2浮选原理

2浮选原理2浮选原理浮选Flotation2.1相界面性质与可浮性2.1.1矿物表面的润湿性与可浮性2.1.2矿物表面的电性与可浮性2.1.3矿物表面氧化、溶解与可浮性2.1.4药剂在矿物表面的吸附与可浮性2.2微细矿粒的分散与聚集2.3气泡矿化2.4浮选动力学2浮选原理浮选Flotation2.1.1矿物表面的润湿性与可浮性一、常见的润湿现象（1）亲水性，如水在干净的玻璃表面形成水膜。（2）疏水性，如水在干净的石腊表面形成水滴。2.1相界面性质与可浮性2浮选原理浮选Flotation二、润湿过程与表面能三种基本润湿形式：附着润湿、铺展润湿和浸没润湿2浮选原理浮选Flotation系统消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为：GWslsglg式中：σsg为固体-空气界面自由能;σlg为水-空气界面自由能;σsl为固体-水界面自由能。如果△G0，即σsg+σlgσsl，则：位能的降低是正值，附着润湿将会发生。2浮选原理浮选Flotation系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面和水-气界面，单位面积上若σsgσsl+σlg，水将排开空气而铺展，为了达到很好的铺展润湿,须使σlg和σsl降低，而不降低σsg。GWslsglg2浮选原理浮选Flotation系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上因此，自发浸没的必要条件：GWslsg但这还不充分。因为固体进入水中必需通过气-水界面，这样就必须满足其他有关的条件。slsg2浮选原理浮选Flotation浸没过程分四个阶段：使每个连续阶段成为可能的必要条件是：由阶段Ⅰ到阶段Ⅱσsg+σlgσsl由阶段Ⅱ到阶段Ⅲσsgσsl由阶段Ⅲ到阶段Ⅳσsgσlg+σsl如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此，浸没润湿的主要条件是：σsg-σslσlg2浮选原理浮选Flotation如果矿物的亲水性强，如脉石矿物，石英、长石，则表面能同时能充分满足三个阶段的条件，而浸入水中；如果矿物的疏水性强，如石墨，辉钼矿，其表面能只能满足Ⅰ→Ⅱ阶段的条件，不能满足Ⅱ→Ⅲ的条件，能很好地浮在水面上，这是最好的不加任何浮选药剂的表层浮选；如果矿物能满足Ⅱ→Ⅲ条件，不能满足Ⅲ→Ⅳ的条件，虽然大部分沉在水面下，但不会全部沉下去，这仍然符合表层浮选的要求。2浮选原理浮选Flotation许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为（1）表层浮选基本上取决于矿物表面的空气是否能被水所取代，如水不能取代矿物表面的空气，此矿物就将漂浮在水面上；（2）全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏水性所造成的；（3）泡沫浮选是由于被浮矿物经浮选剂处理，造成了表面疏水性而附着于气泡上浮。2浮选原理浮选Flotation（1）全油浮选：添加中性油。使疏水亲油矿粒穿过油水界面进入油相，形成比水轻的集合体，漂浮于水面或形成质量较大的球团沉在水中而设法分离。（2）泡沫浮选：加捕收剂、起泡剂和调整剂扩大目的矿物和非目的矿物间的润湿性差异，增大目的矿物表面的疏水性而附着于气泡上浮。实际浮选过程，通过加浮选药剂对矿物表面润湿性进行调节，扩大矿物颗粒间的润湿性差异。矿物表面润湿性及其调节是浮选过程的核心问题。2浮选原理浮选Flotation三、润湿性差异的衡量：接触角θ三相润湿周边：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相接触线。三相接触点：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相都存在的点。接触角θ：当润湿周边处于平衡时，在任一三相接触点处，自液气界面做切线经过液体内部到固-液界面的夹角。2浮选原理浮选Flotationθ角越大说明矿物表面疏水性越强；θ角越小，则矿物表面亲水性越强。2浮选原理浮选Flotationcoslgslsglgcosslsgcosθ↓，矿表润湿性↓，疏水性↑。cosθ↑，矿表润湿性↑，疏水性↓。当固液气三相界面张力平衡时，在三相接触点处，各张力的合力为零。杨氏（Young）方程润湿方程2浮选原理浮选Flotation当θ90°时，矿物表面不易被水润湿，称为疏水表面当θ90°对，矿物表面易被水润湿，称为亲水表面。原则上，取θ＝90°为分界线，θ＝0°～90°时成为亲水性表面，θ＝90°～180°时称为疏水性表面。实际上，固、水、气三相系统中最大接触角均110°据测定，石蜡所具有的接触角最大，为106°2浮选原理浮选Flotation2浮选原理浮选Flotation如何调整cosθ？或θ？),,(coslglgslsgslsgfcosθ值界于–l至1之间，因此可定义：润湿性＝cosθ可浮性＝1-cosθ。θ↑，cosθ↓，矿表润湿性↓，疏水性↑。通过测定矿物接触角可大致评价矿物的润湿性和可浮性。2浮选原理浮选Flotation四、润湿阻滞对浮选的影响润湿过程中，润湿周边展开或移动受到阻碍，使平衡接触角发生改变的现象，称为润湿阻滞。影响润湿阻滞的主要因素：润湿顺序、矿物表面组成、化学成分、不均匀性、粗糙度及矿物表面润湿性等。两种阻滞效应：水排气和气排水时的阻滞效应。2浮选原理浮选Flotation（1）水排气时的阻滞效应水分子与矿物表面之间存在摩擦力ϕ11sl1lgsg-180cos）（若：则：水滴继续扩展，平衡时：coscoscoslg111sl1lgsgslsg1矿粒从气泡上脱落的过程2浮选原理浮选Flotation（2）气排水时的阻滞效应气泡在浸在水中的矿物表面展开，气体分子与矿物间的摩擦力为ϕ2coscoscoslg222sl2lgsgslsg22很小矿粒向气泡上附着的过程2浮选原理浮选Flotation（3）动态阻滞效应当平板倾斜使水滴能近于斜面流动，出现前角θ1θ，后角θ2θ，前角水排气，后角气排水。θ1θθ22212浮选原理浮选Flotation润湿阻滞对浮选的影响：浮选过程中，矿粒向气泡附着时，属于气排水，相当于阻滞效应中的后角，θ2θ。即在矿物本身可浮性不变的情况下，附着过程难，对浮选不利。而矿粒从气泡上脱落时，属于水排气，相当于阻滞效应中的前角，θ1θ。使水难以从矿粒表面将气泡排开，防止矿粒从气泡上脱落，对浮选有利。因此，阻滞现象对浮选过程的进行是有利的2浮选原理浮选Flotation五、接触角的测定接触角的测定方法有：观察测量法、斜板法、光反射法、长度测量法和浸透测量法等等。一般测定方法：由于矿物表面的不均匀和污染等原因，要准确测定接触角比较困难，再加上润湿阻滞的影响，难于达到平衡接触角，一般用测量接触前角和后角，再取平均值的方法作为矿物接触角。2浮选原理浮选Flotation(1)躺滴法和气泡法液滴高度滴底直径2浮选原理浮选Flotation（2）水平液体表面法常用方法2浮选原理浮选Flotation2浮选原理浮选Flotation矿物名称0矿物名称0硫78黄铁矿30滑石64重晶石30辉钼矿60方解石20方铅矿47石灰石0~10闪锌矿46石英0~4萤石41云母~0一些矿物的接触角测定值2浮选原理浮选Flotation2.1.2矿物表面的电性与可浮性一、矿表表面电性起源：四种类型（1）优先解离或溶解离子型矿物在水中，由于表面正负离子的表面结合能及受水偶极的作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿表荷电。-2323COCaCaCO破碎如：方解石的新鲜破裂面上露出晶格正离子Ca2+及负离子CO32-：H2)OH(CaOH2Ca222表面阳离子的水合作用：33232223-23)(COHCOHCOHCOHOHaqCOHCOH表面阴离子的反应：2浮选原理浮选Flotation)()()(GnnhnhsMeFMeUMe)()()(GhXFXUXhs矿物表面离子的水化自由能ΔGh：通过矿物离子的表面结合能ΔUs和气态离子的水化自由能ΔFh计算。对于阳离子Men+有：对于阴离子Xˉ则有：ΔGh↓，表明相应离子的水化程度↑，该离子将优先进入水溶液，致使颗粒表面因残留有带相反电荷的离子而呈现荷电状态。2浮选原理浮选Flotation♀对矿物表面上阳离子和阴离子呈相等分布的离子型矿物，如果：则其表面电荷的符号取决于气态离子的水化自由能的大小：)()(XUMeUsns)()(XFMeFhnhhsFUhG2浮选原理浮选Flotation如：碘银矿（AgI）:kJ/mol-279)(kJ/mol-441)(IFAgFhh因此Ag+优先进入水中，在水中碘银矿的表面荷负电。所以，Clˉ优先溶入水中，在水中钾盐矿的表面荷正电。如：钾盐矿（KCI）:kJ/mol-347)(kJ/mol-298)(ClFKFhh2浮选原理浮选Flotation♀对组成和结构复杂的离子型矿物，则表面荷电将取决于表面离子水化作用的全部能量。如，萤石：kJ/mol4602)-1515(6117)()()(G222hCaFCaUCahs表明萤石表面的Fˉ比Ca2+更容易溶入水中kJ/mol2113)-460(2573)()()(GhFFFUFhs)()(2CaGFGhh2浮选原理浮选Flotation重晶石（BaSO4）、铅矾（PbSO4）等与萤石情况相同。白钨矿（CaWO4）、黑钨矿(Fe，Mn)WO4、方铅矿（PbS）的解离与萤石相反。2浮选原理浮选Flotation（2）优先吸附通过矿物表面对水溶液中阴、阳离子的吸附而获得电荷。当带某种电荷的离子在矿物表面吸附偏多时，即可引起矿物表面荷电。白钨矿在自然饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而荷负电。如向溶液中添加钙离子Ca2+，因表面优先吸附钙离子Ca2+而荷正电。又如，在用碳酸钠与氯化钙合成碳酸钙时，如果氯化钙过量，则碳酸钙表面荷正电（+3.2mV）。2浮选原理浮选Flotation向溶液中添加NaF，萤石表面会因吸附过多的F—而带负电。2浮选原理浮选Flotation（3）吸附和电离某些难溶极性矿物，如石英，经破碎、磨碎后与水作用，在界面上生成含羟基的两性化合物（酸类化合物），然后，一部分电离、并吸附H+或OHˉ，使矿物表面荷电。经过破碎、磨碎后的石英表面分别带有负电荷和正电荷。2浮选原理浮选Flotation由于磨碎是在水介质中进行的，带负电荷的石英颗粒表面将吸附水中的H+，而带正电荷的表面则吸引水中的OHˉ，使石英表面生成类似硅酸的表面化合物（H2SixOy）。2浮选原理浮选Flotation刚玉（Al2O3）、赤铁矿（Fe2O3）、锡石（SnO2）、金红石（TiO2）等其他氧化物矿物也有类似情况。改变体系的pH值都会引起这些矿物颗粒表面电荷符号的改变。氧化矿在水中先与水分子结合，在表面生成羟基基团（-Me-OH）。因羟基基团中金属阳离子的性质不同，向水中选择性地解离H+或OHˉ的数量及条件也各异。2浮选原理浮选Flotation在氧化矿表面可能存在3种表面组分（或显微区），即：氧化矿中金属离子种类不同，在不同的pH值条件下，3种组分的比例不同，从而决定了其颗粒表面的荷电状态。2浮选原理浮选Flotation（4）晶格取代粘土矿物、云母等是由铝氧八面体和硅氧四面体的层片状晶格构成的。在铝氧八面体层片中，当Al3+被低价的Mg2+或Ca2+取代时，或在硅氧四面体层片中Si4+被Al3+取代时，都会使晶格带负电。为了维持电中性，颗粒表面就会吸附某些阳离子（如碱金属离子Na+或Κ+）。将这类矿物置于水中时，碱金属阳离子因水化而从表面进入溶液，从而使颗粒表面荷负电。2浮选原理浮选Flotation2浮选原理浮选Flotation2浮选原理浮选Flotation（1）双电层结构矿表在水中荷电后，吸引水中的反号离子（配衡离子）