תפקיד ומנגנון של נתרן גופרתי בציפה של עפרות עופרת-אבץ מחומצנות

מינרלים מחומצנים של עופרת-אבץ (קרוסיט, אנגלסיט, סמית'סוניט, המימורפיט וכו') הם בעלי משטחים הידרופיליים ולא ניתן להציף אותם ישירות באמצעות קולטי קסנטאט. הוספת נתרן גופרתי גורמת לסולפידיזציה של העפרה, מה שמאפשר ספיחה נוספת של קסנטאטים. מעבר לסולפידיזציה והפעלה, נתרן גופרתי מספק גם פונקציות של דיכוי סלקטיבי, התאמת רמת החומציות של העיסה והסרת ריאגנטים, מה שהופך אותו לריאגנט קריטי בעיבוד עופרת-אבץ מחומצנת.

א. סולפידיזציה והפעלה

1. מנגנון התגובה
   נתרן גופרתי עובר הידרוליזה במים ליצירת יוני S²⁻ ו-HS⁻, אשר מגיבים עם יוני מתכת על פני השטח של מינרלים מחומצנים של עופרת-אבץ באמצעות משקעים ומסירים את הטמפרטורה, ויוצרים סרט גופרתי הידרופובי:

צרוסיט:
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O (תגובה להמחשה; תמונה מוצגת כמציין מיקום)

סמית'סונייט:
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O (תגובה להמחשה; תמונה מציינת)

שכבת ה-PbS שנוצרת היא צפופה ויציבה, סופחת היטב קסנטאט ומעניקה לעופרת המחומצת יכולת ציפה דמוית גופרית. שכבת ה-ZnS רופפת ונוטה לחמצון ולהתנתקות; נתרן גופרתי לבדה אינו מספיק לציפה של אבץ מחומצן, הדורשת הפעלה משנית עם קולטי אמין בהמשך.

2. ערך היישום
   ללא נתרן גופרתי, כמות העופרת-אבץ המחומצת נמוכה. עם סולפידיזציה נכונה, כמות העופרת עולה משמעותית. סולפידיזציה היא תנאי הכרחי לציפת עפרה מחומצנת. בפועל, מוסיפים תחילה נתרן גופרתי לצורך סולפידיזציה, ולאחר מכן קסנטאט לצורך ציפת עופרת סלקטיבית.

II. דיכאון סלקטיבי

1. ניקוז של זיהומים כגון ספלריט ופיריט
   עודף S²⁻ בעיסה מצפה את משטחי הגלנה, הספלריט והפיריט, מה שמעכב את ספיגת הקסנטאט ויוצר אפקט מדכא.
   בשלב הצפת העופרת בתפזורת, מינון מתון של נתרן גופרתי משמש להפעלת עופרת מחומצנת בלבד; עודף גורם לדיכוי העופרת תוך כדי דיכוי חזק של הספלריט הראשוני, ובכך משיג הפרדת אבץ-עופרת.
   עבור שלב ציפת האבץ, יש לשטוף היטב את שאריות העופרת כדי להפחית את ריכוז הנתרן הגופרתי השיורי ולמנוע שקע, לפני שימוש בקולטי אמין להפקת אבץ.
2. כללי מינון
   מינון לא מספיק: שכבת גופרית דקה ולא שלמה, שחזור עופרת נמוך.
   מינון מתון: הפעלה מלאה של עופרת מחומצנת ודיכוי מתון של ספלריט, הפרדה אופטימלית.
   מינון מוגזם: עודף S²⁻ מדכא הן עופרת מחומצנת והן ספלריט, וגורם להפקת עופרת ואבץ לירידה חדה.

ג. התניה של עיסת

1. כוונון pH
   הידרוליזה של נתרן גופרתי מניבה תמיסה בסיסית חזקה, השומרת באופן טבעי על רמת החומציות (pH) של העיסה בטווח הנוח של 8.5-11. הסביבה הבסיסית מונעת פירוק חמצוני של שכבת הגופרתי, ומשפרת את יציבות הסולפידיזציה.
2. בקרת EH
   יוני הסולפיד המחזרים מורידים את פוטנציאל החמצון של העיסה, ומונעים נטרול חמצוני של סרט ה-PbS. עבור עפרות מחומצנות מאוד, יש לשמור על עודף מסוים של נתרן גופרתי כחומר מחזר.
3. משקעים של יוני מתכות כבדות מזיקים
   יוני Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ ו-Fe³⁺ חופשיים בעיסה מפעילים באופן לא סלקטיבי מינרלים של גנגה, ומפחיתים את הסלקטיביות. S²⁻ משקעים יונים אלה כסולפידים, מבטלים הפרעות ומפחיתים צריכת ריאגנטים מיותרת.
4. פיזור רפש
   מוצרי הידרוליזה אלקלית מפזרים בעדינות סליים עדינים, ומקלים על ציפוי משטחי המינרלים המטרה על ידי סליים.

IV. פעולת מדכאת/ספיחה
כאשר מיוצר תרכיז מחומצן מעורב של עופרת ואבץ, ניתן להוסיף כמות גדולה של נתרן גופרתי בריכוז גבוה. S²⁻ דוחק באופן תחרותי את הקסנטאט הספוח על משטחי המינרלים, ומסיר לחלוטין את הקולט. לאחר שטיפה ועיסה מחדש, מופעלים סולפידיזציה והפרדה מדורגות כדי לפתור גידולים נעולים של עופרת ואבץ. זה משמש לעתים קרובות במעגלי ציפה מורכבים של עפרות מעורבות של חמצן וגופרתי.

V. הבדלים התנהגותיים של נתרן גופרתי על מינרלים של עופרת לעומת אבץ

1. עופרת מחומצנת (צרוסיט) – יוצרת שכבת PbS צפופה; כמות מתונה של נתרן גופרתי מספיקה לפלוטציה יציבה; רק עודף גורם לדיכאון. מתאים לפלוטציה של עופרת בתפזורת מבוססת קסנטאט.
2. אבץ מחומצן (סמית'סונייט) – יוצר שכבת ZnS רופפת; נתרן גופרתי לבדו אינו יכול להציף אותו. נתרן גופרתי משמש רק כטיפול מקדים, ונדרשים קולטים קטיוניים כגון אוקטדצילאמין או דודצילאמין. שאריות נתרן גופרתי מדכאות מאוד את ציפת האבץ המחומצן.

ו. טיפים מרכזיים לפרקטיקה תעשייתית

1. הוספה מפוצלת: הוסיפו גם את שלב הטחינה וגם את שלב הציפה הגולמית כדי להאריך את זמן המגע עם הסולפידיזציה.
2. שאריות ציפה של עופרת זקוקות לדילול ושטיפה כדי להפחית שיורי נתרן גופרתי לפני ציפת אבץ.
3. עבור עפרות בעלות תכולת חרסית גבוהה וחמצון גבוה, יש לשלב עם חומרי חיזור (אבקת ברזל) וחומרי פיזור (נתרן הקסמטאפוספט) כדי לייצב את שכבת הסולפיד.

תופעות לוואי: יצירת גז ביצים רקובות רעיל (H₂S) - נדרש אוורור; ריאגנט מוגזם מוסיף עלות; רמות הגופרית במי שפכים חורגות מהמגבלות.
הערה מיוחדת: NaHS, אם משתמשים בו, מתפרק בקלות.