Study on hydrolytic evolution and multi-targeted regulation mechanism of the edges of molybdenite fines

Abstract

Efficient flotation recovery of molybdenite fines (20 μm) remains a significant global challenge. Molybdenite is an anisotropic mineral with two distinct surfaces: hydrophobic faces and hydrophilic edges. As the particle size decreases, the proportion of molybdenite edges increases markedly, leading to the reduced hydrophobicity and poor floatability. Consequently, the natural floatability of molybdenite fines diminishes sharply due to the high edge/face ratio. Currently, conventional collectors such as hydrocarbon oils are ineffective for recovering molybdenite fines because these oils primarily adsorb on molybdenite faces rather than the dominant edges, leading to substantial losses of molybdenite resources. This work aims to develop novel, highly efficient, and environmentally friendly collectors that specifically target the regulation of edge hydrophobicity, which is crucial for improving the flotation efficiency of molybdenite fines. In this study, the flotation performance of molybdenite fines using several collectors, including the traditional sulfide mineral collector sodium isobutyl xanthate (SIBX) and three alternative collectors N-(N-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT), potassium cetyl phosphate (PCP), and sodium 2-mercaptobenzothiazole (MBT) were systematically investigated. The interaction mechanisms between these collectors and molybdenite surfaces were investigated using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and density functional theory (DFT) calculations. Since molybdenite surfaces are susceptible to oxidation under natural conditions, particularly at edge sites, the influence of surface oxidation on the flotation behavior of molybdenite fines was further examined. In addition, dodecylamine (DDA) was evaluated as a collector for both unoxidized and oxidized molybdenite fines to assess its effectiveness in improving flotation performance. The results showed that NBPT, PCP, and MBT significantly enhanced the flotation of molybdenite fines, achieving floatabilities of approximately 90% due to their preferential chemical adsorption on edge sites, which increased edge hydrophobicity. Furthermore, DDA exhibited superior performance compared with kerosene for both unoxidized and oxidized molybdenite fines. Even after oxidation, the floatability increased to about 90% at a DDA dosage of 100 mg/L, whereas kerosene achieved only 33.62% at 400 mg/L. These findings indicate that regulating the hydrophobicity of molybdenite edges is crucial for efficient flotation of molybdenite fines and provides a promising strategy for improving their recovery.

La recuperación eficiente por flotación de finos de molibdenita (20 μm) sigue siendo un desafío significativo a nivel mundial. La molibdenita es un mineral anisotrópico que presenta dos superficies distintas: caras hidrofóbicas y bordes hidrofílicos. A medida que disminuye el tamaño de partícula, la proporción de bordes de molibdenita aumenta considerablemente, lo que conduce a una reducción de la hidrofobicidad y a una baja flotabilidad. En particular, la flotabilidad natural de los finos de molibdenita disminuye notablemente debido a la alta relación borde/cara. Actualmente, los colectores más comúnmente utilizados, como los aceites hidrocarbonados, no pueden recolectar eficazmente los finos de molibdenita porque estos aceites se adsorben principalmente en las caras de la molibdenita en lugar de en los bordes dominantes, lo que provoca una gran pérdida de recursos de molibdenita. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar colectores novedosos, altamente eficientes y ambientalmente amigables que se orienten específicamente a la regulación de la hidrofobicidad de los bordes, lo cual es crucial para mejorar la eficiencia de flotación de los finos de molibdenita. En este trabajo, se investigó sistemáticamente el desempeño de flotación de los finos de molibdenita utilizando varios colectores, incluido el colector tradicional para minerales sulfurados xantato de isobutilo de sodio (SIBX) y tres colectores alternativos: triamida tiodifosfórica N-(N-butil) (NBPT), fosfato de cetilo de potasio (PCP) y 2-mercaptobenzotiazolato de sodio (MBT). Los mecanismos de interacción entre estos colectores y las superficies de molibdenita se exploraron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y cálculos de teoría del funcional de la densidad (DFT). Considerando que las superficies de molibdenita son susceptibles a la oxidación en condiciones naturales, particularmente en los sitios de borde, también se examinó la influencia de la oxidación superficial en el comportamiento de flotación de los finos de molibdenita. Además, se evaluó la dodecilamina (DDA) como colector para finos de molibdenita tanto no oxidados como oxidados con el fin de analizar su eficacia para mejorar el desempeño de flotación. Los resultados demostraron que NBPT, PCP y MBT mejoraron significativamente la flotación de los finos de molibdenita, alcanzando flotabilidades cercanas al 90 %, debido a su adsorción química preferencial en los sitios de borde, lo que incrementa la hidrofobicidad de estos. Además, la DDA mostró un desempeño superior en comparación con el queroseno tanto para finos de molibdenita no oxidados como oxidados. Incluso después de la oxidación, la flotabilidad aumentó hasta aproximadamente el 90 % con una dosificación de DDA de 100 mg/L, mientras que el queroseno solo alcanzó el 33.62 % a una dosificación de 400 mg/L. Estos resultados indican que la regulación de la hidrofobicidad de los bordes de la molibdenita es crucial para la flotación eficiente de los finos de molibdenita y proporcionan estrategias prometedoras para mejorar su recuperación.