浮選的基本原理第一節(jié)礦物表面的潤濕性與可浮性第二節(jié)礦物的組成結構與可浮性

第三節(jié)礦物表面的電性與可浮性第四節(jié)礦物表面的吸附第五節(jié)礦粒的分散與聚集第六節(jié)浮選速率浮選的基本原理第一節(jié)礦物表面的潤濕性與可浮性1第一節(jié)礦物表面的潤濕性與可浮性

潤濕是自然界常見的現(xiàn)象。任意兩種流體與固體接觸，所發(fā)生的附著、展開或浸沒現(xiàn)象（廣義的說）稱為潤濕過程。其結果是一種流體被另一種流體從固體表面部分或全部被排擠或取代，這是一種物理過程，且是可逆的。如浮選過程就是調(diào)節(jié)礦物表面上一種流體(如水)被另一種流體取代(如空氣或油)的過程(即潤濕過程)。第一節(jié)礦物表面的潤濕性與可浮性

潤濕是自然界2

判斷礦物表面潤濕性的大小,常用接觸角表示，接觸角的大小隨著疏水程度的增大而增加，顆粒疏水性越高，越容易被穩(wěn)定氣泡吸附。接觸角是反映礦物表面親水性與疏水性強弱程度的一個物理量。成為衡量潤濕程度的尺度，它既能反映礦物的表面性質(zhì),又可作為評定礦物可浮性的一種指標。判斷礦物表面潤濕性的大小,常用接觸角表示，接觸角的大3接觸角的大小與固-氣(γSA),固-液(γSW)以及液-氣(γWA)界面的表面張力有關，平衡狀態(tài)時如右圖所示。接觸角的定義當氣泡在礦物表面附著（或水滴附著于礦物表面）時，一般認為其接觸角處為三相接觸，并將這條接觸線稱為“潤濕周邊”，在接觸過程中，潤濕周邊可以是移動的，或者變大，或者縮小，當變化停止時，表明該周邊上的三相界面的自由能（以界面張力表示）已達到平衡，此時在潤濕周邊上任一點處，自液－氣界面經(jīng)過液體內(nèi)部到固液界面的夾角叫“平衡接觸角”（簡稱接觸角），用θ表示。γSAAirθSolidγWAγSW接觸角的大小與固-氣(γSA),固-液(γSW)以及4在一定條件下，γwA值與礦物表面性質(zhì)無關，可看成恒定值，故θ的大小取決于γSA-γsw的差值大小，若礦物表面與水分子作用活性較高（親和力強），致使γsw很低，同時若空氣與礦物表面親和力較弱，γSA就高，這樣γSA-γsw差值就大，cosθ值大，而θ值小，反映出礦物表面有較強潤濕性（親水性）。反之，若γSA-γsw差值小，cosθ值也小，而θ值大。反映出礦物表面親水性較弱（疏水性強）。極個別的γSA＜γsw表示空氣對礦物的親和力比水大，這時θ＞900。在一定條件下，γwA值與礦物表面性質(zhì)無關，可看成5θ是反映礦物表面親水性與疏水性強弱程度的一個物理量。成為衡量潤濕程度的尺度，它既能反映礦物的表面性質(zhì)又可作為評定礦物可浮性的一種指標。θ是反映礦物表面親水性與疏水性強弱程度的一個物理量。成為衡量6理想潤濕狀態(tài)：θ＝0完全不潤濕：θ＝1800通過實驗測得部分礦物的接觸角如表1。

理想潤濕狀態(tài)：θ＝07表1部分礦物的接觸角礦物名稱θ0礦物名稱θ0硫78黃鐵礦30滑石64重晶石30輝鉬礦60方解石20方鉛礦47石灰石0～10閃鋅礦46石英0～4螢石41云母～0由表可以看出,大部分礦物是親水的。礦物名稱θ0礦物名稱θ0硫78黃鐵礦30滑石64重晶石30輝8表1所列θ值與實際浮選的可浮性次序大致相當，故通過對礦物θ值的測定與研究，即可掌握各個礦物的可浮性，由表1也可知，大部分礦物是親水的，只有少部分為天然疏水的。表1所列θ值與實際浮選的可浮性次序大致相當，故通過對礦物9一般地，θ＞700礦物天然可浮性好θ＝60－700礦物天然可浮性中等θ＜600礦物天然可浮性差親水性礦物：θ小，比較難浮疏水性礦物：θ大，比較易浮一般地，10

實際生活中表明“水油不相容”的現(xiàn)象，在礦物的表面性質(zhì)中也同樣存在，即親水性礦物不親油，而疏水性礦物則親油，這是氣泡與油具有的共同性質(zhì)。由于多數(shù)礦物不是自然疏水的,因此必須在礦漿中添加各種浮選藥劑來選擇性地控制各種礦物表面的親水性，獲得所需要的礦化能力。在浮選過程中加入捕收劑后，擴大了有用礦物與脈石礦物之間的這種差異是進行礦物浮選的基礎措施。實際生活中表明“水油不相容”的現(xiàn)象，在礦11在礦物浮選中，為了改變礦物表面的物理化學性質(zhì)，提高或降低礦物的可浮性，以擴大礦漿中各種礦物可浮性的差異，進行有效地分選，所使用的各種無機和有機化合物，稱為浮選藥劑。浮選藥劑或用于調(diào)節(jié)礦漿的浮選性質(zhì)，或用來改善氣泡的浮選性質(zhì)，為礦物的分選創(chuàng)造有利條件。在礦物浮選中，為了改變礦物表面的物理化學性質(zhì)，提12第二節(jié)礦物的組成結構與可浮性

經(jīng)破碎解離出來的礦物表面，由于晶格受到破壞，表面有剩余的不飽和鍵能，因此，具有一定的“表面能”。這種表面能對礦物與水、溶液中的離子和分子、浮選藥劑及氣體等的作用起決定性影響。礦物表面未飽和鍵決定于：第一、晶體內(nèi)部的鍵性；第二、斷裂規(guī)律。第二節(jié)礦物的組成結構與可浮性

經(jīng)破碎解離出來的13晶體內(nèi)部的鍵性1、晶體內(nèi)部的鍵性：礦物內(nèi)部結構按鍵能可分為四大類：（１）離子鍵或離子晶格：如ＣａＦ２、ＣａＣＯ３、ＰｂＣＯ３ＰｂＳＯ４、ＣａＷＯ４、ＣｕＣＯ３．Ｃu(OH)２、ＺnS、ＺｒＳｉＯ４、ＮａＣｌ。（２）共價鍵或共價晶格：如金剛石、ＳiＯ２、ＴiＯ２ＳnＯ２晶體內(nèi)部的鍵性1、晶體內(nèi)部的鍵性：14（３）分子鍵或分子晶格：菱形硫中硫分子間是分子鍵（硫分子中硫原子之間是共價鍵）、石墨、輝鉬礦的層狀結構中層與層之間也是分子鍵。（４）金屬鍵或金屬晶格：自然金屬如自然銅。至于自然界及浮選常見的硫化礦如方鉛礦、黃鐵礦等具有半導體性，是介于離子鍵、共價鍵、金屬鍵之間的過渡的包含多種鍵能的晶體。（３）分子鍵或分子晶格：菱形硫中硫分子間是分子鍵（硫分子中硫15

斷裂規(guī)律

a．與內(nèi)部一致b．沿弱鍵斷裂（鍵長愈長，鍵性愈弱）如：石墨的層與層之間距離為3.39Ａ0，而層內(nèi)碳原子間距離僅為1.42Ａ0，所以易于沿層片斷裂。

斷裂規(guī)律

a．與內(nèi)部一致16對具有層狀結構的硅酸鹽礦物，層間有些情況（取代離子）下，暴露出離子鍵。因為在硅酸鹽四面體中，Ｓｉ４＋易被Ａｌ３＋所取代，這是因為Ａｌ３＋大小與Ｓｉ４＋相近，性質(zhì)也相似，因而浮選時經(jīng)常遇到鋁硅酸鹽礦物，四面體Ａｌ｜Ｓｉ取代比例影響解理面的性質(zhì)。因為Ａｌ３＋比Ｓｉ４＋少一個正價，因此一個Ｓｉ４＋如被Ａｌ３＋取代，就必須同時引進一個一價的陽離子，才能保持電中性，就成為自然界中常見的鉀長石或鈉長石ＫＡｌＳｉ３Ｏ８或ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８），這時礦物的斷裂面就較復雜。對具有層狀結構的硅酸鹽礦物，層間有些情況17礦物表面的不均勻性

浮選研究常常發(fā)現(xiàn)同一種礦物可浮性差別相當大，這是因為實際礦物很少是理想典型的純礦物。他們存在著許多物理不均勻性、化學不均勻性和物理化學不均勻性（半導體），從而使其可浮性發(fā)生各種各樣的變化。礦物表面的不均勻性

浮選研究常常發(fā)現(xiàn)同一種礦物可浮性差別相當181.礦物的物理不均勻性：礦物在生成及經(jīng)歷地質(zhì)礦床變化過程中，礦物表面呈現(xiàn)宏觀不均勻性和晶體產(chǎn)生各種缺陷、空位、夾雜、位錯、以及鑲嵌等現(xiàn)象，通稱為物理不均勻性。1.礦物的物理不均勻性：礦物在生成及經(jīng)歷地質(zhì)礦床變化過程中，19（1）礦物表面宏觀不均勻性：指的是與礦物表面形狀（有無凸部、凹部、邊角等）有關，也與是否存在孔隙、裂縫有關。當晶體沿不同方向分裂時，顯示出能量性質(zhì)的各向異性。顯然，在邊上、角上和凸部能量狀態(tài)都顯著不同，這些位置上的原子與晶體中其他原子相比，其吸附活性也不同。在礦物破碎磨礦時，磨碎體打擊的方向都是紊亂的，所以經(jīng)磨礦后礦物表面的不均勻性加劇。（1）礦物表面宏觀不均勻性：指的是與礦物表面形狀（有無凸部、20(2)缺陷排列和構造殘缺ａ．缺陷排列：晶體中的有些原子（或離子）不按同期規(guī)律性排列，主要有空位或者擠到晶格的孔隙中去，（間隙離子缺陷）此外還有異類離子取代晶格中本類離子，此時晶格中離子在正常位置但其電荷異常。(2)缺陷排列和構造殘缺21ｂ．構造缺陷：有位錯和鑲嵌結構兩種類型位錯――相對正常結點位置，晶體的一部分原子（或離子）發(fā)生位移，分為邊緣位錯和螺旋位錯。鑲嵌結構――小塊晶體以一定角度互相鑲嵌，有微晶的平行鑲嵌和微晶的無定向鑲嵌。ｂ．構造缺陷：有位錯和鑲嵌結構兩種類型22上述各種礦物的物理不均勻性，均對浮選性質(zhì)發(fā)生影響。不僅已證明晶格缺陷、雜質(zhì)、半導體、位錯等直接影響可浮性，并可用這些性質(zhì)來解釋浮選劑與礦物表面的作用原理。此外，還研究過加入雜質(zhì)或浸除表面雜質(zhì)、用放射能照射、加熱或加壓等方式來改變晶格缺陷及位錯，從而人為的改變礦物可浮性。上述各種礦物的物理不均勻性，均對浮選性質(zhì)發(fā)生影響。不僅已證明23第三節(jié)礦物表面的電性與可浮性一、雙電層結構及電位在浮選中，礦物-水溶液界面雙電層可用斯特恩（Stern）雙電層模型表示。1、結構定位離子：在兩相間可以自由移動，并決定礦物表面電荷（或電位）的離子。定位離子在礦物表面的荷電層，稱為“定位離子層”或“雙電層內(nèi)層”。一般認為，對于氧化礦、硅酸鹽礦物定位離子是H+和OH-，對于離子型礦物、硫化礦礦物定位離子就是組成礦物晶格的同名離子。。第三節(jié)礦物表面的電性與可浮性一、雙電層結構及電位24本體溶液雙電層表面電位緊密層擴散層電位—距離曲線固液界面圖：雙電層模型剪切面ξ電位（離開顆粒表面的距離）本體溶液雙電層表面電位緊密層擴散層電位—距離曲線固液界面圖：25圖中緊密層（或稱Stern層）：礦表到緊密層離子的中心線，因此緊密面離礦物表面的距離等于水化配衡離子的有效半徑（δ）。圖中擴散層（或稱Gouy層），兩層的分界面為緊密面。當?shù)V物-溶液在外力下作相對運動時，緊密層中的配衡離子因牢固吸附會隨礦物一起移動，而擴散層將沿位于緊密面稍外一點的“滑移面”移動。2、電位⑴表面電位（ψ0）：即礦物表面與溶液之間的電位差。其大小取決于吸附在礦表上的定位離子濃度及荷電數(shù)。圖中緊密層（或稱Stern層）：礦表到緊密層離子的中心線，因26對于導體和半導體，可將礦物做成電極測出ψ0對于非導體可用能斯特公式求出：ψ0=其中：、----為溶液中正、負離子的活度，濃度稀時可用濃度代替。----為ψ0=0時正、負離子的活度，濃度稀時可用濃度代替。⑵斯特恩電位（ψδ）：緊密面與溶液之間的電位差。⑶動電位（ξ）：是指當?shù)V物-溶液在外力下作相對運動時，滑移面上的電位。也稱“電動電位”、“ξ-電位”。對于導體和半導體，可將礦物做成電極測出ψ0ψ0=其中：、273、零電點與等電點（1）零電點（PZC）：是指當ψ0為零（或表面凈電荷為零）時，溶液中定位離子活度的負對數(shù)。（2）等電點(IEP)：是指當沒有特性吸附時，ξ電位等于零時，溶液中定位離子活度的負對數(shù)。零電點與等電點的聯(lián)系：動電位ξ的正負由ψ0來決定；ψ0=0，ξ必為零，反之則不然；無特性吸附時，純水中測得ξ=0，即可作為ψ0=0（以作定位離子的礦物），即PZC=IEP。3、零電點與等電點28二、礦物表面電性與可浮性可浮性:通過浮選藥劑，使礦物疏水或親水的程度。研究礦物表面電性，對浮選研究通常有兩個目的：一是為浮選藥劑作用機理提供依據(jù)；二是判斷礦物可浮性。1、礦表電性與可浮性關系。pH>PZC礦物表面帶負電有利于陽離子捕收劑吸附pH<PZC礦物表面帶正電有利于陰離子捕收劑吸附pH=PZC礦物表面不帶電原則上有利于中性捕收劑吸附，但難控制，選擇性差。二、礦物表面電性與可浮性292、利用礦物表面電性（PZC）的不同分選礦物例：以鋁土礦浮選為例:一水硬鋁石的PZC=6.3,高嶺石的PZC=4.5,在pH為4.5至6.3的范圍內(nèi),采用陽離子捕收劑可以捕收高嶺石.但是,要進一步實現(xiàn)一水硬鋁石與高嶺石的浮選分離,選擇合適的一水硬鋁石抑制劑至關重要.

2、利用礦物表面電性（PZC）的不同分選礦物30浮選基本原理ppt課件31

以浮選針鐵礦為例,針鐵礦的動電位與可浮性的關系如圖6-13所示.針鐵礦的零電點PZC=6.7。當pH<6.7時，其表面電位為正，此時用陰離子捕收劑，如烷基硫酸鹽RSO4-或烷基磺酸鹽RSO3-，以靜電力吸附在礦物表面，使表面疏水良好上浮。當pH>6.7時，針鐵礦的表面電位為負，此時用陽離子捕收劑如脂肪酸RNH3，以靜電力吸附在礦物表面，使表面疏水性良好上浮。以浮選針鐵礦為例,針鐵礦的動電位與可浮性的關系如32第四節(jié)礦物表面的吸附浮選中的吸附現(xiàn)象吸附是指在吸附劑表面力作用下，在體系表面自由能降低的同時，吸附質(zhì)從各體相向表面濃集的現(xiàn)象。吸附過程總是發(fā)生在各相的界面上。浮選研究中主要研究的是固-液、氣-液界面。第四節(jié)礦物表面的吸附浮選中的吸附現(xiàn)象33浮選是發(fā)生在固-液-氣各相界面上的復雜物理化學過程，其中最為重要的是固-液界面上浮選藥劑的吸附，這些吸附就其本質(zhì)可以分為物理吸附和化學吸附兩大類，但由于浮選藥劑種類繁多，不同種的藥劑可以吸附在界面的不同位置并產(chǎn)生不同性質(zhì)的吸附及結果。為了便于研究，將浮選藥劑在礦物-水溶液界面的吸附作用歸納和分類如下：浮選是發(fā)生在固-液-氣各相界面上的復雜物理化學過程，其34一、浮選藥劑在礦物-水溶液界面的吸附類型1、按吸附物的形態(tài)⑴分子吸附；被分散或被溶解于礦漿溶液中的藥劑分子在表面上的吸附。（吸附對象是分子，可以是弱電解質(zhì)（極性分子）、中性分子等。）A非極性分子的物理吸附，主要是各類烴類油的吸附。如：中性油在天然可浮性礦物（石墨、輝鉬礦等）表面的吸附而浮選。B極性分子的物理吸附，如：起泡劑分子在液-氣節(jié)面的吸附，弱電解質(zhì)捕收劑（如黃原酸類、羧酸類、胺類）在水溶液中的溶解，其未溶解的分子在固-液界面的吸附，起泡劑分子在液-氣節(jié)面的吸附。一、浮選藥劑在礦物-水溶液界面的吸附類型35臨界膠束濃度：表面活性離子及分子的烴鏈在特定濃度下發(fā)生締合而膠束化，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的濃度稱為臨界膠束濃度，CMC。半膠束濃度通常遠比臨界膠束濃度小（低于1-2個數(shù)量級）。半膠束吸附的結果可以改變礦表的“ζ電位”的符號。浮選中，利用半膠束吸附原理，加入長烴鍵中性分子，常可促進半膠束的發(fā)生從而達到：1）減少捕收劑用量；2）增強疏水性（消除極性端之間斥力。半膠束吸附通常在“Stern”層發(fā)生。臨界膠束濃度：表面活性離子及分子的烴鏈在特定濃度下發(fā)生締合而36⑷捕收劑及其與礦漿中反應產(chǎn)物在礦物表面的吸附。2、按吸附方式⑴交換吸附；溶液中離子與礦表上另一種離子發(fā)生交換吸附，（這是指溶液中某種離子與礦物上另一種相同電荷符號的離子發(fā)生等當量交換而吸附在礦表上，這種交換吸附在浮選中是較常見的。）如Cu2+活化ZnS：ZnS+Cu2+=CuS+Zn2+⑵競爭吸附：礦漿溶液中存在多種離子時，它們在礦表的吸附?jīng)Q定于它們對礦表的活性化及在溶液中的濃度，即決定于相互競爭。⑷捕收劑及其與礦漿中反應產(chǎn)物在礦物表面的吸附。37⑶特征吸附：礦表對溶液中某種組分具特殊的親和力，而發(fā)生的吸附稱之為特征吸附。特征吸附通常是由靜電力和化學鍵共同作用引起的，與靜電吸附相比，它具有較高的選擇性，吸附不完全依賴表面電荷。對礦表有特別親和力而又非化學吸附的某些離子稱為特征吸附離子（如：SO42-、RSO4-、PbOH+）。特征吸附發(fā)生在“Stern”層，吸附的結果使“Stern”層發(fā)生過電現(xiàn)象，從而可以改變“ζ電位”的符號和大小。半膠束吸附可以認為是特征吸附的一種特例。⑶特征吸附：礦表對溶液中某種組分具特殊的親和力，而發(fā)生的吸附383、按雙電層中吸附位置⑴雙電層內(nèi)吸附（定位吸附）；所謂“內(nèi)層”，浮選中是指礦表帶電的凈電荷層，“外層”為物化中的“Stern”層，可作為“定位離子”的那些離子都可以發(fā)生這種吸附，吸附的結果是改變礦表的ψo(數(shù)值和符合）。如：同名離子，H+、OH-，及可類質(zhì)同象離子等。⑵雙電層內(nèi)外吸附（“Stern”吸附）；靠靜電引力作用在“Stern”層發(fā)生吸附，與表面電荷反號的配合離子均可發(fā)生這種吸附，吸附的結果，只改變“ζ電位”的大小3、按雙