磨矿是选矿过程中的一个重要环节，尤其是对硫化矿来说，磨矿会使其矿浆性质(如矿浆电位、pH)产生较大的改变^[1]，这些改变对浮选回收率起着至关重要的作用。因此，磨矿对方铅矿矿浆电位及浮选行为影响的研究十分必要。

王琴琴等^[2]研究了磨矿介质对黄铜矿磨矿体系矿浆电位的影响，结果表明黄铜矿矿浆电位的变化是矿浆pH、离子种类及浓度、溶氧量等因素综合影响的结果，并且相比于瓷介质磨矿，在铁介质磨矿条件下，矿浆电位变化更为明显。何发钰等^[3]研究表明，磨矿环境对方铅矿、闪锌矿的矿浆性质会产生很大的影响。S·钱德尔^[4]也阐述了硫化矿浮选中矿浆电位的研究现状，简要分析了磨矿与矿浆电位的关系，制定了解释矿浆电位的合理方法。这些研究都表明，矿浆电位与磨矿条件有着密不可分的联系。

本研究为考察磨矿对方铅矿矿浆电位及浮选行为的影响，在不同的磨矿条件下，以普通生铁球和刚玉瓷球作为磨矿介质，进行了相关试验研究，并对矿浆电位与方铅矿浮选回收率的关系进行了探索，从矿浆化学角度解释了试验现象，以期为矿山实际生产提供改进思路。

1 试验样品及研究方法 1.1 样品

方铅矿块矿取自广东某铅锌铁硫化矿，手捡结晶度和纯度高的块矿, 经磁选和重选除杂作试验用纯矿物，其化学多元素分析结果见表 1，X射线衍射图谱见图 1。

由检测结果可知，所用方铅矿单矿物Pb品位为82.28%，折合纯度为95.01%，满足纯试验要求。

原矿经对辊破碎机破碎至1.7 mm以下，混匀后称取若干份100 g装入试样袋置于广口瓶中低温保存，防止氧化。

1.2 磨矿介质

试验采用了两种磨矿介质：一种是生铁球，一种是刚玉球，主要成分见表 2。

在磨矿过程中磨矿介质会发生冲击磨损、腐蚀磨损、磨蚀磨损、疲劳磨损等多种磨损。对于刚玉球而言，属于惰性介质，因而磨矿时不与方铅矿发生反应，对矿物及矿浆电位影响较小。但生铁球容易氧化，并且磨矿时会与方铅矿发生电化学作用，进而会影响矿浆电位等性质。对生铁球及磨矿产生的铁屑进行扫描电镜能谱分析，考察其磨矿前后的变化，结果如图 2和图 3所示。由结果可以看出，铁屑中O元素明显增多，这是因为铁球在磨矿过程中发生某种化学反应，生成铁的含氧化合物，这与Yongjun Peng等人^[5]的研究结果相符。

1.3 磨矿试验

试验流程如图 4所示。试验取矿样100 g装入球磨机中，再加入铁球或瓷球，向磨罐中倒入一定量的CaO和去离子水(或pH缓冲液)。其中，CaO和去离子水(或pH缓冲液)用量根据试验相应改变。将罐口封好后在83 r/min的转速下开始磨矿，根据试验需要确定磨矿时间。磨矿完静置1 min后，直接在磨罐中测量矿浆电位，测量时间为2 min。

浮选时加入石灰、硫酸及氧化还原剂调浆，保持pH和矿浆电位为一定值，进行浮选试验，浮选时间为4 min，对得到的精矿和尾矿抽滤后进行烘干、称重，以公式(1)计算浮选回收率:

$ R = \frac{{{m_{精矿}}}}{{{m_{精矿}} + {m_{尾矿}}}} \times 100\% $

(1)

m_精矿和m_尾矿分别为干燥后的精矿、尾矿质量。

1.4 电位测定

本试验矿浆电位的测量采用PHSJ-4F型pH计，在PHSJ-4F型pH计上采用铂片电极作指示电极，将相对于232型饱和甘汞电极的电位换算为标准氢电极电位，则为矿浆电位^[6]。每次测试之前都要采用600号金刚砂纸对铂电极进行打磨，再用蒸馏水反复清洗，用滤纸擦干，保持铂片干净光鲜，减少试验误差。

浮选时将金片电极放置于浮选槽底部，铂电极和甘汞电极分别插入到浮选槽中，并与ZF-9恒电位仪相连，在浮选过程中实现矿浆电位的测定与调控。

2 结果与讨论 2.1 磨矿时间对方铅矿矿浆电位的影响

固定CaO用量为2 000 g/t，去离子水100 mL，磨矿质量浓度(简称磨矿浓度)则为50%，磨矿时间对方铅矿矿浆电位的影响如图 5所示。

由图 5可以看出，在采用瓷介质磨矿时，方铅矿矿浆电位基本保持不变。但铁介质磨矿条件下，方铅矿矿浆电位要比瓷介质磨矿时的低，并且随着磨矿时间的延长，矿浆电位急剧下降。产生这种差异的原因是，铁介质磨矿时，随着磨矿时间的延长，铁介质磨蚀磨损加剧，生成的铁粉具有还原性，改变了矿浆氧化还原气氛，从而降低了矿浆电位。但是，瓷介质磨矿过程中，没有铁质物质参与反应，因而矿浆电位没有明显的变化。

2.2 磨矿浓度对方铅矿矿浆电位的影响

为考察磨矿浓度对方铅矿矿浆电位的影响，在CaO用量2 000 g/t情况下，分别加入不同量的去离子水，调整磨矿浓度分别为40%、45%、50%、55%和60%，磨矿6 min，测定矿浆电位，结果如图 6所示。

由图 6试验结果可以看出，随着磨矿浓度的增加，不论是铁介质磨矿还是瓷介质磨矿，方铅矿矿浆电位都呈下降趋势，但方铅矿矿浆电位在铁介质磨矿时要远低于瓷介质磨矿，且当磨矿浓度继续增加时，矿浆电位下降趋势逐渐平缓。这是因为，在磨矿过程中矿物表面会发生局部电池作用，随着磨矿浓度的增加，消耗溶解氧含量增加，因此两种介质下矿浆电位都会下降。同时，在铁介质磨矿下会产生较多的铁质进入矿浆，使得矿浆电位的下降更为剧烈。

2.3 pH对方铅矿矿浆电位的影响

磨矿时加入2 000 g/t CaO后，再分别加入100 mL不同pH值的缓冲液，磨矿6 min后考察pH对方铅矿矿浆电位的影响，试验结果见图 7。

结果表明，当瓷介质磨矿时，随着pH值升高，方铅矿矿浆电位逐渐下降。但在铁介质磨矿下，随着pH值升高，方铅矿矿浆电位先略微下降，而后逐渐上升，且两种介质矿浆电位的差值随pH的升高而减小。因为当瓷介质磨矿时，方铅矿表面一直存在局部电池作用，消耗了溶解氧含量，磨矿系统氧化性越来越弱，导致矿浆电位下降。而当铁介质磨矿时，不仅矿物自身氧化溶解，存在局部电池作用，铁球介质还会发生氧化反应生成Fe²⁺和Fe³⁺，在低pH值情况下矿浆电位降低是两者的综合作用结果。但是随着pH值的升高，铁介质氧化加剧，不断生成高价铁离子，矿浆电位又会迅速上升。

2.4 石灰用量对方铅矿矿浆电位的影响

图 8为1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 g/t不同石灰用量下对方铅矿矿浆电位的影响结果，试验时选用100 mL去离子水，磨矿6 min。

从石灰用量对方铅矿矿浆电位影响的试验结果可以得出，随着石灰用量的增加，无论是采用铁介质磨矿，还是瓷介质磨矿，方铅矿矿浆电位都是逐渐上升，但铁介质磨矿时矿浆电位始终低于瓷介质磨矿。这是由于随着CaO用量的增加，方铅矿阳离子水解作用强烈，形成羟基络合物，如公式(2)所示:

$ {\rm{P}}{{\rm{b}}^{{\rm{2 + }}}}{\rm{ + }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {\rm{Pb}}{\left( {{\rm{OH}}} \right)^{\rm{ + }}}{\rm{ + }}{{\rm{H}}^{\rm{ + }}} $

(2)

而生成的羟基络合物会吸附在方铅矿表面，使矿物表面的氧化减弱，放电能力减弱，矿浆电位则会升高^[7]。在铁介质磨矿时，同时又存在Fe²⁺、Fe³⁺水解作用，因而矿浆电位要低于瓷介质磨矿。

2.5 矿浆电位对方铅矿浮选回收率的影响

在自然pH下磨矿，矿浆电位对方铅矿浮选回收率影响的关系结果如图 9所示，图 10为方铅矿-水体系的电位-pH图。

由图 9可见，在瓷磨条件下，当矿浆电位在区间180~260 mV时，方铅矿回收率最大，为82%左右。当铁磨条件时，方铅矿矿浆电位在区间190~240 mV达到最大回收率78%。而当矿浆电位小于180 mV或190 mV时，不论是瓷磨，还是铁磨，随着矿浆电位的升高，方铅矿浮选回收率逐渐增大。矿浆电位超过249 mV或260 mV，矿浆电位继续升高，方铅矿浮选回收率却不断减小。这说明两种磨矿介质下，在适当的矿浆电位范围内，方铅矿都具有很好的可浮性。当矿浆电位过低或过高时，都会使方铅矿失去可浮性，浮选回收率会相应减小。

结合图 9、图 10可以得到，方铅矿具有较好浮选回收率的矿浆电位区间与元素硫存在的电位-pH区间大致重合，这是因为在此区间内生成的元素硫具有良好的疏水性，从而提高了方铅矿浮选回收率。当矿浆电位过低时，溶液具有强还原性，此时硫元素会被还原成亲水性的两性离子HS^-，使矿物疏水性减弱，回收率降低。当矿浆电位过高时，溶液呈强氧化性，会生成PbO，形成亲水钝化层^[8]，同样会影响方铅矿浮选，使回收率降低。

综上所述，在方铅矿磨矿浮选流程中，必须选择合适的磨矿条件，确保适宜的矿浆电位，使矿物表面生成尽可能多的疏水性元素硫，同时，减少亲水性物质的生成，这样才能保证较高的浮选回收率。

3 结论

(1) 磨矿会对方铅矿矿浆电位及浮选回收率产生较大影响。

(2) 矿浆电位会直接影响方铅矿浮选回收率，其值过高或过低都不利于浮选。

(3) 矿浆调控过程中应使矿浆电位值保持在元素硫存在的电位区间内，此时浮选回收率会出现最大值。