在金矿石中，脉石矿物为主要伴生矿物，在我国已探明的黄金资源储量中，伴生金约占25%，砂金和脉金约占75%（宋言等，2018；刘淑杰等，2020）。脉石作为惰性矿物通常被认为不参与氰化反应，导致人们普遍忽视了在氰化提金过程中脉石表面对CN^-的吸附行为。除此之外，在对金矿石氰化后的尾渣（氰化渣）中铜、铅和锌进行浮选回收利用时，发现仅能获得品位约为10%的目标矿物，其中85%来自脉石矿物的跟浮（Yang et al.，2015；Ai et al.，2018；Dong et al.，2021）。浮选的本质是根据矿物表面润湿性的差异来实现矿物分选，而氰化浸出改变了各矿物表面的润湿性。

有报道称，含硅矿物在氰化浸出过程中能够生成具有吸附特性的羟基胶体等物质（Mohammad-nejad et al.，2011，Chen et al.，2002）。然而，这是否导致了硅酸盐类矿物在氰化浸出过程中消耗更多的氰化物，从而影响金的氰化浸出，进而影响氰化渣中有价元素的回收利用尚不明确。可见，查明氰化体系中脉石矿物表面CN^-的吸附规律及污染物种的形态对改善氰化浸出工艺及氰化渣的综合回收利用均具有指导性意义。

本研究首先通过静态吸附试验考察了氰化过程中石英、长石和方解石3种典型脉石矿物对CN^-的吸附规律；采用准一级动力学方程、准二级动力学方程、双常数方程和Elovich方程对试验结果进行拟合，有助于了解脉石矿物的存在对氰化提金的影响，进而改善氰化工艺中氰化浸金剂的无效使用；其次，对吸附试验的固体样品进行润湿性表征，得出经过氰化药剂和硫化矿浮选捕收剂作用后的脉石表面浮选性能的改变，有助于改善氰化渣中有价金属元素的浮选效果，从而更好地实现氰化渣的回收利用；最后，借助红外光谱仪分析手段检测3种脉石矿物表面形态的变化，进一步揭示石英、长石和方解石对CN^-的吸附机理。

试验所用的长石、石英和方解石购买自广西省咏玖矿业有限公司，比表面积分别为4.02，4.57，0.96 m²/g。样品经手选除杂后，一部分切割为10 mm×10 mm×3 mm（长度×宽度×高度）矿块抛光，另一部分破碎至-75 μm备用。采用X射线衍射仪（布鲁克D8 Advance，德国）和X射线荧光光谱（日本理学ZSX100e，日本）对样品的物相组成和化学成分进行了分析（图1和表1）。由图1可知，SiO₂在石英样品XRD图谱中具有明显的特征峰，经定量分析，SiO₂质量分数为99.10%；KAlSi₃O₈为试验用长石的主要物相，经定量分析，SiO₂质量分数为67.83%，Al₂O₃质量分数为15.33%，K₂O质量分数为15.94%；在方解石的XRD图谱中，除了CaCO₃外，未发现其他矿物相的存在，经定量分析，CaO质量分数为56.25%。根据XRD、XRF分析结果，购买的3种脉石矿物均能满足试验对单矿物的纯度要求。

氰化浸出试验在T09-1S型恒温磁力搅拌机上进行；采用L550型台式低速离心机进行矿浆分离；在矿浆pH值调节中使用PB-10型酸度计；采用固着液滴法在DSA25型标准型接触角检测仪上对样品表面接触角进行测量。

氰化浸金剂使用的是化学纯NaCN，使用超纯水配制浓度为100 mg/L的NaCN溶液备用；使用分析纯NaOH和H₂SO₄作为矿浆pH值调节剂；CN^-浓度的测定采用的是硝酸银滴定法，其中AgNO₃、百里酚酞和试银灵均为分析纯；化学纯丁基黄原酸钠（SBX）和2#油分别为浮选捕收剂和起泡剂。

称取一定质量的石英、长石和方解石样品加入到300 mL的NaCN溶液中，用1 mol/L的NaOH调节矿浆pH值，使pH值保持在11.0~11.5之间，室温［（25±2）℃］下磁力搅拌一定时间后离心分离，取上清液进行CN^-浓度测定。吸附率和吸附量的计算公式为

式中：P为吸附率（%）；C₀和C_e分别为吸附剂添加前后吸附质平衡浓度（mg/L）；Q为吸附量（mg/g）；V为吸附试验用吸附质溶液的体积（L）；m为吸附剂添加量（g）。

试验采用准一级动力学方程和准二级动力学方程来描述和分析吸附剂与吸附质之间的吸附过程；采用双常数方程描述吸附剂表面能量分布的均质性和吸附质的扩散机理；采用Elovich方程描述溶液吸附过程中包括表面络合交换、静电吸附、表面扩散和内部微孔扩散在内的反应机制。

准一级动力学方程如下：

准二级动力学方程如下：

双常数方程如下：

Elovich方程如下：

式中：Q_e和Q_t 分别为吸附平衡时和时间为t时的吸附量；k₁和k₂分别为准一级和准二级吸附速率常数；a和b为双常数方程扩散速率常数；α和β为Elovich方程吸附速率常数。

将新鲜抛光好的脉石矿块浸没在pH值为11.0~11.5、NaCN质量浓度为100 mg/L、矿浆质量浓度为30%的金精矿氰化矿浆中。氰化作用24 h后放置在仪器测量平台，并使用微量进样器在样品表面滴加高纯水滴，每间隔0.4 s用数码摄影记录水滴轮廓。用仪器配备的Dropsnake插件分析样品表面平衡接触角。

红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrome-ter，FT-IR）的表征采用KBr压片法。将待测样品与光谱纯KBr按1∶100质量比混合研磨至-75 μm，压制成透明薄片。使用傅里叶变换红外光谱仪在分辨率为4 cm^-1的4 000~400 cm^-1区域进行采集，扫描次数为32次。

石英、长石和方解石是金矿石中典型的脉石矿物，查明CN^-在脉石矿物表面的吸附规律，对于降低氰化浸金剂的使用量和提高氰化渣的资源化利用至关重要。选择不同添加量（1，3，5，10，15 g）的石英、长石和方解石投入质量浓度为100 mg/L的NaCN溶液中构成氰化浸出体系，在温度为（25±2）℃、pH值为11.0~11.5的条件下，研究了矿物添加量对氰化体系中的脉石表面CN^-吸附率和吸附量的影响，结果如图2所示。

在脉石添加量监测范围内，CN^-的吸附主要发生在石英表面，当石英添加量为15 g时，CN^-的吸附率为68.4%，吸附量为0.0458 mg/g。此时，长石和方解石表面CN^-吸附率分别为48.0%和46.1%，吸附量分别为0.0320 mg/g和0.0309 mg/g。值得注意的是，当样品添加量为5 g时，长石和方解石表面CN^-的吸附率已趋于平衡，该结果为实际黄金生产中NaCN用量的选择提供了重要参考数据。

众所周知，离子的吸附行为一般在介质颗粒表面进行，不同介质表面孔隙率、比表面积和吸附活性位点直接影响着离子吸附率和吸附量。由于石英的比表面积（4.57 m²/g）大于长石（4.02 m²/g）和方解石（0.96 m²/g），因此，在相同的添加量条件下，石英表面CN^-的吸附率和吸附量相对更高。此外，在弱酸性—碱性条件下，SiO₂的聚合始于单硅酸缩合成环状低聚物，然后生长成三维聚合物颗粒，而这些纳米颗粒的存在是造成CN^-吸附的因素之一（Mohammadnejad et al.，2011）。由此可见，在氰化工艺过程中，一方面要减少金精矿的过磨，另一方面要把控矿浆pH值的变化。

在温度为（25±2）℃、pH值为11.0~11.5、NaCN浓度为100 mg/L和脉石添加量为5 g的条件下，研究了吸附时间对CN^-在石英、长石和方解石表面上吸附效果的影响，结果如图3所示。

在氰化初始阶段，脉石表面CN^-的吸附率和吸附量均随吸附时间的增加而增加。在氰化12 h后，石英［图3（a）］和方解石［图3（b）］表面CN^-的吸附达到饱和状态，吸附率分别为58.0%和43.6%，吸附量分别为0.1160 mg/g和0.0872 mg/g，随着吸附时间的继续延长，CN^-的吸附率和吸附量均未有明显变化。图3（c）显示，长石表面的CN^-吸附主要发生在氰化7 h内，吸附率和吸附量均随吸附时间的增加而迅速增大。然而，当吸附时间为12 h和24 h时，长石表面CN^-的吸附有明显的波动，具体表现为吸附率和吸附量降低。这意味着CN^-可能会被重新释放到溶液中。这种行为可能与长石的离子溶出和溶液中的硅酸类物种（低聚物和胶体/凝胶）的形成有关（Yazdani et al.，2016；Rao et al.，2021）。

接触角（θ）大小能够直观反映出矿物表面润湿性的高低，而矿物的浮选分离又与其润湿性密切相关（Zhang et al.，2019；Xu et al.，2020）。根据氰化前后石英、长石和方解石表面接触角变化情况（图4），未氰化前的石英、长石和方解石表面接触角分别为38.5°、15.6°和35.4°，这与前人的研究结果一致（Deng et al.，2018；Rao et al.，2021；殷玉兰等，2022），表明石英、长石和方解石均为亲水性矿物（θ<90°）。此外，由图4可知，经氰化作用后的石英、长石和方解石表面接触角均有所下降，分别减小为18.6°、14.4°和20.6°，表明脉石矿物表面的亲水性因CN^-吸附有所增加，而这一变化有利于与黄铜矿、方铅矿和闪锌矿等硫化矿的浮选分离。

在利用浮选工艺对氰化渣中有价金属元素进行回收时，通常使用捕收剂增加硫化物界面的疏水性，从而达到硫化物与脉石矿物分离的目的。为了查明脉石矿物表面CN^-的吸附是否会影响硫化矿捕收药剂的选择性吸附，本研究将氰化24 h后的石英、长石和方解石矿块浸没到含SBX捕收剂（100×10^-6）和2#油（20×10^-6）的溶液中作用5 min。图5显示石英、长石和方解石表面接触角分别增加了7.1°、2.8°和4.8°，表明SBX捕收剂在一定程度上改善了氰化后脉石矿物表面的亲水性。尽管如此，脉石矿物表面仍呈现亲水性质，一方面是SBX作为硫化矿捕收剂不能对脉石矿物进行有效吸附；另一方面CN^-和其他杂质离子的吸附占据了矿物表面的吸附位点，增强了其表面亲水性。

氰化体系中的CN^-在脉石矿物表面具有选择吸附性，这与矿物表面不同吸附位点的键合作用强弱有关。因此，本研究对氰化前后石英、长石和方解石的红外光谱进行了分析，以进一步揭示石英、长石和方解石对CN^-的吸附机理。图6所示为石英、长石和方解石经过氰化作用前后的红外光谱图。根据文献报道，石英纯矿物表面的Si-O非对称伸缩振动出现在1 880，1 086，789 cm^-1附近，而690 cm^-1处的特征峰为Si-O-Si的对称伸缩振动峰，465 cm^-1附近的特征峰被认为是Si-O的弯曲振动峰［图6（a）］。值得注意的是，氰化后的石英表面未出现有CN^-的特征峰值，这可能是由于CN^-未与石英表面基团键合或红外光谱检测限较低导致的。长石氰化前后的红外光谱图如图6（b）所示。由图6（b）可知，1 138 cm^-1和1 010 cm^-1分别归属于Si-O和Si（Al） -O的伸缩振动峰；770 cm^-1为Si-Si伸缩振动峰；而727 cm^-1被认为是Si-Al的伸缩振动峰；O-Si（Al）-O的弯曲振动峰出现在647 cm^-1和583 cm^-1处；430 cm^-1则为Si-O-Si的弯曲振动峰。尽管长石表面未检出CN^-的特征峰，但是图6（b）显示，经氰化后的长石表面在1 138 cm^-1和1 010 cm^-1附近所代表的Si-O和Si（Al）-O的伸缩振动峰发生了右偏，说明长石表面物质形态发生了变化，生成了其他新的物质，但受红外光谱检测限限制，不能确定新物质的形态。图6（c）为方解石氰化前后的红外光谱图。可以看出，在图谱中出现了2 869，2 514，1 796，1 427，875，710 cm^-1的吸收峰。其中，2 869 cm^-1和2 514 cm^-1代表方解石表面CO₃^2-的合频和倍频特征峰；1 796，1 427，875，710 cm^-1处的吸收振动峰均与方解石内部的CO₃^2-相关，对应于C-O键。不难发现，与石英表面红外光谱特征峰类似，未在方解石表面发现有明显的红外特征峰的变化。

针对脉石矿物表面CN^-吸附机理，本研究采用准一级动力学方程、准二级动力学方程、双常数方程和Elovich动力学方程对不同吸附时间条件下的CN^-吸附结果进行了动力学模型拟合，具体结果和相关模型参数如图7和表2所示。CN^-在石英和长石表面的吸附行为更符合准一级动力学方程，具体表现为R²_{准一级动力学}>R²_双常数>R²_Elovich>R²_{准二级动力学}，此外，准一级动力学的计算平衡吸附量（0.1038 mg/g和0.0855 mg/g）更接近实际平衡吸附量（0.1159 mg/g和0.0952 mg/g）。值得注意的是，方解石表面CN^-的吸附与准一级动力学方程、双常数方程和Elovich方程均具有较好的相关性，3个方程的相关系数R²>0.95，且准一级动力学模型的拟合效果最好（R²>0.98）。在前人文献报道中（Dizge et al.，2009；Li et al.，2011；Jannah Sulaiman et al.，2019；Taraba et al.，2022；于峥等，2022），准一级动力学方程和准二级动力学分别用于描述吸附过程中发生在吸附剂表面的物理作用和化学作用；双常数方程通常用于描述吸附质的吸附和解吸；Elovich方程更适合描述一些复杂吸附质的释放机制。除此之外，图7（c）、7（d）中的拟合直线均存在截距，说明无论是何种脉石矿物吸附CN^-，除了孔道缓慢扩散之外，还存在表面吸附（Huang et al.，2013；Sun et al.，2019；于峥等，2022）。

（1）氰化渣中典型脉石矿物对CN^-表现出不同程度的吸附性和选择性。各矿物对CN^-的吸附量大小顺序为：Q_石英>Q_长石>Q_方解石。

（2）通过动力学研究发现，石英和长石对CN^-的吸附以物理吸附为主，吸附过程符合准一级动力学模型；方解石对CN^-的吸附过程既符合准一级动力学模型，又符合双常数动力学模型。拟合结果表明，石英、长石和方解石对CN^-的平衡吸附量分别为0.1038，0.0855，0.0788 mg/g。

（3）氰化作用增加了脉石矿物表面的亲水性，其中以石英表面接触角降低最为明显，其次为长石，而方解石表面的接触角大小在氰化前后几乎没有变化。FT-IR检测结果表明，氰化后的脉石矿物表面物质形态可能生成了其他新的亲水性物种，从而造成接触角的降低。经过SBX浮选药剂作用后，脉石矿物表面接触角有所增加，但是仍呈现亲水性质，说明氰化作用不会造成氰化渣浮选回收硫化物矿时非目标矿物的跟浮。