Natriumsulfidin rooli ja mekanismi hapettuneiden lyijy-sinkkimalmien vaahdotuksessa

Hapettuneilla lyijy-sinkkimineraaleilla (serussiitti, anglesiitti, smitsoniitti, hemimorfiitti jne.) on hydrofiiliset pinnat, eikä niitä voida suoraan vaahdottaa ksantaattikeräimien kanssa. Natriumsulfidin lisääminen sulfidoi malmin, mikä mahdollistaa ksantaattien myöhemmän adsorption. Sulfidoinnin ja aktivoinnin lisäksi natriumsulfidi tarjoaa myös selektiivisiä pH-säätö-, massan pH-säätö- ja reagenssinpoistotoimintoja, mikä tekee siitä kriittisen reagenssin hapettuneen lyijy-sinkkikäsittelyssä.

I. Sulfidointi ja aktivointi

1. Reaktiomekanismi
   Natriumsulfidi hydrolysoituu vedessä muodostaen S²⁻- ja HS⁻-ioneja, jotka reagoivat hapettuneiden lyijy-sinkkimineraalien pinnalla olevien metalli-ionien kanssa liukenemis-saostumisen kautta muodostaen hydrofobisen sulfidikalvon:

Cerussiitti:
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O (havainnollistava reaktio; kuvan paikkamerkki)

Smithsonite:
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O (havainnollistava reaktio; kuvan paikkamerkki)

Muodostunut PbS-kalvo on tiivis ja stabiili, se adsorboi ksantaattia tiukasti ja antaa hapettuneelle lyijylle sulfidin kaltaisen kelluvuuden. ZnS-kalvo on löysä ja altis hapettumiselle ja irtoamiselle; pelkkä natriumsulfidi ei riitä hapettuneen sinkin kelluttamiseen, mikä vaatii myöhemmin toissijaisen aktivoinnin amiinikerääjillä.

2. Sovelluksen arvo
   Ilman natriumsulfidia hapettuneen lyijy-sinkin kokonaistalteenotto on alhainen. Asianmukaisella sulfidoinnilla lyijyn talteenotto kasvaa merkittävästi. Sulfidointi on edellytys hapettuneen malmin vaahdotukselle. Käytännössä natriumsulfidi lisätään ensin sulfidointia varten ja sen jälkeen ksantaatti selektiivistä lyijyn vaahdotusta varten.

II. Selektiivinen masennus

1. Epäpuhtauksien, kuten sfaleriitin ja pyriitin, vähentäminen
   Ylimääräinen S²⁻ massassa peittää galena-, sfaleriitti- ja pyriittipinnat estäen ksantaattien adsorptiota ja aiheuttaen lamauttavan vaikutuksen.
   Lyijyn massaflotaatiovaiheessa käytetään kohtuullista natriumsulfidiannosta vain hapettuneen lyijyn aktivoimiseksi; ylimäärä painaa lyijyä alas samalla kun se painaa voimakkaasti primaarista sfaleriittia, jolloin saavutetaan sinkin ja lyijyn erotus.
   Sinkin vaahdotusvaiheessa lyijyjätteet on pestävä perusteellisesti jäännösnatriumsulfidipitoisuuden vähentämiseksi ja aleneman poistamiseksi ennen amiinikeräimien käyttöä sinkin talteenottamiseksi.
2. Annostussäännöt
   Riittämätön annostus: ohut ja epätäydellinen sulfidikalvo, alhainen lyijyn talteenotto.
   Kohtalainen annostus: hapettuneen lyijyn täydellinen aktivointi ja sfaleriitin kohtalainen väheneminen, optimaalinen erotus.
   Liiallinen annostelu: ylimääräinen S²⁻ alentaa sekä hapettuneen lyijyn että sfaleriittien määrää, mikä aiheuttaa lyijyn ja sinkin talteenoton jyrkän laskun.

III. Sellun kunnostus

1. pH-säätö
   Natriumsulfidin hydrolyysi tuottaa vahvasti emäksisen liuoksen, joka pitää massan pH:n luonnollisesti suotuisalla alueella 8,5–11. Emäksinen ympäristö estää sulfidikalvon oksidatiivisen hajoamisen, mikä parantaa sulfidoinnin stabiilisuutta.
2. Eh-säätö
   Pelkistävät sulfidi-ionit alentavat massan hapetuspotentiaalia estäen PbS-kalvon oksidatiivisen deaktivoitumisen. Voimakkaasti hapettuneille malmeille on ylläpidettävä tietty ylimäärä natriumsulfidia pelkistävänä aineena.
3. Haitallisten raskasmetalli-ionien saostuminen
   Massan vapaat Pb²⁺-, Cu²⁺-, Zn²⁺- ja Fe³⁺-ionit aktivoivat epäselektiivisesti sivukivimineraaleja, mikä vähentää selektiivisyyttä. S²⁻ saostaa nämä ionit sulfideina, mikä poistaa häiriöt ja vähentää tarpeetonta reagenssien kulutusta.
4. Liman leviäminen
   Emäksiset hydrolyysituotteet hajottavat hienojakoisia lieteitä hellävaraisesti, mikä vähentää liemien aiheuttamaa kohdemineraalipintojen peittymistä.

IV. Masennus-/desorptiovaikutus
Kun valmistetaan sekoitettua lyijy-sinkki-hapetettua rikastetta, voidaan lisätä suuri määrä natriumsulfidia korkealla pitoisuudella. S²⁻ syrjäyttää kilpailevasti adsorboitunutta ksantaattia mineraalipinnoille ja poistaa keräilijän perusteellisesti. Pesun ja uudelleensulppuamisen jälkeen käytetään vaiheittaista sulfidointia ja erottelua lukittujen lyijy-sinkki-välikasvujen ratkaisemiseksi. Tätä käytetään usein monimutkaisissa polymetallisten happisulfidimalmien vaahdotuspiireissä.

V. Natriumsulfidin käyttäytymiserot lyijy- ja sinkkimineraaleissa

1. Hapettunut lyijy (cerussiitti) – muodostaa tiheän PbS-kalvon; kohtalainen natriumsulfidipitoisuus riittää vakaaseen vaahdotukseen; vain liika aiheuttaa alenemaa. Sopii ksantaattipohjaiseen lyijyn massavaahdotukseen.
2. Hapettunut sinkki (smitsoniitti) – muodostaa löyhän ZnS-kalvon; pelkkä natriumsulfidi ei pysty vaahdottamaan sitä. Natriumsulfidi toimii vain esikäsittelynä, ja tarvitaan kationisia keräilijöitä, kuten oktadekyyliamiinia tai dodekyyliamiinia. Jäännösnatriumsulfidi heikentää voimakkaasti hapettuneen sinkin vaahdotusta.

VI. Keskeiset vinkit teolliseen käytäntöön

1. Jaettu lisäys: lisää sekä jauhatusvaiheessa että esivaahdotuksessa sulfidoinnin kontaktiajan pidentämiseksi.
2. Lyijyn vaahdotushiekka on laimennettava ja pestävä jäännösnatriumsulfidin vähentämiseksi ennen sinkkivaahdotusta.
3. Erittäin hapettuneille, runsassavisille malmeille yhdistetään pelkistimiä (rautajauhe) ja dispergointiaineita (natriumheksametafosfaatti) sulfidikalvon stabiloimiseksi.

Sivuvaikutukset: myrkyllisen mätämunakaasun (H₂S) muodostuminen – ilmanvaihto on tarpeen; liiallinen reagenssi lisää kustannuksia; jäteveden sulfidipitoisuudet ylittävät raja-arvot.
Erityishuomautus: NaHS hajoaa helposti, jos sitä käytetään.