PHGMS在黄铜矿-钼矿分离过程中的性能下降是由于之前的浮选作业造成的

《Powder Technology》：PHGMS performance deterioration for chalcopyrite-molybdenite separation arose from prior flotation

铜钼分离过程中高梯度磁选效率下降源于残留浮选药剂与金属离子协同作用形成的复合颗粒，通过表面修复技术可有效恢复分离性能。

　　

李晓伟|陶明宇|薛子星|刘健|戴普林|陈露正

摘要

黄铜矿和钼矿（Cu²⁺和MoS²）混合精矿的有效分离通常依赖于使用复杂的化学抑制剂进行浮选，但这伴随着显著的环境和安全风险。高梯度磁分离（HGMS）为它们的清洁高效分离提供了一种理想的方法，但其工业应用受到残留浮选试剂交叉污染的阻碍，尤其是对于细粒和超细粒的Cu²⁺和MoS²混合浮选精矿。本研究探讨了导致这一问题的界面机制，以促进PHGMS作为可持续分离策略的采用。扫描电子显微镜-能量分散光谱（SEM-EDS）、扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（EDLVO）分析和密度泛函理论（DFT）计算提供了理论见解，表明残留试剂和金属离子的协同作用通过消除颗粒间能量障碍（形成-45 kJ的深度势阱）和改变表面电子结构，促进了不可逆的异质聚集，从而形成复合颗粒并增强了其疏水性。这些界面变化掩盖了固有的磁选择性。验证实验表明，通过使用六偏磷酸钠作为化学分散剂或应用超声波处理作为物理清洁方法，可以有效恢复分离效率。关键的是，这项工作确定，恢复清洁的界面而不是改变固有的磁性质是过程恢复的关键。因此，建议将PHGMS作为预处理步骤，作为将这项绿色技术整合到工业流程中的最有效策略。这些见解为克服应用PHGMS作为Cu²⁺和MoS²分离绿色技术的障碍提供了理论基础。

引言

黄铜矿（CuFeS₂）和钼矿（MoS₂）分别是铜和钼提取的主要矿物，因此它们混合浮选精矿的有效分离是综合矿产资源利用的关键步骤[1]。目前，泡沫浮选仍然是分离Cu²⁺和MoS²硫化物矿石的传统技术[2]，[3]。随着易于处理的矿石资源不断枯竭，处理具有细小共生体的复杂矿石已成为矿物加工领域的主要焦点[4]。为了有效释放有价值的矿物，细磨变得至关重要[5]，[6]。然而，细磨显著增加了后续分离阶段的难度，造成了理论分离目标与实际工业性能之间的持续差距[7]。

目前，分离Cu²⁺和MoS²混合精矿的标准方法依赖于使用特定的化学抑制剂进行浮选[8]。然而，这种方法面临重大的环境和安全挑战。它通常需要高剂量的化学抑制剂，如硫化钠或有机抑制剂，这对水生生态系统构成风险，并使废水处理变得复杂。因此，整个行业迫切需要开发更清洁的分离技术，以减少化学消耗和环境影响[9]。在这种情况下，高梯度磁分离（HGMS）作为一种有前景的补充方法出现了，因为它利用矿物之间的磁差异进行物理分离，提供了一种本质上更安全、对环境更友好的替代方案，有可能消除对有毒抑制剂的需求。然而，无论是工业实践还是实验室研究都一致报告，在对细粒Cu²⁺和MoS²浮选精矿应用脉动HGMS（PHGMS）时，分离效率较低[10]。这种性能下降是PHGMS工业应用的主要瓶颈。

目前针对这一问题的研究主要集中在优化设备操作参数上，或者简单地将效率低下归因于细颗粒的固有物理性质[11]。应当注意的是，控制Cu²⁺和MoS²浮选分离的界面化学已经得到了广泛研究，包括选择性抑制策略、捕收剂吸附以及溶解金属物种对黄铜矿和钼矿表面的影响[12]，[13]，[14]。然而，当PHGMS应用于细粒Cu²⁺和MoS²浮选精矿时，浮选过程中产生的界面化学在控制颗粒相互作用和磁分离选择性方面的作用受到的关注相对较少[15]，[16]。一个被相对忽视的关键方面是先前浮选过程产生的复杂界面化学[17]，[18]。具体来说，吸附在矿物表面的残留浮选试剂，加上在氧化条件下细磨过程中释放的高度反应性新鲜表面和溶解的金属离子，创造了一个复杂的浆液环境[19]，[20]。这些因素对矿物界面性质和颗粒相互作用的影响，以及由此对PHGMS过程的影响，目前尚不完全清楚，这是本工作的核心关注点。

本研究采用界面科学的视角，阐明了在PHGMS处理细粒Cu²⁺和MoS²浮选精矿时观察到的效率损失背后的机制。通过在受控浆液化学条件下系统地进行PHGMS测试，并结合多尺度分析技术，包括带有能量分散X射线光谱的扫描电子显微镜（SEM-EDS）、扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（EDLVO）理论计算和密度泛函理论（DFT）模拟，本研究利用DFT模拟作为定性参考，分析了矿物界面性质演变对PHGMS性能的影响。基于这些见解，本研究旨在验证恢复清洁界面是过程恢复的关键。此外，我们提出将PHGMS作为预处理步骤，在大量添加浮选化学品之前，可能是将这一绿色技术整合到工业流程中的最有效策略。这些方法为推进高梯度磁分离技术在Cu²⁺和MoS²分离领域的工业应用提供了坚实的理论基础。

部分摘录

矿物和试剂

纯黄铜矿和钼矿样品来自中国安徽省，经过破碎、研磨和干筛分处理，得到粒径小于25 μm的颗粒。为了尽量减少内在表面氧化对基线行为的影响，所有实验都使用了新鲜的样品。矿物样品在每次测试前立即进行破碎、研磨和干筛分，以代表研磨过程中新生成的界面和长时间暴露后的界面。

黄铜矿和钼矿的PHGMS结果

Cu²⁺和MoS²混合精矿是浮选过程的中间产品，其矿物表面含有大量的残留浮选试剂。为了实现Cu²⁺和MoS²的分离，需要对精矿进行适当的预处理或再研磨。在本节中，使用SLon-100 PHGMS在受控试剂条件下评估了黄铜矿和钼矿的分离效率。测试使用了100克混合矿物（其中50克...

结论

本研究表明，PHGMS分离细粒和超细粒Cu²⁺和MoS²混合浮选精矿的效率下降根本源于试剂引起的界面性质变化，而不是黄铜矿和钼矿之间固有的磁差异不足。实验结果与理论趋势一致，表明金属离子（Cu²⁺和Fe²⁺）与捕收剂SBX之间的协同作用是主要原因。

CRediT作者贡献声明

李晓伟：撰写——原始草稿、可视化、软件、研究、形式分析、数据管理。陶明宇：可视化、软件、研究、形式分析、数据管理。薛子星：撰写——审阅与编辑、验证、方法论、研究、概念化。刘健：可视化、验证、方法论、概念化。戴普林：撰写——原始草稿、可视化、软件、研究、形式分析。陈露正：撰写——审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了云南省基础研究专项基金重点计划（编号：202401AS070114）和国家自然科学基金（编号：52264029、52104255）的支持。