浮选技术现状与发展趋势

CSU浮选技术现状与发展趋势中南大学求实创新团结进取内容提要浮选理论现状与进展1浮选药剂研究现状与进展2浮选工艺新进展3浮选设备新进展4自然金、自然铜、滑石、朱砂等的开采与利用。公元前几千年的古埃及，中世纪的罗马帝国时代，中国古代，古代湖南衡阳出土的商代青铜牛尊我国商朝即已有矿石拣选技艺矿物加工与浮选的历史《天工开物》插图之一：河池山锡矿物加工与浮选的历史天工开物——淘洗铁砂矿物学之父的德国矿物学家阿格里科拉(AgricolaGeorgius)（1494～1555）以20年时间用拉丁文写成《论冶金》一书。该书于1556年问世《论冶金》书中的插图——欧洲16世纪的水力驱动捣矿机和重选溜槽矿物加工与浮选的历史近代19世纪末至20世纪20年代●颚式破碎机●球磨机●机械分级机●重选、电磁选的设备与工艺●浮选药剂、工艺与设备,特别是20年代初，脂肪酸、黄药、黑药在氧化矿和硫化矿浮选中的工业应用破碎、筛分、磨矿、重选、电选、磁选、浮选等矿物加工与浮选的历史1890年，湖广总督张之洞主持兴建湖北汉阳铁厂1894年7月3日张之洞视察汉阳铁厂●1909年（清宣统元年），湖南水口山建成我国第一座机选厂，即机械重力选矿厂，●1917年辽宁青城子建成铅锌浮选厂。近代矿物加工与浮选的历史我国最大的选矿厂——江西德兴铜矿60kt/d大山选矿厂世界最大的选煤厂——中国山西省平朔煤矿安家岭选煤厂(15Mt/a)现代的矿物加工矿物加工与浮选的历史求实创新团结进取1.浮选理论现状与进展经典浮选理论浮选溶液化学浮选电化学细粒浮选浮选药剂结构性能理论浮选理论现状与进展求实创新团结进取1.1经典浮选理论θ角越大,矿物表面疏水性越强；θ越小，矿物表面亲水性越强润湿现象润湿是自然界中常的现象，是由于液体固体表面排挤在固体表面所产生的一种界面作用。易被润湿的表面称为亲液（水）表面，其矿物称为亲液（水）矿物；反之称为疏液（水）表面，疏液（水）矿物。润湿性与可浮性求实创新团结进取1.1经典浮选理论可以通过添加化学药剂对矿物表面可浮性进行调控进而达到富集矿物的目的，如图增大黄药浓度时，矿物表面接触角增大，矿物表面疏水，进而回收率提高。润湿性与可浮性求实创新团结进取1.1经典浮选理论优先解离优先吸附吸附和电离晶格取代电性与可浮性矿物表面荷电机理：矿物的可浮性与矿物本身的电化学性质有关,研究矿物表面电位、动电位及电极电位的变化、双电层的变化性质，都有助于控制浮选过程。求实创新团结进取矿物表面双电层示意图A.内层（定位离子层）；B—紧密层(Stern层)；C—滑移面；D—扩散层（Guoy层）；ψ0—表面总电位；ψδ—斯特恩层的电位；ζ—动电位；δ—紧密层的厚度1.1经典浮选理论电性与可浮性求实创新团结进取1.1经典浮选理论PZC和IEP是矿物表面电性质的重要特征参数，当用某些以静电力吸附作用为主的阴离子或阳离子捕收剂浮选矿物时，PZC和IEP可作为吸附及浮选与否的判据。当pHPZC时，矿物表面带负电，阳离子捕收剂能吸附并导致浮选；当pHPZC时,矿物表面带正电,阴离子捕收剂可以靠静电力在双电层中吸附并导致浮选。电性与可浮性求实创新团结进取针铁矿的动电位与可浮性关系针铁矿与石英混合物的分选1-以阴离子型RSO4为捕收剂1-阴离子型捕收剂R12OSO3Na2-以阳离子型RNH3为捕收剂2-阳离子型捕收剂R12NH2Cl1.1经典浮选理论求实创新团结进取1.1经典浮选理论常见矿物表面零点位及等电点pH值矿物pHPZC或pHIEP矿物pHPZC或pHIEP赤铁矿Fe2O38.0，6，7.8，4孔雀石CuCO3·Cu(OH)27.9针铁矿FeOOH7.4，6.7菱锰矿MnCO310.5刚玉Al2O39.0，9.4菱铁矿FeCO311.2锡石SnO24.5，6.6水磷铝石AlPO4·2H2O4.0金红石TiO26.2，6.0红菱铁矿FePO4·2H2O2.8软锰矿MnO25.6，7.4白钨矿CaWO41.8墨铜矿CuO9.5黑钨矿（Mn·Fe）WO42－2.8赤铜矿Cu2O9.5高岭石Al3.4锆石ZnSiO35.8蔷薇辉石MnSiO32.8钛铁矿FeTiO28.5镁橄榄石Mg2SiO44.1铬铁矿FeCr2O45.6，7.2铁橄榄石Fe2SiO45.7磁铁矿Fe3O46.5红柱石Al2SiO37.5，5.2方解石CaCO38.2，9.5，6.0透辉石CaMg(SiO3)22.8菱镁石MgCO36－6.5滑石3.6菱锌矿ZnCO37.4，7.8石英SiO21.8，2.2电性与可浮性求实创新团结进取1.1经典浮选理论药剂的吸附能力与可浮性捕收剂的结构包括链长、基团种类、支链结构、侧链基团等会直接影响矿物-药剂的相互作用，进而影响到浮选的回收率。求实创新团结进取碰撞理论(YoonandLuttrell,1989)黏附理论(YoonandLuttrell,1989)诱导时间(fromdatabyDaietal,1999)稳定理论(Schulze,1993)2b2p72.0bcddRe1545.1P)1d/d(d15tU)Re845(exparctan2sinPpbbindb72.0b2a6.0pindd75t*Bo11exp1Ps1.1经典浮选理论气泡大小与浮选动力学求实创新团结进取1.1经典浮选理论-10微米粘土用不同粒度的气泡进行浮选的结果颗粒粒度不同，需要不同粒度的气泡进行浮选，如果颗粒与粒度匹配，浮选结果好，反之亦然。图示表明，对于-10微米粘土颗粒来说，5-10微米的气泡与颗粒碰撞效率更好，浮选结果更理想。气泡大小与浮选动力学求实创新团结进取1.2浮选溶液化学浮选剂/矿物相互作用溶液平衡02040608010002468101214pHRecovery(%)-16-14-12-10-8-6-4-20AdsorptionRecoveryAdsorption(μM/g)logKsp'Me(OHA)21543210Mn(OHA)2Fe(OHA)2辛基羟肟酸与Mn2+、Fe2+生成化合物的条件溶度积及其在黑钨矿上的吸附量和矿物的浮选回收率与pH值的关系考虑矿物表面金属离子的水解反应，浮选剂离子的加质子反应，计算这种反应产物的条件溶度积，预测浮选剂与矿物表面相互作用最佳条件，求实创新团结进取1.2浮选溶液化学浮选剂解离组分分布与浮选活性通过溶液平衡计算，确定浮选剂解离组分分布，讨论其浮选活性。β-辛基胺基乙基膦酸（ONP）解离组分分布（1a）及其浮选萤石、白钨矿、重晶石回收率（1b）与pH值的关系。02468101214pHRecovery%FluoriteScheeliteBarite10080020406080204060ONP2-ONP-ONP(a)(b)F%求实创新团结进取1.3浮选电化学电位对不同硫化矿物浮选有决定性影响浮选回收率与电位关系求实创新团结进取1.3浮选电化学矿物表面的阳极反应捕收剂的单分子吸附X-=Xad+e捕收剂被氧化为双分子（黄铁矿）2X-=X2+2e捕收剂与表面金属离子进行电化学反应（方铅矿）2MS+4X-→2MX2+S2O32-+6H2O+8e阴极反应1/2O2+H2O+2e→2OH-在不同矿浆氧化还原气氛下，硫化矿溶液界面发生不同的电化学反应，表现不同的浮选行为。求实创新团结进取1.3浮选电化学黄药与方铅矿表面作用生成黄原酸铅求实创新团结进取1.3浮选电化学黄药与黄铁矿表面作用生成双黄原酸求实创新团结进取1.4细粒浮选理论颗粒间相互作用力DLVO力–范德华引力–静电斥力扩展DLVO力–溶剂化力(斥力)离子化力–位阻力(斥力)–疏水力(引力)求实创新团结进取颗粒间相互作用力颗粒的存在状态取决于颗粒间引力和斥力的平衡，斥力大于引力，导致分散，引力大于斥力，导致凝聚1.4细粒浮选理论求实创新团结进取颗粒间相互作用力可以通过添加分散剂和絮凝剂的形式来调节颗粒表面电势，以达到调节颗粒间相互作用的目的。如通过控制静电斥力和位阻实现分散。1.4细粒浮选求实创新团结进取颗粒间相互作用力0102030405060-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0681001020304050AdhesionforceRepulsivebarrierF/R(mN/m)pHpH6pH8pH10.5F/R(mN/m)Separationdistance(nm)AFM检测的ZnS与黄铁矿作用能调整剂石灰,捕收剂黄药活化剂硫酸铜研究颗粒间相互作用，有助于我们理解矿物颗粒间的微观行为，进而对实践进行指导。如：AFM检测的ZnS与黄铁矿作用能表明，随着pH升高，闪锌矿与黄铁矿颗粒间的吸引能减小，排斥能变化不大，导致两者发生异相凝聚的几率减小，有利于品位提高。1.4细粒浮选求实创新团结进取通过分子设计，筛选有针对性改变矿物表面性质的专用表面活性剂表面活性剂分子的基团独立性原理浮选剂基团组装模型（见下图）通过量子化学及经验公式的计算，定量设计分子结构浮选剂分子内的化学基团组装1.5浮选药剂结构性能理论求实创新团结进取浮选剂分子内的化学基团组装浮选剂作用的三项因素价键因素亲水—疏水因素空间因素(药剂基团与矿物靶点的几何大小关系)药剂矿物疏水端亲水端浮选剂矿物靶点1.5浮选药剂结构性能理论求实创新团结进取已知药剂库药剂活性数据库量子化学参数QSAR计算解释预测和设计训练\计算验证开发新药1.5浮选药剂结构性能理论求实创新团结进取浮选剂起泡剂捕收剂调整剂2.浮选药剂研究现状与进展求实创新团结进取金属硫化矿（CuFeS2,PbS,ZnS,FeS2）捕收剂•黄药(烷基二硫代碳酸盐)捕收剂的组装:乙醇基+二硫化碳黄原酸(钠)CH3-CH2-OH+S=C=SCH3CH2-O-C-SH(Na)S•烷基氨基二硫代甲酸（盐）捕收剂的组装:•硫胺酯类捕收剂的组装:SN-C-SH(Na)CH3CH2CH3CH2疏水基亲矿基疏水基亲矿基C=SCH3—CH2—NHCH—OCH3CH3硫化矿捕收剂2.1捕收剂求实创新团结进取捕收矿物捕收剂名称结构式黄铜矿黄原酸甲酸酯ROC(S)SCOOR’甲基硫胺酯C2H5OC(S)NHCH3O-乙基N,N二甲硫胺酯C2H5OC(S)N(NH3)2N-烯丙基O-异丁基硫胺酯i-C4H9OC(S)NHCH=CHCH3铜、镍硫化矿三硫代碳酸钠RS(S)SNa二甲基氨基二硫代甲酸钠(CH3)2NC(S)SNa十二烷基叔硫醇C12H25SH黄铁矿，（含金）黄铁矿已基硫代乙胺盐酸盐CH3(CH2)4CH2SCH2CH2NH2·HCLArmac捕收剂C12H23NHCH2C(O)SH←→C12H23NHCH2C(S)OH二烃基一硫代磷酸盐(RO)2P(S)OH黄铜矿、晨砂二苯基二硫代次膦酸(C6H5)2P(S)SH硫化铜、铅矿二丁基二硫代次膦酸钠(C4H9)2P(S)SNa已知结构式的硫化矿捕收剂硫化矿捕收剂求实创新团结进取用代号表示的硫化矿捕收剂捕收矿物代号硫化铜矿AP，DY-1，NXP-1‘JT-235含Au,Ag硫化铜、镍矿等Y-89，MOS-2，T-2K，BS-1201高硫含Au铜矿Mac-10含Co硫化铜矿TF-3硫化铜、镍矿PN405，T-208，BF系列捕收剂，PN403硫化铅、锌矿36#黑药,ZY101硫化银、铜、铅、锌矿BK905B，BK906含铅、锌的银矿BK320Au,Ag矿FZ-9538含砷、锑、硫、碳的金矿ZJ-1辉钼矿N-132含砷铜锡多金属硫化矿KM-109硫化矿捕收剂求实创新团结进取硫化矿的混合捕收剂捕收矿物代号简单说明硫化铜矿PAC+复合黄药浮里伍铜矿精矿品位提高2.61%，回收率提高4.89%PN4055+ZY-111浮硫化铜矿与现场使用药剂相比浮铜指标高乙黄药+Z-96浮硫化铜矿，铜回收率提高2%硫化铜镍矿ZNB组合药方ZNB1、ZNB2、ZNB3组合药方浮选金川铜、镍矿比用Y-89效果好低硫亚砜与黄药混用低铜镍矿捕收