劑的黃鐵礦浮選體系中，在相同的攪拌時(shí)間下，pH=3時(shí)總Fe離子濃度(60×10?6mol/L)遠(yuǎn)大于pH＞6時(shí)(接近于0 mol/L)，與浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。當(dāng)pH=3時(shí)，黃鐵礦浮選回收率達(dá)到了95%左右，pH＞6時(shí)回收率只有20%左右[28]。

1.2.3 礦漿電位

礦漿電位影響礦物表面的疏水和親水反應(yīng)，進(jìn)而影響礦物的可浮性。通常，通過加入調(diào)整劑(Na2S、Na2S2O4、(NH4)2S2O8、H2O2等)來調(diào)整礦漿電位，而且不同的調(diào)整劑，調(diào)整效果存在差別[29]。Na2S和Na2S2O4為還原劑，可下調(diào)礦漿電位，且Na2S2O4調(diào)整的電位下限更低。(NH4)2S2O8、H2O2是氧化劑，可上調(diào)礦漿電位，且H2O2調(diào)整的電位上限更高。

在實(shí)際生產(chǎn)中，礦漿電位與金屬離子之間相互影響，進(jìn)而影響礦物的浮選行為。礦漿電位可使金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而金屬離子的加入可改變礦漿電位。例如，在硫化鎳的浮選實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)e3+的加入可使礦漿電位上升，硫化鎳被抑制，且電位越高，抑制程度越高[30]，如圖4所示。計(jì)算表明，礦漿電位與金屬離子濃度之間呈正相關(guān)性，決定系數(shù)2約為0.97；在金屬離子的影響下，礦漿電位與浮選回收率之間具有負(fù)相關(guān)性，決定系數(shù)2約為0.97。

圖4 礦漿電位與硫化鎳浮選回收率及Fe3+添加溶度的關(guān)系[30]

1.2.4 浮選藥劑

礦物浮選中，常見的藥劑有捕收劑、調(diào)整劑、抑制劑等，這些藥劑會對金屬離子與礦物的作用產(chǎn)生影響。

金屬離子可促進(jìn)陰離子捕收劑在礦物表面的吸附而活化礦物的浮選行為，并減弱陽離子捕收劑與礦物的作用，而使礦物浮選受到抑制。實(shí)驗(yàn)證明，Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等金屬離子可增加礦物表面電位，使胺類捕收劑在石英、長石等礦物表面的吸附量降低，同時(shí)通過形成難溶金屬鹽而提高陰離子捕收劑油酸鈉在礦物表面的吸附量[31]。反過來，捕收劑會改變金屬離子在溶液中的組分濃度。光譜分析表明，浮選藥劑可與金屬形成螯合物，如苯甲羥肟酸可與Mn2+及Ca2+形成五元環(huán)螯合物[32?33]，減少礦漿中金屬離子濃度，同時(shí)改變礦物與藥劑的作用方式。此外，藥劑還會影響金屬離子組分的溶解行為。例如，黃鐵礦浮選體系中，添加黃藥后，總鐵濃度比添加前的增加1倍[28]。

金屬離子對抑制劑與礦物的作用也有影響。糊精作為常見的抑制劑，當(dāng)直接作用于黃鐵礦表面時(shí)，紅外光譜結(jié)果顯示其吸附量很少，當(dāng)用Fe2+和Pb2+預(yù)處理后吸附量分別達(dá)到0.45mg/g和0.3mg/g，表明一些金屬離子的存在可促進(jìn)糊精在黃鐵礦表面的吸附[34]。

金屬離子與不同pH調(diào)整劑共同作用下，礦物的浮選行為存在差別。與NaOH作調(diào)整劑相比，Na2CO3作為調(diào)整劑時(shí)，F(xiàn)e3+的加入可使螢石和金紅石的浮選回收率均提高，且兩種礦物回收率差值變大，可優(yōu)化浮選分離條件[35]。

2 金屬離子影響礦物浮選行為的機(jī)理

由于浮選體系的復(fù)雜性以及礦物及浮選藥劑的多樣性，金屬離子在礦物浮選中的作用效果及機(jī)理存在多樣性?？蓺w納為，金屬氫氧化合物與礦物表面的作用(或金屬離子與礦物表面的間接作用)，以及金屬離子與浮選藥劑及礦物表面的直接作用。前者是經(jīng)典的機(jī)理解釋，后者是近年來研究的熱點(diǎn)，也代表著未來的主要研究方向。

2.1 金屬離子與礦物表面的間接作用

本質(zhì)上而言，金屬離子羥基絡(luò)合物理論和金屬氫氧化物沉淀理論均為金屬離子與OH?作用后附著在礦物表面，故本文作者將二者概括為金屬離子與礦物表面的間接作用。

2.1.1 金屬離子羥基絡(luò)合物

FUERSTENAU等[4]指出，金屬離子與礦漿中的OH?形成絡(luò)合物，絡(luò)合物的OH?與礦物(主要是氧化礦和硅酸鹽礦)表面吸附的OH?脫水結(jié)合，使金屬離子固定在礦物表面起作用，如圖5所示。在多數(shù)情況下，金屬離子與礦物的作用機(jī)理可以用該假說解釋。

圖5 金屬離子羥基絡(luò)合物在礦物表面形成示意圖

例如，油酸鈉作捕收劑，Ca2+的加入可活化石英浮選，這是由于Ca(OH)+的存在并吸附在石英表面，增加了石英表面動電位，有利于油酸鈉在石英表面的吸附[36]。石英?Ca2+?水溶液體系的組分分布與回收率的關(guān)系，如圖6所示。表明，在表面金屬離子羥基絡(luò)合物成分占主導(dǎo)時(shí)，石英浮選回收率最高[37]。

此外，BURDUKOVA等[38]借助飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(TOF-SIMS)研究了抑制劑羧甲基纖維素(CMC)在滑石底面的吸附行為，發(fā)現(xiàn)溶液中存在Ca2+時(shí)，滑石表面的CaOH+活性點(diǎn)增加，可與CMC發(fā)生酸堿作用，導(dǎo)致CMC在滑石底面的吸附密度增加。

圖6 石英回收率與表面組分的對應(yīng)關(guān)系[37]

XPS測試表明[39]，F(xiàn)e3+作用后石英表面產(chǎn)生了Fe2p電子峰，驗(yàn)證了鐵氫氧絡(luò)合物FeOOH的存在。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+是通過形成金屬離子羥基絡(luò)合物，活化石英的浮選。

2.1.2 金屬氫氧化物表面沉淀

JAMES等[5]提出，礦物?水溶液界面上的金屬氫氧化物沉淀溶度積比在溶液中更小。因此，在礦物?水溶液界面上容易形成金屬氫氧化物，進(jìn)而影響礦物與藥劑的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在礦物表面不容易形成金屬羥基絡(luò)合物的情況下，金屬氫氧化物沉淀可活化礦物的浮選[40]。而且，礦物表面羥基與金屬離子氫氧絡(luò)合物形成的表面沉淀構(gòu)型，比礦物表面與金屬離子氫氧絡(luò)合物脫水結(jié)合形成的構(gòu)型更穩(wěn)定，如圖7所示。

原位ATR檢測表明[41]，F(xiàn)e2+活化閃鋅礦浮選時(shí)，閃鋅礦表面有Fe(OH)2沉淀的存在，并會與磺酸鹽形成共沉淀，改善了閃鋅礦表面的疏水性。通過平衡常數(shù)計(jì)算溶液組分，將Cu2+在石英表面的吸附量與Cu2+濃度對數(shù)?pH圖對比可知，在Cu2+吸附最高值時(shí)，Cu2+恰好以Cu(OH)2沉淀的形式存在[24]，如圖8所示。

圖7 金屬氫氧化物沉淀在礦物表面形成示意圖

圖8 銅吸附量與分布狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系[24]

2.2 金屬離子在礦物表面的直接作用

2.2.1 金屬離子直接與礦物表面作用

金屬離子與礦物表面發(fā)生作用，主要有兩種形式，一種是與礦物表面溶解離子生成新物質(zhì)影響礦物浮選。在Cu2+活化閃鋅礦的過程中，Cu2+會與閃鋅礦溶解的S2?生成Cu2S和CuS等銅硫化物(礦漿電位不同產(chǎn)物不同)，這些銅硫化物起活化作用[42]，得到了分子模擬及XPS檢測的證實(shí)[43]。吸附測定及XPS分析表明，黃銅礦被Cu2+活化時(shí)，黃銅礦表面的S2?濃度變低，而Cu2+濃度升高，并存在Cu—S鍵[44]，證實(shí)了類似銅硫化物的存在。Cu2+活化黃鐵礦時(shí)，XPS分析表明，Cu2+主要與黃鐵礦表面的S單體作用產(chǎn)生CuS，并與S—S二聚體產(chǎn)生CuS2，計(jì)算模擬表明，黃鐵礦的晶面{100}和解離面{100}是銅離子作用的主要暴露面[45]。

另一種形式是金屬離子直接吸附在礦物表面，或金屬離子發(fā)生晶格取代[9]，以離子交換的形式吸附在礦物表面，期間可能伴隨化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)受動力學(xué)和熱力學(xué)因素的影響，需考慮晶格排布、離子半徑以及礦物表面各向異性等因素的影響。Pb2+可以活化白鎢礦和方解石的浮選。從晶體化學(xué)角度分析，Pb2+與Ca2+的離子半徑接近，利于Pb2+以離子交換的形式吸附在兩種含鈣礦物表面。另外，CaWO4和PbWO4的溶度積負(fù)對數(shù)pKsp分別為9.3和10.08[46]，溶度積大的物質(zhì)（PbWO4）更易形成，這為Pb2+與白鎢礦和方解石的Ca2+發(fā)生離子交換創(chuàng)造有利條件，使Pb2+牢固地結(jié)合在礦物表面。再以閃鋅礦為例，檢測表明，閃鋅礦表面吸附的Cu2+濃度與游離在溶液中的Zn2+濃度相近[25]，兩種金屬離子半徑接近，且XPS分析表明閃鋅礦表面存在Cu+和多硫化物，可能Cu2+先與Zn2+發(fā)生離子交換，接著晶格周圍的S2?使Cu2+還原為Cu+[47]，同理可解釋Ni2+對閃鋅礦的活化。

2.2.2 金屬離子直接與藥劑反應(yīng)

金屬離子可與藥劑直接發(fā)生反應(yīng)，作用方式有多種。有些發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物直接起作用，如Cu2+可將黃藥氧化成雙黃藥，后者在硫化鎳的浮選中起捕收作用[30]。有些發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀或難溶金屬鹽，反應(yīng)過程消耗藥劑，如Fe3+可與捕收劑油酸鈉生成溶度積較小的金屬鹽，使礦漿中油酸鈉濃度降低，起到抑制作用[48]。另外，有些金屬離子(如Mn2+、Ca2+)與藥劑(如苯甲羥肟酸)發(fā)生螯合反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物(如五元環(huán)螯合物)使礦物表面性質(zhì)的改變，影響浮選過程[49]。

中南大學(xué)胡岳華、孫偉等的最新研究表明[50?51]，新型絡(luò)合物捕收劑(Pb2+與苯甲羥肟酸BHA)可顯著提高白鎢礦、錫石等戰(zhàn)略礦物資源的選擇性回收。傳統(tǒng)方法為，首先加入Pb2+作為活化劑，然后加入BHA捕收。新方法為，將Pb2+與BHA提前混合，反應(yīng)后的產(chǎn)物HO-Pb-BHA作為捕收劑。該捕收劑在柿竹園公司三個(gè)選廠成功進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，鎢綜合回收率提高8%，目前正在寧化行洛坑鎢礦推廣使用。

金屬離子不僅與捕收劑作用，還可與其他浮選藥劑發(fā)生反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，Cu2+、Pb2+可與硫化劑(Na2S)水解產(chǎn)物HS?反應(yīng)生成硫化物沉淀，從而促進(jìn)硫化效果和菱鋅礦的浮選[52]。此外，金屬離子與抑制劑的反應(yīng)是產(chǎn)生抑制效果的重要機(jī)理[53]。如六偏磷酸鈉使方解石表面活性質(zhì)點(diǎn)Ca2+轉(zhuǎn)向液相，從而抑制了方解石的浮選[54]。

3 結(jié)論

1) 金屬離子對礦物浮選影響的直接因素，包括金屬離子種類、價(jià)態(tài)及濃度等。金屬離子種類、半徑、價(jià)態(tài)不同，在礦物表面的作用方式不同。例如，當(dāng)金屬離子半徑與礦物表面活性離子半徑接近時(shí)，易發(fā)生離子交換作用。另一方面，金屬離子對礦物浮選的影響效果存在最適宜的濃度，溶度過低則作用效果不明顯，濃度過高會消耗浮選藥劑。

2) 金屬離子對礦物浮選影響的間接因素，包括目的礦物、礦漿pH、礦漿電位以及浮選藥劑等。目的礦物表面結(jié)構(gòu)(礦物晶格、活性原子配位數(shù)、常暴露面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì))決定金屬離子的作用特點(diǎn)；不同pH下金屬離子的存在形式不同；礦漿電位與金屬離子濃度存在較強(qiáng)的相關(guān)性；不同礦漿溶液化學(xué)條件下，金屬離子成分與藥劑組分的反應(yīng)有差異。

3) 金屬離子影響礦物浮選的間接作用機(jī)理，可理解為，OH?作為橋梁，以金屬離子與OH?的結(jié)合物的形式與礦物表面作用。根據(jù)結(jié)合物種類可分為金屬離子羥基絡(luò)合物和金屬氫氧化物表面沉淀，二者可能同時(shí)存在。

4) 金屬離子與礦物表面的直接作用存在兩種形式。一種形式是金屬離子與礦物表面溶解離子生成新物質(zhì)或吸附在礦物表面作用；另一種形式是直接在礦物表面與藥劑反應(yīng)。對于特定的浮選體系，金屬離子的兩種作用形式可能同時(shí)存在，如在Cu2+活化閃鋅礦的浮選過程。

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(編輯 王 超)

Research progress of influence of metal ions on mineral flotation behavior and underlying mechanism

GAO Yue-sheng, GAO Zhi-yong, SUN Wei

(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)

The influence of metal ions on mineral flotation behavior and the underlying mechanisms were reviewed in this work. The relative direct factors (category, valence state and concentration of metal ions) and indirect factors (mineral of interest, solution pH and potential, and flotation reagent) were summarized and analyzed. Accordingly, the direct and indirect interaction mechanisms of the activation or depression effect of metal ions on mineral flotation were outlined, which improves better understanding of the role of metal ion in mineral flotation.

metal ion; activation; depression; flotation; mineral

Project(2017CX007) supported by Innovation Driven Plan of Central South University, China; Project (51404300) supported by National Natural Science Foundation of China; Projects(2015M570689, 2016T90762) supported by China Postdoctoral Science Foundation; Project(2015JJ3141) supported by Hunan Provincial Natural Science Foundation of China; Project(2016zzts462) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Central South University, China

2016-02-24; Accepted date:2016-07-21

GAO Zhi-yong; Tel: +86-731-88830623; E-mail: zhiyong.gao@csu.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.04.024

1004-0609(2017)-04-0859-10

TD923

A

中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動計(jì)劃”項(xiàng)目(2017CX007)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51404300)；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015M570689，2016T90762)；湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015JJ3141)；中南大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2016zzts462)

2016-02-24；

2016-07-21

高志勇，副教授，博士；電話：0731-88830623；E-mail: zhiyong.gao@csu.edu.cn