簡介：赤銅礦(Cu2O)是氧化銅礦物重要的組成部分，其獨(dú)特的銅元素價(jià)態(tài)使其在硫化-黃藥體系下，表現(xiàn)出不同于典型氧化銅礦物孔雀石(Cu?(OH)?CO?)的浮選行為。相較于孔雀石，赤銅礦浮選界面特性極不穩(wěn)定，在開放環(huán)境中赤銅礦表面的Cu(Ⅰ)會(huì)不可避免的氧化成Cu(Ⅱ)。目前關(guān)于氧化銅礦物硫化機(jī)理的研究主要集中在孔雀石上，而對(duì)于赤銅礦的硫化行為缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。本文采用浮選試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)表征相結(jié)合的手段，深入解析硫化后赤銅礦浮選界面性質(zhì)的演變以及氧氣在此過程中發(fā)揮的作用，研究結(jié)果為改善赤銅礦的硫化-黃藥浮選提供了理論依據(jù)。
論文封面
引用格式
Xiao-dong JIA, Kai-wei SONG, Jin-peng CAI, Chao SU, Xiao-hui XU, Yin-yu MA, Pei-lun SHEN, Dian-wen LIU. Effect of oxygen and sodium sulfide on flotation of cuprite and its modification mechanism[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2023,33(04):1233-1243.
研究背景
氧化銅礦是我國以及一帶一路沿線國家重要的礦產(chǎn)資源，高效利用該部分資源無疑是對(duì)我國銅金屬消耗的重要補(bǔ)充。由于其可浮性差，針對(duì)氧化銅礦物的浮選研究主要聚焦在活化劑的應(yīng)用上，其中硫化鈉因適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)值低廉在工業(yè)中受到廣泛應(yīng)用。赤銅礦(Cu2O)是氧化銅礦物重要的組成部分，其獨(dú)特的銅元素價(jià)態(tài)使其在硫化-黃藥體系下，表現(xiàn)出不同于典型氧化銅礦物孔雀石(Cu?(OH)?CO?)的浮選行為。相較于孔雀石，赤銅礦浮選界面特性極不穩(wěn)定，在開放環(huán)境中赤銅礦表面的Cu(Ⅰ)會(huì)不可避免的氧化成Cu(Ⅱ)。目前關(guān)于氧化銅礦物硫化機(jī)理的研究主要集中在孔雀石上，而對(duì)于赤銅礦的硫化行為缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。本文采用浮選試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)表征相結(jié)合的手段，深入解析硫化后赤銅礦浮選界面性質(zhì)的演變以及氧氣在此過程中發(fā)揮的作用，研究結(jié)果為改善赤銅礦的硫化-黃藥浮選提供了理論依據(jù)。
文章亮點(diǎn)
1)采用FESEM證實(shí)了赤銅礦異相成核的硫化機(jī)制;
2)發(fā)現(xiàn)赤銅礦的硫化主要涉及硫化鈉與氧化產(chǎn)物CuO作用。
圖文解析
如圖1所示，經(jīng)硫化鈉處理后，赤銅礦表面生成了一層異于基底的具有規(guī)則形狀的片狀銅硫化合物，且增大硫化鈉用量會(huì)促進(jìn)該片狀產(chǎn)物的增多以及徑向尺寸的增大。
圖1 天然赤銅礦及硫化鈉處理后的赤銅礦FESEM表面形貌
圖2中O1s和Cu2p的XPS高分辨率圖譜分峰擬合結(jié)果顯示，天然赤銅礦浮選界面極不穩(wěn)定，易氧化生成CuO，反應(yīng)初期，產(chǎn)物CuO為硫化反應(yīng)的活性中心，因此，經(jīng)硫化鈉處理后赤銅礦表面CuO的含量顯著降低。S2p分峰擬合結(jié)果表明，片狀的銅硫化合物由硫化物和多硫化物共同組成，即硫化過程中CuO中的Cu(Ⅱ)被還原成Cu(Ⅰ)，硫化鈉中S2-被氧化成(S2)2-和(Sn)2-。
圖2 赤銅礦表面O1s、Cu2p和S2p的XPS高分辨率圖譜((a)赤銅礦、(b)赤銅礦+0.1mmol/L硫化鈉、(c)赤銅礦+0.5mmol/L硫化鈉)
研究結(jié)論
1)硫化處理后，赤銅礦表面生成了具有規(guī)則形狀的片狀銅硫化合物，其顯著促進(jìn)了赤銅礦的硫化浮選。但是，過量的硫化鈉會(huì)加劇溶液中膠體產(chǎn)物的生成，降低赤銅礦可浮性。
2)暴露于空氣中的赤銅礦表面覆蓋了一層更具穩(wěn)定性的CuO，該氧化產(chǎn)物為赤銅礦硫化反應(yīng)的活性中心。
3)片狀的銅硫化合物由硫化物和多硫化物共同組成。硫化過程中，CuO中的Cu(Ⅱ)被還原成Cu(Ⅰ)，硫化鈉中S2-被氧化成(S2)2-和(Sn)2-。
團(tuán)隊(duì)介紹
劉殿文，昆明理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教育部“長江學(xué)者”特聘教授、百千萬人才工程國家級(jí)人選、國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家等。長期從事金屬礦產(chǎn)資源綠色分離與高效利用等方面的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和人才培養(yǎng)工作?，F(xiàn)任昆明理工大學(xué)研究生院院長、云南省戰(zhàn)略金屬礦產(chǎn)資源綠色分離與富集重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任等職，兼任中國礦業(yè)聯(lián)合會(huì)選礦委員會(huì)、中國金屬學(xué)會(huì)選礦委員會(huì)、中國稀土學(xué)會(huì)地采選分會(huì)委員等。擔(dān)任《有色金屬工程》《Minerals》等9個(gè)國內(nèi)外期刊的編委。近年主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家科技支撐計(jì)劃課題、云南省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等及骨干參研近40項(xiàng)。獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國家國際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)1項(xiàng)，云南省科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)。發(fā)表核心論文70余篇，獲授權(quán)專利近60項(xiàng)，撰寫《氧化銅礦浮選技術(shù)》專著1部。
申培倫，昆明理工大學(xué)特聘副教授，碩士生導(dǎo)師，云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才。主要從事礦產(chǎn)資源綜合利用等方面的研究。主持國家自然科學(xué)基金、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃面上項(xiàng)目以及參研國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、云南省重大科技專項(xiàng)和企業(yè)委托項(xiàng)目10余項(xiàng);發(fā)表核心學(xué)術(shù)論文30余篇，獲授權(quán)專利10余項(xiàng)，參編教材2部，獲云南省研究生教學(xué)成果特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，校級(jí)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲批云南省優(yōu)秀博士學(xué)位論文。兼任中國再生資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟青年專家委員會(huì)委員、《礦產(chǎn)保護(hù)與利用》青年編委等職務(wù)。
蔡錦鵬，昆明理工大學(xué)博士生，主要從事銅鉛鋅金屬礦的浮選理論與工藝研究。骨干參研國家自然科學(xué)基金、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、云南省重大科技專項(xiàng)和企業(yè)委托項(xiàng)目10余項(xiàng);發(fā)表核心學(xué)術(shù)論文25篇，其中在《Minerals Engineering》《International Journal of Mining Science and Technology》《Separation and Purification Technology》等SCI 期刊上發(fā)表論文12篇;獲授權(quán)專利7項(xiàng)。
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