氧化亚铁硫杆菌与焦亚硫酸钠在铜硫化矿海水浮选中抑制黄铁矿的对比评价

《Minerals》：Comparative Evaluation of Acidithiobacillus ferrooxidans and Sodium Metabisulfite for Pyrite Depression in Seawater Flotation of a Copper Sulfide Ore

　　

摘要：对比研究了氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）与焦亚硫酸钠（sodium metabisulfite，MBS）作为黄铁矿抑制剂在海水浮选中的性能。研究人员采用纯黄铁矿开展微型浮选实验，并使用含黄铁矿的硫化矿样品进行分批浮选试验。结果表明，在纯黄铁矿浮选中，A. ferrooxidans比MBS具有更优异的抑制效果。在细菌存在条件下，pH 8时黄铁矿回收率从95%降至64%，pH 10时从96%降至21%。相比之下，MBS在硫化矿样品的浮选中表现出更优异的性能，pH 8时黄铁矿回收率从81%降至57%，pH 10时从86%降至57%。结果表明，硫化矿浮选过程中溶解的铜离子促进了MBS与黄铁矿之间的相互作用，从而增强了其抑制效果。相反，A. ferrooxidans在复杂矿石体系中的性能似乎有所降低，原因是细菌可能黏附于其他矿物表面，减少了与黄铁矿的相互作用。这一现象在纯黄铁矿浮选中未被观察到。扫描电子显微镜–能谱分析（SEM–EDS）证实了黄铁矿表面在接触铜离子后存在含铜物相。上述发现表明，在海水浮选条件下处理复杂硫化矿时，MBS比A. ferrooxidans更适于作为黄铁矿抑制剂，尤其是在存在含铜矿物的情形下。

论文解读：氧化亚铁硫杆菌与焦亚硫酸钠在海水浮选中抑制黄铁矿的对比研究

1. 研究背景与问题提出

近年来，受智利矿业地区水资源短缺的影响，海水在矿业作业中的应用日益重要。然而，海水使用也给浮选工艺带来诸多挑战，包括石灰消耗量过大以及pH值高于9.5时辉钼矿回收率降低等问题。传统上，石灰被广泛用作黄铁矿抑制剂，但在海水浮选条件下，石灰的使用受到限制，这促使研究人员积极寻求替代性抑制剂。在众多候选方案中，氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）和焦亚硫酸钠（sodium metabisulfite，MBS）被认为是最具应用前景的两种黄铁矿抑制剂。MBS已在工业中得到应用，而微生物在浮选中的应用仍属于新兴技术领域。值得注意的是，现有关于海水浮选的研究大多局限于纯矿物或人工合成矿物混合物体系，缺乏对实际硫化矿石中两种抑制剂性能的系统对比。因此，本研究旨在相同的实验条件下，系统比较A. ferrooxidans与MBS在海水浮选中对黄铁矿的抑制效果，填补该研究领域的关键空白。

2. 研究内容与实验设计

研究人员选取了两种样品开展实验：一种为采自智利中部的纯黄铁矿样品（纯度约99%），另一种为采自智利北部科皮亚波地区Inca de Oro矿床的硫化矿样品（含黄铁矿2.43%）。实验在人工海水体系中进行，采用微型浮选（Hallimond浮选管）和分批浮选两种方式，分别评价A. ferrooxidans（用量为纯矿物实验3.0×10^9 cells/g，矿石实验1.28×10^8 cells/g）与MBS（用量300 g/t）在不同pH条件下的黄铁矿抑制效果。浮选过程中采用异丙基黄原酸钠作为捕收剂，起泡剂为甲基异丁基甲醇（MIBC）。此外，研究人员还利用扫描电子显微镜–能谱分析（SEM–EDS）对经CuSO4和MBS处理后的黄铁矿表面进行了表征分析。所有浮选实验均设置三组平行，并以不添加抑制剂的实验作为对照。

3. 主要研究结果

3.1 纯黄铁矿微型浮选实验

在纯黄铁矿体系中，A. ferrooxidans表现出显著的黄铁矿抑制效果。当仅添加捕收剂时，黄铁矿在pH 4至10范围内的回收率约为95%；而加入A. ferrooxidans后，pH 8时回收率降至64%，pH 10时降至21%。研究表明，细菌通过黏附在黄铁矿表面阻碍捕收剂吸附，是产生抑制效果的主要机制。相比之下，MBS单独使用时对纯黄铁矿的抑制效果有限，在pH 4至10范围内黄铁矿回收率仍保持在90%左右。然而，当黄铁矿预先用CuSO4活化后，MBS的抑制效果显著提升，pH 8时回收率降至76%，pH 10时降至23%。这证实了铜离子的存在对于MBS发挥抑制作用的必要性。

3.2 硫化矿样品浮选实验

在复杂硫化矿体系中，两种抑制剂的表现发生了显著变化。A. ferrooxidans虽然仍能降低黄铁矿回收率，但抑制效果较纯矿物实验明显减弱，pH 8时回收率从81%降至73%，pH 10时从86%降至70%。研究人员认为，这可能是因为细菌不仅黏附于黄铁矿表面，还会附着在矿石中其他矿物表面（如黄铜矿、石英、辉铜矿等），从而减少了与黄铁矿的有效接触。相比之下，MBS在硫化矿浮选中表现出优异的抑制性能，pH 8时黄铁矿回收率从81%降至57%，pH 10时从86%降至57%。这种增强的抑制效果可归因于矿石中黄铜矿等含铜矿物在磨矿和调浆过程中释放溶解铜离子，这些铜离子吸附在黄铁矿表面形成铜活化层，进而促进MBS通过脱附铜-黄原酸酯类物质或在黄铁矿表面生成亲水性含铜氢氧化物物种等机制发挥抑制作用。

3.3 SEM–EDS表面分析

SEM–EDS分析结果证实，经CuSO4和MBS处理的黄铁矿表面检测到铜元素的富集（含量为3.8%至42.8%不等），且铜的存在与氧元素信号相关联，表明形成了含铜表面物相。未经处理的纯黄铁矿表面则未检测到铜元素。这些结果直接证实了铜离子在黄铁矿表面的积累，为MBS的抑制机制提供了直接的证据支持。部分区域还检测到Sn、As等元素，推测可能来源于矿石中黄锡矿（Cu2FeSnS4）和毒砂（FeAsS）等伴生矿物。

4. 结论与展望

综合以上研究结果可以得出以下结论：在纯黄铁矿体系中，A. ferrooxidans的抑制效果优于MBS；然而在复杂硫化矿体系中，MBS的表现更为优异，这主要归因于矿石中溶出的铜离子增强了MBS的抑制效果。A. ferrooxidans的抑制效果源于细菌在黄铁矿表面的黏附，但复杂矿石中其他矿物的竞争性黏附削弱了其选择性。SEM–EDS分析证实了铜在黄铁矿表面的存在，支持了MBS的抑制机制。总体而言，对于海水浮选复杂铜硫化矿，MBS比A. ferrooxidans更适合作为黄铁矿抑制剂。研究指出，虽然黄铜矿释放的溶解铜可能对MBS的抑制效果有所贡献，但该作用机制在研究中未直接验证，未来需要通过直接测定调浆过程中溶解铜浓度加以进一步研究。该研究为海水浮选工艺中选择合适的黄铁矿抑制剂提供了重要的理论依据和实验参考。该论文发表于《Minerals》。