《Colloids and Interfaces》：Effect of Sodium Tripolyphosphate on the Grinding and Separation of Copper–Tin Polymetallic Sulfide Ore
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铜锡多金属硫化矿（copper–tin polymetallic sulfide ore）的矿物组成复杂且嵌布不均匀，导致磨矿过程中难以获得合适的粒度分布和充分的矿物解离（mineral liberation），从而影响后续分离效果。本研究以中国云南个旧大屯选
铜锡多金属硫化矿（copper–tin polymetallic sulfide ore）的矿物组成复杂且嵌布不均匀，导致磨矿过程中难以获得合适的粒度分布和充分的矿物解离（mineral liberation），从而影响后续分离效果。本研究以中国云南个旧大屯选厂铜锡多金属硫化矿为对象，考察了三聚磷酸钠（sodium tripolyphosphate，STPP）作为磨矿助剂（grinding aid）对磨矿及后续分离的影响。通过磨矿与分离试验，结合MapsMin自动化矿物学分析、扫描电子显微镜-能谱分析（SEM-EDS）、Zeta电位（zeta potential）和接触角（contact angle）测定以及DLVO/EDLVO理论计算，评估了STPP对磨矿及后续分离的作用。磨矿结果表明，与仅添加石灰（0.10 wt% lime）的条件相比，添加0.025 wt% STPP使目标粒级（?0.15 + 0.019 mm）占比提高1.76%，而细粒级（?0.019 mm）和粗粒级（+0.15 mm）未显著增加。与仅添加石灰的条件相比，添加0.025 wt% STPP使铜浮选精矿的品位和回收率分别提高0.20%和3.54%，锡石重选精矿的品位和回收率分别提高0.44%和14.31%。重选-浮选联合流程的锡总回收率从仅添加石灰条件下的92.58%提高至添加0.025 wt% STPP时的93.56%，但当STPP用量增至0.050 wt%时降至92.39%。自动化矿物学分析表明，STPP的添加提高了锡石（cassiterite）和斑铜矿（bornite）的完全解离度，其他主要矿物的解离度也有不同程度的改善。与仅添加石灰的条件相比，添加0.025 wt% STPP后最大颗粒尺寸从820.95 μm降至495.30 μm，D90从374 μm降至237 μm。表面表征和DLVO/EDLVO分析表明，STPP改变了矿物表面性质及颗粒间相互作用，这可能对观察到的粒度分布和矿物解离变化有所贡献。
铜锡多金属硫化矿的矿物组成复杂、嵌布不均匀，磨矿过程中难以获得合适的粒度分布和充分的矿物解离，进而影响后续浮选和重选效率。磨矿是选矿前最后的粒度减小环节，也是选矿中能耗最高的作业之一，粉碎作业通常占采矿总运营成本的30%–50%，因此提高磨矿效率、降低能耗对可持续选矿至关重要。目前提高磨矿效率的途径主要有两种：优化磨矿工艺或设备性能，以及在粉碎过程中引入化学药剂（磨矿助剂）。磨矿助剂已广泛应用于选矿、水泥、陶瓷和化肥等行业，但在选矿领域主要应用于单一金属或非金属矿石的磨矿。多金属矿石通常含有机械性质和表面特性各异的复杂矿物组合，不同矿物对磨矿助剂的响应存在差异，一种能改善某种矿物磨矿行为的药剂未必对其他矿物产生相同效果。此外，磨矿助剂具有类似浮选药剂的表面活性，其添加可能改变矿物表面化学性质并影响后续浮选和重选。然而，现有关于STPP等磨矿助剂的研究主要集中于单一矿物或相对简单的矿石体系，对复杂多金属矿石中颗粒分散、矿物解离及后续分离性能的影响尚缺乏深入认识。因此，研究人员选取STPP作为磨矿助剂，以中国个旧大屯选厂铜锡多金属硫化矿为对象，系统研究了STPP对磨矿行为、粒度分布、矿物解离及后续铜锡分离性能的影响，旨在为STPP辅助磨矿及其对复杂多金属硫化矿铜锡分离的影响提供综合评估。
研究人员开展的主要技术方法包括：磨矿试验采用XMQ 250 × 100锥形球磨机，给矿为?2 + 0.5 mm与?0.5 mm两个粒级按1:4质量比混合制备，矿样500 g，矿浆浓度70%，磨矿时间3 min 30 s，石灰固定用量0.10 wt%，STPP用量0–0.100 wt%；分离试验按铜浮选、脱硫浮选、摇床重选、锡石浮选的流程进行；采用MapsMin自动化矿物学系统（配备Apreo 2S扫描电镜和XFlash 6|30能谱仪）分析矿物解离和粒度分布；采用SU3900扫描电镜及能谱仪表征矿物形貌与表面元素组成；采用JY-82B接触角测量仪和Zetasizer Nano-ZS90测定纯矿物（锡石、斑铜矿）的表面润湿性和Zeta电位；采用DLVO/EDLVO理论计算颗粒间相互作用能。样品来源于中国云南个旧大屯硫化矿选厂。
研究结果如下：
3.1 磨矿结果：以?0.15 + 0.019 mm为目标粒级、?0.019 mm为过磨粒级，石灰的添加降低了粗粒级产率、提高了目标粒级占比，说明石灰除调节pH和抑制脉石矿物外还能促进颗粒破碎。随着STPP浓度增加，粗粒级（+0.15 mm）占比降低，目标粒级占比提高2.04%，过磨粒级仅略有增加；当STPP用量超过0.05 wt%时，粗粒级增加、目标粒级减少，表明过量STPP不利于获得理想磨矿产品。在石灰基础上添加0.025 wt% STPP，目标粒级占比较仅加石灰条件提高1.76个百分点，较无药剂条件从59.20%提高至68.13%（提高8.93个百分点），细粒级含量几乎不变，粗粒级降低，说明适量STPP促进粗颗粒向目标粒级转化并限制过磨。
3.2 铜锡分离试验：铜浮选方面，添加0.025 wt% STPP时铜精矿品位和回收率最高，分别为2.89%和71.79%；增至0.05 wt%时两者均下降。研究人员分析STPP的强螯合能力可能与溶液中Cu(II)形成稳定络合物，但铜物种释放与络合作用未在本研究中直接验证，相关机制仅为可能解释。锡石分离方面，随STPP用量增加，摇床重选锡精矿品位和回收率均提高，0.025 wt% STPP时分别提高0.44%和14.31%，可能与STPP的分散作用有关；而后续锡石浮选的品位和回收率均下降，可能与STPP影响矿物表面润湿性和抑制作用有关。重选-浮选联合流程的锡总回收率在STPP用量为0、0.025、0.05 wt%时分别为92.58%、93.56%和92.39%，0.025 wt% STPP使总回收率提高0.98%，说明重选阶段的改善可弥补浮选阶段的不利影响，但过量STPP使浮选恶化超过重选收益。综合磨矿与分离结果，选定0.025 wt% STPP为适宜用量。
3.3 粒度分布与矿物解离特征：MapsMin分析表明，添加STPP后最大颗粒尺寸从820.95 μm降至495.30 μm，D10、D50、D90分别从49、176、374 μm降至30、108、237 μm，粒度分布更窄更集中，细粒级未显著增加；颗粒形貌更细且分布更均匀，团聚减少。斑铜矿最大颗粒尺寸从109.45 μm降至95.84 μm，D90从100 μm降至80 μm，D10和D50分别从8和23 μm增至13和34 μm；锡石最大颗粒尺寸从304.10 μm降至206.63 μm，D90从288 μm降至186 μm，D10保持58 μm不变，D50从130 μm略增至134 μm，表明粗粒级有效破碎且颗粒向中间粒级再分布而非过度产生细粒。矿物解离方面，STPP添加后锡石和斑铜矿的完全解离度显著提高，石英、方解石、白云石等主要矿物解离度也有不同程度改善；锡石和斑铜矿颗粒的自由表面（FS）比例增加，连生体比例降低，可能与STPP吸附增强颗粒间静电斥力、减少团聚、促进分散和解离有关。
3.4 表面形貌与元素特征：SEM观察表明，未添加STPP时颗粒形貌不均匀，存在较多长条形颗粒和尖锐的锡石断裂面；添加STPP后颗粒形貌更均匀，锡石表面呈现不规则阶梯状断裂面，并观察到更多表面团聚体，可能与STPP与矿物表面相互作用改变表面性质和颗粒间相互作用有关。
3.5 表面润湿性特征：接触角测定表明，STPP添加后锡石接触角显著降低，表面亲水性增强，且随STPP浓度增加变化趋于平缓；斑铜矿接触角变化较小，处于实验误差范围内，说明STPP对斑铜矿宏观润湿性影响有限。锡石亲水性增强可能不利于其后续浮选。
3.6 表面电荷特征：STPP改变了锡石和斑铜矿的Zeta电位，表明其表面电荷环境发生变化，可能源于STPP与表面铜位点的相互作用或双电层结构的改变；两种矿物响应不同源于其表面化学性质及与STPP相互作用的差异，STPP对斑铜矿的影响更多体现在表面电荷特征而非接触角上。
3.7 DLVO/EDLVO相互作用能估算：DLVO计算表明，STPP添加提高了锡石颗粒间的相互作用能垒，增强了静电斥力和矿浆中的颗粒分散；EDLVO计算表明，STPP同样提高了斑铜矿颗粒间的相互作用能垒，降低了团聚趋势、增强了颗粒分散。颗粒分散的改善使矿物颗粒更均匀地分散、增加其与磨矿介质的有效碰撞和能量传递，促进粗颗粒破碎并减少欠磨；同时细颗粒团聚减少，限制了团聚体内细颗粒的反复破碎，从而缓解过磨，二者共同作用使磨矿过程更均衡，提高了中间粒级（?0.15 + 0.019 mm）占比。
讨论部分总结：研究人员指出，STPP在相对较低用量下改善浮选性能可能与其对细颗粒的分散作用、与含钙镁脉石矿物的潜在相互作用以及与溶解金属离子的可能络合有关，但上述机制未在本研究中直接验证，仅为可能解释；较高STPP用量下矿物表面性质改变或对捕收剂吸附的干扰可能导致浮选性能下降，这与已有关于过量STPP在某些浮选条件下产生不利影响的报道一致。锡石重选与浮选相反响应可能与STPP在重选中影响颗粒分散、在浮选中影响矿物表面性质有关，且锡石主要在重选阶段回收，浮选贡献有限，因此STPP对锡石分离的影响应基于重选-浮选联合性能评价。研究结论部分翻译如下：本研究系统考察了STPP作为磨矿助剂在铜锡多金属硫化矿加工中的作用与应用潜力，得出以下结论：磨矿结果表明，与仅添加石灰（0.10 wt%石灰）的条件相比，添加0.025 wt% STPP使目标粒级（?0.15 + 0.019 mm）占比提高1.76%，细粒级（?0.019 mm）和粗粒级（+0.15 mm）未显著增加；与仅添加石灰的条件相比，添加0.025 wt% STPP使铜浮选精矿品位和回收率分别提高0.20%和3.54%，锡石重选精矿品位和回收率分别提高0.44%和14.31%；重选-浮选联合流程的锡总回收率从仅添加石灰条件下的92.58%提高至添加0.025 wt% STPP时的93.56%，但STPP用量增至0.050 wt%时降至92.39%；自动化矿物学分析表明，STPP添加提高了锡石和斑铜矿的完全解离度，其他主要矿物也有不同程度改善；添加0.025 wt% STPP后，相对仅添加石灰条件，最大颗粒尺寸从820.95 μm降至495.30 μm，D90从374 μm降至237 μm；表面表征和DLVO/EDLVO分析表明，STPP改变了矿物表面性质和颗粒间相互作用，这可能对观察到的粒度分布和矿物解离变化有所贡献。
