酸化鉛亜鉛鉱物（セルサイト、アングレサイト、スミソナイト、ヘミモルファイトなど）は親水性表面を持つため、キサントゲン酸塩系捕集剤で直接浮選することはできません。硫化ナトリウムを添加することで鉱石が硫化され、その後のキサントゲン酸塩の吸着が可能になります。硫化ナトリウムは、硫化と活性化に加えて、選択的抑制、パルプpH調整、試薬除去といった機能も果たすため、酸化鉛亜鉛処理において重要な試薬となっています。
I. 硫化と活性化
- 反応機構
硫化ナトリウムは水中で加水分解してS²⁻イオンとHS⁻イオンを生成し、これらが酸化鉛亜鉛鉱物の表面金属イオンと溶解沈殿反応を起こして疎水性の硫化物膜を形成する。
セルサイト：
PbCO₃ + 2HS⁻ → PbS + CO₂ + H₂O（反応式例；画像はプレースホルダー）
スミソナイト：
ZnCO₃ + 2HS⁻ → ZnS + CO₂ + H₂O（反応式例；画像はプレースホルダー）
形成されたPbS膜は緻密で安定しており、キサントゲン酸塩をしっかりと吸着し、酸化鉛に硫化物のような浮遊性を与える。一方、ZnS膜は緩く、酸化や剥離を起こしやすい。硫化ナトリウムだけでは酸化亜鉛を浮遊させるには不十分であり、後からアミン系捕集剤を用いた二次活性化が必要となる。
- アプリケーションの価値
硫化ナトリウムがない場合、酸化鉛亜鉛の全体的な回収率は低くなります。適切な硫化処理を行うと、鉛の回収率は大幅に向上します。硫化処理は、酸化鉱石の浮選に不可欠な工程です。実際には、まず硫化ナトリウムを添加して硫化処理を行い、その後、キサントゲン酸塩を添加して鉛を選択的に浮選します。
II. 選択的抑制
- 閃亜鉛鉱や黄鉄鉱などの不純物の抑制
パルプ中の過剰なS²⁻は方鉛鉱、閃亜鉛鉱、黄鉄鉱の表面を覆い、キサントゲン酸塩の吸着を妨げ、抑制効果を生み出す。
鉛の浮選段階では、酸化鉛のみを活性化するために適量の硫化ナトリウムが使用されます。過剰な硫化ナトリウムは鉛を抑制すると同時に、一次閃亜鉛鉱を強く抑制するため、亜鉛と鉛の分離が達成されます。
亜鉛浮選工程では、鉛尾鉱を徹底的に洗浄して残留硫化ナトリウム濃度を低減し、沈降を解消してから、アミン系捕集剤を用いて亜鉛を回収する必要がある。 - 投与量に関する規則
投与量が不十分な場合：硫化物膜が薄く不完全になり、鉛の回収率が低くなる。
適度な投与量：酸化鉛の完全な活性化と閃亜鉛鉱の適度な抑制、最適な分離。
過剰投与: 過剰なS²⁻は酸化鉛と閃亜鉛鉱の両方を抑制し、鉛と亜鉛の回収率を急激に低下させます。
III. パルプの調整
- pH調整
硫化ナトリウムの加水分解により強アルカリ性の溶液が生成され、パルプのpHは8.5～11という好ましい範囲に自然に維持される。アルカリ性の環境は硫化物膜の酸化分解を防ぎ、硫化の安定性を高める。 - えー、コントロール
還元性硫化物イオンはパルプの酸化電位を低下させ、PbS膜の酸化による不活性化を防ぐ。高度に酸化された鉱石の場合、還元剤として一定量の硫化ナトリウムを過剰に維持する必要がある。 - 有害な重金属イオンの沈殿
パルプ中の遊離Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、およびFe³⁺イオンは、脈石鉱物を非選択的に活性化し、選択性を低下させる。S²⁻はこれらのイオンを硫化物として沈殿させることで、干渉を排除し、不要な試薬の消費量を削減する。 - スライム分散
アルカリ加水分解生成物は、微細なスライムを穏やかに分散させ、対象となる鉱物表面へのスライムの付着を軽減する。
IV．抑制作用／脱着作用
鉛と亜鉛の混合酸化精鉱を製造する際には、高濃度の硫化ナトリウムを大量に添加することができる。S²⁻は鉱物表面に吸着したキサントゲン酸塩を競合的に置換し、捕集剤を完全に除去する。洗浄と再スラリー化の後、段階的な硫化と分離を行い、固着した鉛と亜鉛の共生組織を解消する。これは、複雑な多金属酸素硫化物混合鉱石の浮選回路でよく用いられる手法である。
V．硫化ナトリウムが鉛鉱物と亜鉛鉱物に及ぼす挙動の違い
- 酸化鉛（セルサイト）は緻密なPbS膜を形成します。適量の硫化ナトリウムで安定した浮選が可能であり、過剰になると浮選効率が低下します。キサントゲン酸塩をベースとしたバルク鉛浮選に適しています。
- 酸化亜鉛（スミソナイト）は、緩いZnS膜を形成するため、硫化ナトリウムだけでは浮選できません。硫化ナトリウムは前処理剤としてのみ機能し、オクタデシルアミンやドデシルアミンなどの陽イオン捕集剤が必要です。残留硫化ナトリウムは、酸化亜鉛の浮選を著しく阻害します。
VI. 産業実践における重要なヒント
- 分割添加：硫化工程の接触時間を延長するために、粉砕工程と粗選浮選工程の両方で添加する。
- 鉛浮選の尾鉱は、亜鉛浮選の前に、残留硫化ナトリウムを低減するために希釈と洗浄が必要である。
- 高度に酸化した高粘土鉱石の場合、硫化物膜を安定化させるために、還元剤（鉄粉）と分散剤（ヘキサメタリン酸ナトリウム）を併用する。
副作用：有毒な腐卵ガス（H₂S）が発生するため、換気が必要。試薬の過剰使用によりコストが増加。廃水中の硫化物濃度が基準値を超える。
特記事項：NaHSは、使用した場合、容易に分解します。
投稿日時：2026年7月13日
