李洪祥，代淑娟，趙英杰

（遼寧科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山114051）

砷是有色金屬冶煉的雜質(zhì)元素，冶煉原料對(duì)砷含量有嚴(yán)格要求［1］。砷通常存在于毒砂中，毒砂中含砷量高達(dá)46.01%，且毒砂常與其他金屬礦物共生，硫化礦精礦降砷是選礦廠的必然之舉［2］。同時(shí)，毒砂也是制取砷的主要原料［3］。相關(guān)研究表明，毒砂具有較強(qiáng)的氧化特性，并且氧化前后可浮性發(fā)生一定程度變化，所以研究毒砂的氧化特性對(duì)其可浮性的影響具有較大理論與現(xiàn)實(shí)意義［4］。多年來(lái)眾多學(xué)者從理論上研究毒砂表面氧化過(guò)程來(lái)尋找毒砂與共生礦物分離的有效途徑［5-7］。但關(guān)于毒砂可浮性與氧化特性之間規(guī)律的研究仍顯不足。本文采用紅外光譜計(jì)算CO2雙峰峰面積的方式對(duì)比毒砂在不同介質(zhì)中氧化程度的變化，同時(shí)利用接觸角檢測(cè)判斷礦物氧化前后潤(rùn)濕性的改變，并通過(guò)浮選試驗(yàn)進(jìn)一步觀察氧化前后毒砂可浮性的變化，從而得出不同氧化條件對(duì)毒砂浮選效果的影響。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為湖南某選廠的毒砂純礦物，該礦物通過(guò)錘擊和XZM振動(dòng)磨碎磨至-0.074 mm。碎磨后的產(chǎn)品用牛皮紙封存，防止產(chǎn)品被空氣中的氧氣氧化。

礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。可見毒砂伴生有石英等礦物。

表1 毒砂化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 毒砂氧化試驗(yàn)

空氣氧化試驗(yàn)：室溫、濕度適中條件下，將多份硫化礦純礦物均勻鋪在培養(yǎng)皿中自然靜置氧化，考察在空氣中氧化時(shí)毒砂氧化程度及其相應(yīng)的可浮性。

水中氧化試驗(yàn)：室溫條件下，取10 g毒砂置于燒杯中，加入去離子水26 mL，將燒杯置于轉(zhuǎn)速350 r／min的磁力攪拌器上氧化，考察在水中氧化時(shí)毒砂氧化程度及其相應(yīng)的可浮性。

氧化劑氧化試驗(yàn)：高錳酸鉀和過(guò)氧化氫用量均為400 g／t，將毒砂分別置于高錳酸鉀和過(guò)氧化氫溶液中，攪拌轉(zhuǎn)速350 r／min，考察氧化劑氧化時(shí)毒砂氧化程度及其相應(yīng)的可浮性。

1.2.2 浮選試驗(yàn)

取不同氧化條件下的毒砂2 g，在礦漿濃度9%、礦漿pH值7、丁基黃藥用量200 g／t（攪拌3 min）、2＃油用量50 mg／L（攪拌0.5 min）條件下進(jìn)行單礦物浮選，浮選時(shí)間3 min，計(jì)算毒砂上浮率。

1.2.3 檢測(cè)方法

取少許氧化礦樣壓片，將壓好的礦樣進(jìn)行接觸角測(cè)量，同一礦樣測(cè)量4次取平均值作為最終值。

礦石里的碳酸鹽隨著氧化程度增強(qiáng)不斷生成CO2，由于2 350 cm-1處表征CO2的雙吸收峰的選擇性好，并且可以實(shí)現(xiàn)原位分析，本文通過(guò)紅外光譜記錄2 360 cm-1和2 340 cm-1的CO2吸收峰，同時(shí)采用積分方法對(duì)CO2吸收峰進(jìn)行積分，根據(jù)雙吸收峰峰面積的變化規(guī)律判斷毒砂氧化程度的強(qiáng)弱。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 空氣氧化對(duì)毒砂可浮性的影響

毒砂在空氣中氧化時(shí)氧化程度對(duì)其可浮性的影響如圖1所示。

由圖1可知，未經(jīng)氧化的毒砂上浮率為40.12%。6～18 h范圍內(nèi)，隨著氧化時(shí)間增加，毒砂氧化程度增大，接觸角減小，毒砂上浮率逐漸減小，氧化時(shí)間18 h時(shí)毒砂上浮率40.15%；18～24 h范圍內(nèi)，隨著氧化時(shí)間增加，毒砂接觸角增大、峰面積增加，這可能是毒砂氧化不均勻?qū)е露旧吧细÷噬摺?～12 h內(nèi)，隨氧化時(shí)間延長(zhǎng)，毒砂CO2雙峰峰面積逐漸增加，證明毒砂氧化程度增強(qiáng)?？梢姸旧爸糜诳諝庵醒趸艽龠M(jìn)其可浮性。

圖1 空氣中氧化對(duì)毒砂可浮性的影響

2.2 水中氧化對(duì)毒砂可浮性的影響

毒砂在水中氧化時(shí)氧化程度與其上浮率的關(guān)系如圖2所示。

圖2 水中氧化對(duì)毒砂可浮性的影響

由圖2可知，隨著氧化時(shí)間增加，毒砂接觸角大體呈降低趨勢(shì)，CO2雙峰峰面積呈上升趨勢(shì)，表明毒砂氧化程度增大，毒砂上浮率呈下降趨勢(shì)（除氧化時(shí)間1.0 h外）。毒砂在水中氧化會(huì)抑制其可浮性。

2.3 氧化劑氧化對(duì)毒砂可浮性的影響

2.3.1 氧化時(shí)間對(duì)毒砂可浮性的影響

添加適當(dāng)?shù)难趸瘎?，可使毒砂表面氧化親水。氧化劑氧化時(shí)毒砂上浮率與氧化程度的關(guān)系如圖3所示，其中K表示高錳酸鉀、H表示過(guò)氧化氫。

由圖3可知，氧化劑為高錳酸鉀時(shí)，毒砂上浮率隨著氧化時(shí)間增加呈降低趨勢(shì)，30 min時(shí)，毒砂上浮率最小，為3.4%；氧化時(shí)間大于20 min時(shí)，峰面積隨著氧化時(shí)間增加而逐漸增大，接觸角變化趨勢(shì)較小。氧化劑為過(guò)氧化氫時(shí)，10 min時(shí)，毒砂上浮率最低，為11.93%，但隨著氧化時(shí)間增加，上浮率呈增加趨勢(shì)，但都低于未經(jīng)氧化的毒砂；氧化時(shí)間30 min時(shí)，峰面積最大，毒砂上浮率較??；毒砂接觸角變化幅度較小。可見毒砂在氧化劑中氧化會(huì)抑制其可浮性。

圖3 氧化時(shí)間對(duì)毒砂可浮性的影響

2.3.2 氧化劑用量對(duì)毒砂可浮性的影響

氧化劑用量對(duì)毒砂氧化程度及上浮率的影響如圖4所示。

圖4 氧化劑用量對(duì)毒砂可浮性的影響

由圖4可知，氧化劑用量低于200 g／t時(shí)，能促進(jìn)毒砂可浮性，但其可浮性仍低于原礦。高錳酸鉀用量400 g／t時(shí)毒砂上浮率5.84%，過(guò)氧化氫用量600 g／t時(shí)毒砂上浮率20.85%，但此時(shí)毒砂雙吸收峰峰面積均最小。隨著2種藥劑用量變化，毒砂接觸角變化趨勢(shì)相似。相同氧化時(shí)間和藥劑用量條件下，高錳酸鉀氧化后的毒砂可浮性比過(guò)氧化氫氧化后的毒砂可浮性更弱。這與文獻(xiàn)［8］研究結(jié)果一致。

3 結(jié) 論

1）毒砂在水中氧化時(shí)，隨著氧化時(shí)間增長(zhǎng)，毒砂CO2雙峰峰面積呈上升趨勢(shì)，表明毒砂氧化程度增大，同時(shí)發(fā)現(xiàn)毒砂在水中的氧化速率高于在空氣中的氧化速率；氧化劑對(duì)毒砂的氧化效果強(qiáng)于空氣和水2種介質(zhì)。

2）毒砂置于空氣中氧化一定時(shí)間可以促進(jìn)其可浮性，在水及氧化劑中氧化時(shí)，毒砂可浮性受到了一定程度抑制。

3）礦物表面發(fā)生輕微氧化可能會(huì)促進(jìn)毒砂可浮性；氧化程度較深時(shí)，毒砂可浮性會(huì)受到較強(qiáng)的抑制。