Ruolo e meccanismo del solfuro di sodio nella flottazione di minerali di piombo-zinco ossidati

I minerali di piombo-zinco ossidati (cerussite, anglesite, smithsonite, emimorfite, ecc.) presentano superfici idrofile e non possono essere flottati direttamente con collettori di xantati. L'aggiunta di solfuro di sodio solfidizza il minerale, consentendo il successivo adsorbimento degli xantati. Oltre alla solfidizzazione e all'attivazione, il solfuro di sodio svolge anche funzioni di depressione selettiva, regolazione del pH della polpa e rimozione dei reagenti, rendendolo un reagente fondamentale nel processo di lavorazione del piombo-zinco ossidato.

I. Solfidizzazione e attivazione

1. Meccanismo di reazione
   Il solfuro di sodio si idrolizza in acqua generando ioni S²⁻ e HS⁻, che reagiscono con gli ioni metallici superficiali sui minerali di piombo-zinco ossidati tramite dissoluzione-precipitazione, formando una pellicola di solfuro idrofobica:

Cerussite:
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O (reazione illustrativa; immagine segnaposto)

Smithsonite:
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O (reazione illustrativa; immagine segnaposto)

Il film di PbS formatosi è denso e stabile, adsorbe saldamente lo xantato e conferisce al piombo ossidato una galleggiabilità simile a quella del solfuro. Il film di ZnS è invece poroso e soggetto a ossidazione e distacco; il solfuro di sodio da solo non è sufficiente per far galleggiare lo zinco ossidato, che richiede una successiva attivazione con collettori amminici.

2. Valore dell'applicazione
   Senza solfuro di sodio, il recupero complessivo del piombo-zinco ossidato è basso. Con una solfidazione adeguata, il recupero del piombo aumenta significativamente. La solfidazione è un prerequisito per la flottazione del minerale ossidato. In pratica, il solfuro di sodio viene aggiunto per primo per la solfidazione, seguito dallo xantato per la flottazione selettiva del piombo.

II. Depressione selettiva

1. Depressione delle impurità come sfalerite e pirite
   L'eccesso di S²⁻ nella polpa ricopre le superfici di galena, sfalerite e pirite, ostacolando l'adsorbimento dello xantato e producendo un effetto depressivo.
   Nella fase di flottazione del piombo in massa, si utilizza un dosaggio moderato di solfuro di sodio per attivare solo il piombo ossidato; un eccesso di solfuro di sodio deprime il piombo, deprimendo al contempo in modo significativo la sfalerite primaria, ottenendo così la separazione zinco-piombo.
   Nella fase di flottazione dello zinco, gli scarti di piombo devono essere lavati accuratamente per ridurre la concentrazione residua di solfuro di sodio ed eliminare la depressione, prima di utilizzare i collettori amminici per recuperare lo zinco.
2. Regole di dosaggio
   Dosaggio insufficiente: pellicola di solfuro sottile e incompleta, basso recupero del piombo.
   Dosaggio moderato: attivazione completa del piombo ossidato e moderata depressione della sfalerite, separazione ottimale.
   Dosaggio eccessivo: l'eccesso di S²⁻ deprime sia il piombo ossidato che la sfalerite, causando un forte calo del recupero di piombo e zinco.

III. Condizionamento della polpa

1. regolazione del pH
   L'idrolisi del solfuro di sodio produce una soluzione fortemente alcalina, che mantiene naturalmente il pH della pasta di cellulosa nell'intervallo ottimale di 8,5-11. L'ambiente alcalino previene la decomposizione ossidativa del film di solfuro, migliorando la stabilità della solfidizzazione.
2. Controllo Eh
   Gli ioni solfuro riducenti abbassano il potenziale di ossidazione della polpa, prevenendo la disattivazione ossidativa del film di PbS. Per i minerali altamente ossidati, è necessario mantenere un certo eccesso di solfuro di sodio come agente riducente.
3. Precipitazione di ioni di metalli pesanti nocivi
   Gli ioni liberi Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ e Fe³⁺ presenti nella polpa attivano in modo non selettivo i minerali della ganga, riducendo la selettività. S²⁻ precipita questi ioni sotto forma di solfuri, eliminando le interferenze e riducendo il consumo superfluo di reagenti.
4. Dispersione di melma
   I prodotti dell'idrolisi alcalina disperdono delicatamente le melme fini, riducendo la formazione di depositi sulle superfici minerali bersaglio.

IV. Azione depressiva/desorbente
Quando si produce un concentrato ossidato misto di piombo e zinco, è possibile aggiungere una grande quantità di solfuro di sodio ad alta concentrazione. Lo S²⁻ sostituisce in modo competitivo lo xantato adsorbito sulle superfici minerali, rimuovendo completamente il collettore. Dopo il lavaggio e la ripolpazione, si applicano processi di solfidizzazione e separazione a stadi per risolvere le intercrescenze di piombo e zinco bloccate. Questo processo è spesso utilizzato in complessi circuiti di flottazione di minerali misti polimetallici con ossigeno e solfuro.

V. Differenze di comportamento del solfuro di sodio sui minerali di piombo rispetto a quelli di zinco

1. Piombo ossidato (cerussite) – forma una pellicola densa di PbS; una moderata quantità di solfuro di sodio è sufficiente per una flottazione stabile; solo un eccesso provoca depressione. Adatto per la flottazione di piombo sfuso a base di xantati.
2. Zinco ossidato (smithsonite) – forma una pellicola di ZnS porosa; il solfuro di sodio da solo non è in grado di farlo flottare. Il solfuro di sodio serve solo come pretrattamento e sono necessari collettori cationici come l'ottadecilammina o la dodecilammina. Il solfuro di sodio residuo inibisce fortemente la flottazione dello zinco ossidato.

VI. Consigli chiave sulle pratiche industriali

1. Aggiunta frazionata: aggiungere sia la fase di macinazione che la flottazione preliminare per prolungare il tempo di contatto della solfidazione.
2. I residui della flottazione del piombo necessitano di diluizione e lavaggio per ridurre il solfuro di sodio residuo prima della flottazione dello zinco.
3. Per minerali altamente ossidati e ad alto contenuto di argilla, combinare con agenti riducenti (polvere di ferro) e disperdenti (esametafosfato di sodio) per stabilizzare il film di solfuro.

Effetti collaterali: generazione di gas tossico dall'odore di uova marce (H₂S) – è necessaria la ventilazione; l'eccesso di reagenti aumenta i costi; i livelli di solfuro nelle acque reflue superano i limiti.
Nota speciale: il NaHS, se utilizzato, si decompone facilmente.