A nátrium-szulfid szerepe és mechanizmusa az oxidált ólom-cinkércek flotációjában

Az oxidált ólom-cink ásványok (cerusszit, anglezit, smithsonit, hemimorfit stb.) hidrofil felülettel rendelkeznek, és nem úsztathatók közvetlenül xantátgyűjtőkkel. A nátrium-szulfid hozzáadása szulfidizálja az ércet, lehetővé téve a xantátok későbbi adszorpcióját. A szulfidizáláson és aktiváláson túl a nátrium-szulfid szelektív depressziót, a pép pH-beállítását és a reagensek eltávolítását is biztosítja, így kritikus reagenssé válik az oxidált ólom-cink feldolgozásban.

I. Szulfidizáció és aktiválás

1. Reakciómechanizmus
   A nátrium-szulfid vízben hidrolizál, S²⁻ és HS⁻ ionokat képezve, amelyek oldódás-kicsapódás útján reagálnak az oxidált ólom-cink ásványok felületi fémionjaival, hidrofób szulfidfilmet képezve:

Ceruszit:
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O (szemléltető reakció; kép helykitöltő)

Smithsonite:
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O (szemléltető reakció; kép helykitöltő)

A képződött PbS film sűrű és stabil, szilárdan adszorbeálja a xantátot, és szulfidszerű úszóképességet kölcsönöz az oxidált ólomnak. A ZnS film laza és hajlamos az oxidációra és leválásra; a nátrium-szulfid önmagában nem elegendő az oxidált cink úszóképessé tételéhez, amely később amingyűjtőkkel történő másodlagos aktiválást igényel.

2. Alkalmazási érték
   Nátrium-szulfid nélkül az oxidált ólom-cink teljes kinyerése alacsony. Megfelelő szulfidizálással az ólomkinyerés jelentősen megnő. A szulfidálás az oxidált érc flotációjának előfeltétele. A gyakorlatban először nátrium-szulfidot adnak hozzá a szulfidizáláshoz, majd xantátot a szelektív ólomflotációhoz.

II. Szelektív depresszió

1. Szennyeződések, például szfalerit és pirit eltávolítása
   A pépben lévő felesleges S²⁻ bevonja a galenit, a szfalerit és a pirit felületeit, akadályozva a xantát adszorpcióját és depressív hatást fejt ki.
   Az ólom flotációs szakaszában mérsékelt nátrium-szulfid dózist alkalmaznak, hogy csak az oxidált ólmot aktiválják; a felesleg az ólmot nyomja le, miközben erősen lenyomja az elsődleges szfaleritet, így cink-ólom elválasztást eredményezve.
   A cinkflotálási szakaszban az ólommaradékot alaposan át kell mosni a maradék nátrium-szulfid koncentrációjának csökkentése és a depresszió kiküszöbölése érdekében, mielőtt amingyűjtőket használnának a cink kinyerésére.
2. Adagolási szabályok
   Nem elegendő adagolás: vékony és hiányos szulfidfilm, alacsony ólom-visszanyerés.
   Mérsékelt adagolás: az oxidált ólom teljes aktiválása és a szfalerit mérsékelt csökkentése, optimális elválasztás.
   Túlzott adagolás: a többlet S²⁻ mind az oxidált ólmot, mind a szfaleritet elnyomja, ami az ólom- és cink-kinyerés hirtelen csökkenéséhez vezet.

III. Pépkondicionálás

1. pH-beállítás
   A nátrium-szulfid hidrolízise erősen lúgos oldatot eredményez, amely természetes módon a cellulóz pH-értékét a kedvező 8,5–11 tartományban tartja. Az lúgos környezet megakadályozza a szulfidfilm oxidatív bomlását, fokozva a szulfidizáció stabilitását.
2. Eh-szabályozás
   A redukáló szulfidionok csökkentik a pép oxidációs potenciálját, megakadályozva a PbS-film oxidatív deaktiválódását. Erősen oxidált ércek esetén bizonyos mennyiségű nátrium-szulfidot kell redukálószerként fenntartani.
3. Káros nehézfémionok kicsapódása
   A pépben található szabad Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ és Fe³⁺ ionok nem szelektíven aktiválják a meddőásványokat, csökkentve a szelektivitást. Az S²⁻ ezeket az ionokat szulfidok formájában kicsapja, kiküszöbölve az interferenciát és csökkentve a felesleges reagensfogyasztást.
4. Nyálkaszórás
   Az alkáli hidrolízis termékei enyhén diszpergálják a finom iszapot, enyhítve a célzott ásványi felületek iszap általi bevonódását.

IV. Depresszáns/deszorpciós hatás
Amikor vegyes ólom-cink oxidált koncentrátumot állítanak elő, nagy mennyiségű nátrium-szulfid adható hozzá nagy koncentrációban. Az S²⁻ versenyképesen kiszorítja az ásványi felületeken adszorbeált xantátot, teljesen eltávolítva a gyűjtőt. Mosás és újra pépesítés után szakaszos szulfidizálást és elválasztást alkalmaznak a beragadt ólom-cink összenövések feloldására. Ezt gyakran alkalmazzák komplex polimetallikus oxigén-szulfidos vegyes érc flotációs áramkörökben.

V. A nátrium-szulfid viselkedésbeli különbségei ólom- és cinkásványokon

1. Oxidált ólom (cerusszit) – sűrű PbS filmet képez; mérsékelt nátrium-szulfid elegendő a stabil flotációhoz; csak a felesleg okoz depressziót. Alkalmas xantát alapú ömlesztett ólomflotációhoz.
2. Oxidált cink (smithsonit) – laza ZnS filmet képez; a nátrium-szulfid önmagában nem képes ezt flotálni. A nátrium-szulfid csak előkezelésként szolgál, kationos gyűjtők, például oktadecilamin vagy dodecilamin szükségesek. A maradék nátrium-szulfid erősen gátolja az oxidált cink flotációját.

VI. Főbb ipari gyakorlati tippek

1. Megosztott adagolás: mind az őrlési, mind a durva flotációs szakaszban adagolja a szulfidizációs érintkezési idő meghosszabbítása érdekében.
2. Az ólomflotációs meddőt hígítani és mosni kell a cinkflotálás előtt a maradék nátrium-szulfid csökkentése érdekében.
3. Erősen oxidált, agyagtartalmú ércek esetén redukálószerekkel (vaspor) és diszpergálószerekkel (nátrium-hexametafoszfát) kell kombinálni a szulfidfilm stabilizálása érdekében.

Mellékhatások: mérgező záptojásgáz (H₂S) keletkezése – szellőztetés szükséges; a túlzott mennyiségű reagens növeli a költségeket; a szennyvíz szulfidszintje meghaladja a határértékeket.
Különleges megjegyzés: A NaHS, ha használják, könnyen lebomlik.