磨矿和浮选过程中黄铁矿电化学行为的研究进展.pdfVIP

黄铁矿（FeS）是自然界最常见的硫化矿物。通常与闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、金和

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煤等有价值的矿物共伴生[1-2]。黄铁矿的经济价值低，通常被作为脉石矿物处理，黄铁矿进

入有价值的精矿中会导致精矿品位降低，同时在冶炼过程中会产生大量的硫化气体，造成

环境污染。天然黄铁矿在厌氧环境中是疏水的，因此常用浮选的方法选别。然而当黄铁

[3]

矿长时间暴露于大气或水性条件下时，黄铁矿表面会被氧化从而降低其疏水性[4-5]。

大多数金属硫化物具有半导体特性，硫化矿物浮选取决于发生的电化学反应。黄铁

[6]

矿浮选过程中发生的各种现象，如氧化引起的黄铁矿表面化学变化、黄铁矿与其他组分的

相互作用、捕收剂的吸附和其他金属离子在黄铁矿表面的沉淀，通常都是由电化学机制引

起的[7-9]。影响电化学反应的主要因素是矿物/溶液界面的电化学势，该电位是一种混合电

位，其中发生在矿物表面的阳极反应和阴极反应的速率完全相等，该电化学反应不仅控制

着矿物在浮选过程中表面物种的形成，还抑制其表面物种的形成[10-11]。因此电化学反应机

理的研究对黄铁矿的浮选研究具有重要的意义。本文综述了黄铁矿在选矿过程中有关的电

化学行为及工作机理，重点讨论了黄铁矿结构、溶液氧化、离子活化和抑制剂对黄铁矿电

化学行为的影响。此外，还讨论了磨矿过程中研磨介质形状、介质材料和研磨气氛对研磨

中黄铁矿电化学行为的影响。并对今后的研究思路和方向进行了展望。

1.黄铁矿晶体性质

1.1黄铁矿晶面特性

黄铁矿的晶体类型众多，对黄铁矿晶体研究表明，大多数天然黄铁矿主要有三个解离

面，分别为{100}，{210}和{111}，这三个晶面的比例为224∶42.8∶1[12-14]。一些研究表

明，黄铁矿的反应活性在晶体方向上是特定的。Zhu等研究了黄铁矿晶体结构对黄铁矿

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表面氧化的影响。结果表明，在潮湿的空气中，黄铁矿{111}和{210}的初始氧化速率均大

于黄铁矿{100}；在干燥的空气中，黄铁矿{210}的初始氧化速率大于黄铁矿{111}的初始氧

化速率；在潮湿的空气中，黄铁矿{111}的初始氧化速率最大；同时{111}是黄铁矿氧化最

敏感的面。黄铁矿氧化相关反应如图1所示。这些研究的发现明确了黄铁矿的晶面与反应

活性的关系，不仅对黄铁矿氧化机理有了新的认识，也为发生在矿物-水界面的其他界面反

应提供参考。

图1黄铁矿空气中氧化反应路线图

Figure1.Mechanismsofpyriteoxidationinair

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Xian等对纯黄铁矿、砷取代黄铁矿、钴取代黄铁矿和晶间金黄铁矿四种类型的黄铁

[16]

矿进行了浮选研究。浮选结果表明，钴取代黄铁矿和晶间金黄铁矿的可浮性随矿浆充气时

间的延长而增加，而纯黄铁矿和砷取代黄铁矿的可浮性随矿浆充气时间的延长而降低。通

过电子结构和能带结构研究发现黄铁矿的稳定性受晶格缺陷和电子结构的影响，所观察到

的浮选行为差异是由于黄铁矿的稳定性和氧化强度不同所致。

1.2半导体特性

黄铁矿具有高电子迁移率和高光吸收系数，是一种潜在的光伏吸收材料。然而天然黄

铁矿的半导体性质存在较大的差异，从而影响了黄铁矿的电化学反应。Abratis等综合

[17][18]

评述了黄铁矿的半导性，发现已报道的电导率相差四个数量级。根据地质条件的不同，天

然黄铁矿既可以作为n型半导体存在，也可以作为p型半导体存在。在较高温度下形成的

黄铁矿通常具有n型特征，而在较低温度下形成的黄铁矿通常为p型。使用n型黄铁矿作

为微电极在混合硫化物矿物矿浆中（不考虑动力学因素），具有较高静息电位的黄铁矿将

成为阴极，而更具活性的硫化物将成为阳极。但是，所产生的阳