浮选课件(1、2章).ppt

浮游选矿 浮游选矿 第一章煤泥浮选的基本原理 第一节概述 一 浮选的概念二 浮选发展历程三 浮选的应用四 浮选的作用与意义 一 浮选的概念在气 液 固三相体系中进行的一种物理化学过程 依据矿物表面的物理化学性质的差异进行分选的 是细粒和极细粒物料分选中应用最广 效果最好的一种方法 浮选 第一节概述 泡沫浮选 油团浮选 表层浮选 沉淀浮选 第一节概述 二 浮选的发展史 二 浮选的发展史1 全油浮选的由来 年布勒弗德 将矿物同油和水一起搅拌时 亲油矿物 硫化矿物 优先被油润湿 一般脉石矿物 氧化物 硅酸盐和碳酸盐等 是亲水的 不被油润湿 加入约为矿物重量30 40 的油 亲油矿物颗粒上浮至液面 刮出后即得到富集的矿物 从而达到与脉石分离的方法 全油浮选 球团浮选或油团团聚 加入矿物重量5 的油 使被油润湿的矿粒形成密实的团聚体 淘洗或用表面涂油的皮带 可将这些团聚体从矿浆中分离出来作为精矿 达到与脉石进行分离的方法 2 表层浮选的由来 表层浮选 年布勒弗德 超浮选或载体浮选 年凯特莫尔 把某些矿物 硫化矿物细粒辉锑矿 轻轻撒在水面 它们会漂浮在水面 而大多数矿物则被水润湿沉入水中 分别收集实现分离的过程 向矿浆中加入已被油作用过的粗颗粒 可使凝聚的细泥更容易回收 使用疏水性矿物载体捕集细泥矿物的方法 3 泡沫浮选的由来 将空气加压使之溶入矿浆中或将过饱和空气的水过喷嘴喷入矿浆槽 在常压条件下释放出并产生气泡 是为细泥浮选创造理想条件的方法 泡沫浮选 年福门特 向搅拌着的矿粒一油一水构成的矿浆引入空气或C02气体 产生的气泡有助于浮起和捕集亲油颗粒 实现有用矿物和脉石分离的方法 溶气浮选 3年苏曼 年努里斯 4 泡沫浮选的进一步发展 1909年 发现了起泡剂松油和醇 可形成适宜的气泡 1910年 发明了浮选机 泡沫浮选工业化 1911年 美国蒙大拿州建成第一座用于处理 150目闪锌矿的选矿厂 1912年 泡沫浮选在澳大利亚和美国得到推广 1910 1915年 是浮选发明的全盛时期 1925年 发明了黄药作为捕收剂 浮选飞速发展 0 3mm 0 5mm 三 浮选法的用途 1 分选矿石和煤 2 除广泛用于金属矿物 非金属矿物和能源外 还大量用于工厂废水净化和造纸工业以及微观尺寸粒子的分离 煤泥 选煤厂粒度 0 5 的湿煤 煤泥来源 原生煤泥 入选原煤中所含 即开采和运输过程中产生的 占入选原煤的10 20 次生煤泥 选煤过程中粉碎和泥化产生的 占入选原煤的5 10 四 浮选在矿物加工工业中的重要性 五 浮选法的缺点 主要是成本高 易污染矿山 环境 需要较细的磨矿 粒度细化 使用各类药剂 影响因素多 操作控制动手技术要求较高 产品脱水率较低 过程复杂 第二节煤泥浮选基本原理 2 煤泥的浮选过程 一 煤泥是怎样浮选的 1 煤泥浮选 在含煤的矿浆中 依据煤和矸石颗粒表面的物理化学性质 即矿物表面湿润性的差异而进行的分选过程 煤粒 矸石粒 一 煤泥是怎样浮选的 分选的媒介 运载工具 在固 煤泥 液 水 和气 气泡 三相界面上进行的 疏水的有用矿物粘附在气泡上 亲水的脉石矿物留在水中 从而实现彼此分离 矿物表面性质的差异 煤泥浮选过程实质 浮选过程关键 气泡作用 3 现代的泡沫浮选过程 磨矿 即先将矿石磨细 使有用矿物与其他矿物或脉石矿物解离 调浆加药 调整矿浆浓度适合浮选要求 并加入所需的浮选药剂 以提高效率 浮选分离 矿浆在浮选机中充气浮选 完成矿物的分选 产品处理 浮选后的泡沫产品和尾矿产品进行脱水分离 浮选过程基本概念 浮选药剂调和矿浆主要目的 使欲浮矿物表面增高疏水性 使不欲浮的矿物表面变得更加亲水 抑制它们上浮 促使气泡的形成和分散 二 煤泥浮选的依据 1 煤泥浮选主要特性 煤粒和矸石粒表面性质不同 表现为对气泡的不同行为 2 不同物质表面性质 玻璃与石腊的湿润现象 3 如何评价和确定矿物表面润湿性的差异 润湿接触角 确定水在矿物表面形成的润湿接触角 在置于空气中的矿物表面上滴一滴水 在固 液 气三相接触达到平衡时 三相接触周边的任一点上 液气界面切线与固体表面间形成的并含液体夹角 接触角 水在空气中的表面张力 固体面与水之间的张力 固体在空气中的表面张力 几种矿物的接触角 浮选的基本依据 矿粒表面性质差异 泡沫精矿 空气 矿粒 尾矿 入料 三 煤泥的浮选性质 1 煤的组成结构 复杂的高分子有机化合物的混合物 煤组分 有机物质 无机物质 以炭为主体含有氢氧等的聚合物 矿物质的极性矿物 煤炭表面的不均匀性 存在不能用机械方法解离的作为成煤物质一部分的矿物杂质 加上煤中还含有氢 氧等各种官能团 所以煤是以非极性的疏水表面为主 而同时又存在程度不同的极性表面 煤炭可浮性不断改善原因 在成煤过程中 随着碳化作用逐渐加强 以炭核为主体的聚合物的聚合度增加 分子结构排列越整齐 含炭量增加 含氮量减少 周围各种由氢氧等官能团组成的侧链减少 可浮性发生变化 2 煤泥的浮选性质 煤泥中各煤岩组成的浮选性质 煤中有机物质的氧化程度对煤的可浮性的影响 煤的表面结构对可浮性的影响 煤炭中矿物杂质对可浮性影响 煤的变质程度或煤化程度对煤泥可浮性的影响 2 煤泥的浮选性质 煤泥中各煤岩组成的浮选性质 煤岩组成 丝炭 暗煤 亮煤 镜煤 可浮性较差 它们在浮选各室的泡沫产品中的含量是逐渐增加的 表面平整 含有大量性质不活泼的无结构基质 所以在浮选过程中优先浮出 2 煤泥的浮选性质 中等变质程度的煤的可浮性最好 并以此为中心向两侧推移而变差 即变质程度很浅和极深煤的可浮性差 煤的变质程度或煤化程度对煤泥可浮性的影响 各牌号煤炭的可浮性 煤中有机物质的氧化程度对煤的可浮性的影响 煤中有机物质的氧化程度对煤的可浮性的影响 煤粒被氧化后可浮性降低 煤的抗氧化能力随变质程度的加深而增强 各煤岩成分抗氧化能力的强弱是顺序 镜煤 亮煤 暗煤和丝煤 煤氧化途径 在自然界的风化过程 煤泥在水中长期浸泡 影响 变质程度低和高的煤因孔隙多 降低了它们的可浮性 4 煤的表面结构对可浮性的影响 中等变质程度的煤孔隙度最低 变质程度低和高的煤的孔隙度较高 煤炭表面孔隙多 总面积大 煤泥浮选时药剂耗量增加 选择性下降 煤的变质程度不同 孔隙不同 影响 5 煤炭中矿物杂质对可浮性影响 矿物杂质来源 在成煤过程中由于机械作用混入的 来自成煤物质本身 如古植物纤维中含的微量矿物质 经过成煤作用成为煤的基质 5 煤炭中矿物杂质对可浮性影响 在浮选过程中发生泥化现象的杂质 硫化物对煤泥浮选的影响 含有与煤的组成相同的物质对煤泥浮选的影响 在浮选过程中离解的物质对浮选的影响 粗粒分散状的非硫化矿物对浮选的影响 各种杂质的浮游性与它们共生体的性质相关 在浮选过程中发生泥化现象的杂质 煤泥浮选常遇易发生泥化现象的粘土物质 高岭土 泥质页岩 粘土等 此类物质危害 A 严重污染精煤 使那些失去浮游活力和被阻止不能和气泡附着的煤粒流失于尾矿中 严重的恶化浮选过程 B 尾矿中含有这种以胶体存在的细泥时 增加了进一步处理的困难 消除细泥对浮选有害影响的措施 加入有选择性的胶溶剂 焦磷酸钠 醇类 使细泥表面带电 使其在静电斥力下分散 提高细泥的水化作用 防止它覆盖于煤粒表面上 工艺上可采用适当降低矿浆浓度 加强泡沫的二次富集作用 以及在必要时使精矿经过再选作业 缩短煤泥在煤泥水系统中的停留时间 减少细泥泥化的可能性 硫化物对煤泥浮选的影响 煤中的硫存在形式 硫酸盐硫 黄铁矿硫 有机硫 浮选活性较高的硫化物主要为 黄铁矿 白铁矿 对浮选的影响程度与其粒度大小 嵌布特性和氧化程度有关 如何消除硫化物对煤泥浮选的影响 采用过量起泡剂 特别是油类起泡剂和捕收剂对脱除黄铁矿硫是不利的 所以要适量加入药剂 不要使浮选强度过大 才能最大限度地排除黄铁矿 延长浮选时间不利于排除黄铁矿硫 所以要尽可能缩短浮选时间 含有与煤的组成相同的物质对煤泥浮选的影响 A 组成与煤相同有一定疏水性的物质包括 炭质页岩 油页岩 泥板岩等 B 在浮选时难免有一部分混入泡沫而污染精煤 C 影响程度与其粉碎粒度 炭化程度 药剂制度等有关 在浮选过程中离解的物质对浮选的影响 在浮选矿浆中离解提高了矿浆中电解质浓度的物质 硫酸盐及其它盐类 包括石膏及其它可溶性盐类 A 在矿浆中离解 提高了矿浆中电解质的浓度 B 电解质吸附于煤粒表面后 形成亲水性薄膜 降低了煤粒的可浮性 对浮选过程的各个阶段都产生影响 粗粒分散状的非硫化矿物对浮选的影响 此类物质有 硅酸盐 碳酸盐 氯化物等 包括方解石 石英 磁铁矿 长石 白云石 霞石等A 在矿浆中不被浸软 溶解度也不高 不含有机杂质 表面亲水 B 本身没有浮游能力 对浮选过程不产生明显的有害影响 在浮选过程中较易于随尾矿排出 思考题 1 浮选方法有几种 2 煤泥浮选依据 3 煤泥浮选性质 5 现代泡沫浮选过程 4 煤泥是怎样浮选怎样的 第二章煤泥浮选药剂及其应用 第一节概述 一 矿物间可浮性差异原因 四 煤泥浮选加入药剂目的 三 浮选药剂的作用 二 浮选药剂的概念 五 药剂的分类 一 矿物间可浮性差异 煤泥难于实现自然浮选的原因 微观组成的差异 造成矿物表面性质极不均匀 矿物晶体本身杂质缺陷与水 药剂作用不均 矿物晶格缺陷 存在阴阳离子空缺 矿物表面化学性质的不均匀性 造成和金属共生规律不同 影响可浮性 矿物组成截然不同 呈现连续性的过渡 直接影响表面能和作用活性 影响表面亲水性及可浮性 矿物表面的凹凸不平及棱角等表面缺陷 包括孔隙和裂缝等物理不均匀性 二 浮选药剂的概念 在浮选过程中加入煤浆里 用以改善 调节和控制浮选过程的各种物质 是实现浮选过程的重要手段 三 浮选药剂的作用 改变浮选过程中相界面的性质 调节矿物的可浮性 调整矿浆的浮选性质 改善气泡的质量 提高气泡矿化过程的选择性和浮选速度 1 使煤和矸石的可浮性差别变大 改善和强化浮选过程 使分选更精确 浮选过程更有效 更快速 2 在矿浆中加入适当的药剂 可提供具有一定稳定性和足够分散度的泡沫 引渡 和 运输 煤粒的工具 是浮选过程中不可缺少的媒介 3 采用了药剂和适当的药剂制度 使多种牌号的煤泥得到有效的浮选 并能适当提高浮选粒度上限 4 在浮选过程中添加某种药剂 以抑制黄铁矿 细粒泥杂质等 消除有害杂质对精煤的污染 活化煤粒的浮游性 四 煤泥浮选加入药剂目的 目的 1 在浮选过程中按照用途或所起作用分为 五 药剂的分类 作用点 捕收剂 固液界面 且有选择性 作用 提高疏水性 增加可浮性 促使气泡附着 增强附着的牢固性 起泡剂 作用点 气液界面 作用 降低界面表面张力 促使空气在矿浆中弥散 形成小气泡 并防止气泡兼并 增加分选界面 提高气泡的稳定性 调整剂 活化剂 固液界面 作用 促进捕收剂与矿物表面的作用 作用点 抑制剂 作用点 固液界面 作用 削弱非目的矿物与捕收剂之间的作用 介质PH值的调整剂 作用点 矿浆介质 作用 调整电性 分散与絮凝剂 作用点 矿浆 作用 分散絮凝细泥 减少影响 2 按组成浮选药剂的物质分子结构分 极性药剂 其分子整体是电性中和的 具有两个电极 具有亲水性 如食盐 NaCl 非极性药剂 其分子阳电荷与阴电荷的电重心是重合的 在水中不离解 水化作用极小 具有疏水性 如苯 C6H6 杂极性 复极性 药剂 其分子由两部分组成 即极性部分 极性基 和非极性部分 非极性基 极性基具有亲水性 非极性基具有疏水性 如直链脂肪醇 药剂分子与水分子的相互作用a为疏水的非极性分子 b为亲水性的极性分子 c为杂极性分子 一端亲水 一端疏水 第二节捕收剂起泡剂调整剂 一 捕收剂 在煤泥浮选过程中 用以改变煤粒的表面性质 增强它的疏水性 以扩大煤泥 矸石表面可浮性差别的药剂 表现出捕收煤粒的作用 多为非极性碳氢化合物液体 习惯上通称为 油类 1概念 2性质 化学性质不活泼 结构对称 分子间靠分子键联结 电子交换能力很弱 不溶于水或微溶于水 疏水性强 成分复杂且不稳定 随来源及加工方法不同而变化 在不同程度上具有起泡性能 3 作用 油滴附着在煤粒表面 提高疏水性 油滴在煤粒 气泡 水三相接触周边上形成油环 提高气泡与煤粒的粘着强度 油滴与煤粒 气泡形成絮团 提高浮游能力 4 分类 按其在水中解离程度分 非离子型 离子型 a 烃类油 非极性物质 分选如煤 石墨等非极性矿物 b 不溶性脂类 分选重金属矿化矿 a 极性基 能活泼地与矿物表面发生作用 使捕收剂固着到矿物表面 b 非极性基 烃基 起疏水作用 含非极性基的离子为疏水离子 4 煤泥浮选常用非极性烃类油捕收剂性能简介 按其来源分为 石油产品类 焦油产品类 合成产品类 煤油 磺化煤油 轻柴油 轻油 中油 重油 脱酚轻中油 FS 202 FS 201 淡黄色或无色透明液体 比重0 84g cm 煤油分馏温度200 300 主要成分为C11 C16的烷烃 基本上不溶于水 只具有捕收性能 当芳烃含量较大时 具有一定起泡性能 用量一般为0 5 t干煤泥 用量过大时 有显著的消泡作用 煤油 煤油的化学组成 石油产品类 轻柴油 碳链为15 18个碳 分馏温度165 365 的产物 黄褐色有臭味 密度为0 74 0 95g cm3 含碳85 5 86 5 氢13 5 14 5 含少量的硫 氮 氧有机化合物及金属化合物 具有馏分重 密度高 粘度大 在水中分散的油珠尺寸大 在表面展开速度慢等特点 但疏水性强 被表面孔隙吸收的数量少 因此 低价煤浮选时作捕收剂较为有利 用量大于1 3 t干煤泥 芳烃含量高 浮选活性较煤油高 选择性不如煤油 具有一定的起泡性能 捕收作用强 特点 合成产品类 以直馏煤油为原料 经加氢 脱蜡并提取正构烷烃后的抽余油 捕收活性强的190 230 馏分含量占20 左右 异构烷烃和芳烃含量较高 浮选活性较一般煤油和轻柴油高 耗油量比煤油低40 左右 FS 202 FS 201 以180 280 的烯烃与苯在三氯化铝催化作用下进行烷基反应 反应物经碱洗 水洗再经脱苯 精馏 截取255 以前的馏分产物而得 255 以后的馏分为烷基苯 主要成分轻质烷基苯 药剂用量比煤油低30 左右 化学性质不活泼 因其结构对称 分子间靠分子键联结 电子交换能力弱 煤泥浮选使用的捕收剂多为非极性碳氢化合物液体 习惯上通称为 油类 在煤粒表面上固着 是物理吸附作用 即为分子力作用的结果 由于是物理吸附 只能作天然可浮性较好矿物的捕收剂 故具有选择性 非极性烃类油与水之间的作用 烃类油能否吸附在矿物表面并起作用 主要取决于其与水和矿物表面作用力大小 5 非极性烃类油的特性 烃类油为非极性分子 水分子为强偶极子 水分子本身之间的吸引力比油水之间作用力大 所以 油不溶于水 疏水性好 在水中只能以油滴状态存在 不溶于水或微溶于水 疏水性强 在矿物表面有良好的吸附性能 因难溶于水 以油滴形式存在于水中 用量较大 6 非极性烃类油与矿物表面作用机理 非极性烃类油与矿物之间的作用 矿物表面有极性和非极性之分 如先将非极性烃类油乳化 分散成小油滴 增加其在矿物表面吸附 减少用量 非极性烃类油对矿物捕收作用的强弱取决于矿物表面非极性表面所占的比例 表面非极性时 固油 固水 矿物对油吸引力大于对水引力 油滴吸在矿物表面 表面极性时 固水 固油 矿物对油吸引力小于对水引力 矿物表面形成水化膜 7 提高非极性烃类油浮选活性的途径 辐射化学作用 煤油的捕收性能主要由大于170 馏分的含量及结构所决定 辐射能使烃类中大部分结构变得更加复杂 烃类分子中相当大的部分发生二聚或多聚作用 使低分子烃变为长链高分子化合物 还可产生异构化作用 辐射化学作用能够改善煤油的物理化学性质和浮选活性 磁场处理 浮选前用磁场预先处理矿浆 浮选用水和药剂 能提高回收率 改善选择性 加快浮选速度 降低药剂用量和增进产品脱水的效果 电化学处理 电化学处理后的烃类油活性提高 使煤油吸附在阳极表面 放出电子 和水分子解离放出的羟基反应 使饱和烃氧化为羧基化合物 非极性烃类油中羧酸含量明显增加 大大提高了对矿物的捕收活性 烃类催化氧化法 烃类在有催化剂时通入空气进行液相氧化 使其按照自由机理进行连锁反应 生成许多不同含氧化合物同时具有捕收和起泡的作用 使非极性烃类油浮选活性大大提高 思考题 1 浮选药剂的种类和作用 2 非极性烃类油的作用机理 3 有哪几种常用的捕收剂 4 提高非极性烃类油的途径 硫化矿浮选时常用的捕收剂 2 代表药剂 黄药类 名称 组成和结构 制造黄药的原料是醇 烧碱和二硫化碳 用直接合成法生成 8 硫代化合物类捕收剂 疏基类阴离子型捕收剂 1 特点 烃链短 分子量小 极性亲固基含有两价的硫原子 水解后生成含 SH基的产物 解离出的阴离子具有捕收作用 属于杂极性物质 a 烃基碳原子数 高级 低级 b 阳离子物质 Na K 学名黄原酸盐 按化学组成也称烃基二硫代碳酸盐 亲固基 性质 a 物理性质 黄色粉末状固体 b 化学性质 不稳定 热 水 酸分解 长时间放置会失效 黄酸离子发生分解 黄药失去捕收作用 控制矿浆 值 在碱性介质中稳定 c 氧化性 易氧化生成双黄药 ROCSS 2 d 捕收性 取决于烃基的长度和结构 烃基越长 碳原子数越多 捕收性能越强 烃基增长使捕收剂增强的原因 a 烃基越长 显示的非极性越强 捕收剂水化作用越小 使其固着于矿物表面后烃基间分子健力越强 附着越牢固 b 烃基越长 捕收剂在矿物表面 覆盖层 越厚 矿物表面显示的疏水性越明显 但太长会降低选择性 实践中常用的烃基为 捕收性能和应用 a 捕收性能与二价硫的性质密切相关 黄药亲固基是 OCSS 通过二价硫和矿物表面金属离子键作用使药剂固着于矿物表面 可成功浮选有色金属硫化矿和经硫化后的有色金属氧化矿 黄药和重金属阳离子生成难溶化合物 溶积度很小 易用乙基黄药浮选 对含锌 铁等金属离子硫化矿物 生成黄酸盐溶度积大 矿物须活化后才能浮选 C 具有较高浮选选择性 b 捕收能力和生成金属黄酸盐溶解度大小有关 黄药和碱土金属不生成难溶化合物 不能浮选氧化物 硅酸盐 铝硅酸盐和碱土金属的盐类矿物 黄药用量一般在 g t煤泥 左右 黄药常配成 的溶液使用 硫代化合物类捕收剂的捕收机理 a 化学吸附说 有氧存在 硫化矿物表面发生氧化反应 生成硫氧盐或硫酸盐 氧化后硫化矿物的硫酸根和水中氢氧根 碳酸根等离子进行交换生成碳酸盐和氢氧化物 加入黄药后 黄药阴离子和矿物表面的氢氧根 碳酸根 硫酸根等离子产生交换吸附 生成金属黄原酸盐 具有强烈疏水性 在矿物表面沉积可提高矿物表面可浮性 起到捕收作用 根据各种金属黄原酸盐溶度积大小 定性判断相应硫化矿物可浮性 b 双黄药见解 黄药经氧化后生成双黄原 具有疏水作用 吸附在硫化矿物矿物表面 使矿物表面疏水 但必须有氧存在时黄药才能浮选硫化矿 c 共吸附 只有金属黄原酸和双黄药在矿物表面共存时 才能使矿物表面具有足够的疏水性 且两种产物有一定的比例 黑药 组成 结构与性质 学名 二烃基二硫代磷酸盐 二甲酚二硫代磷酸的组成 CH3C6H4O 2PSSH 黑色油状液体 Me H 甲酚 Na 钠黑药 NH4 丁铵黑药 性质 a 甲酚黑药比黄药稳定 有些毒性 腐蚀性 在酸性介质中不易分解 具有起泡性 长时间放置会氧化分解失去捕收作用 但仍有起泡性 b 钠黑药无起泡性 白色粉沫 易溶于水 c 丁基铵黑药白色或灰色粉沫 易溶于水无腐蚀性 不易变质 黑药的捕收能力 通过二价硫原子和矿物晶格表面金属离子结合 起捕收作用 具有较强的选择性 对硫化铁捕收较弱 在酸性介质中常用 黑药有一定的硫化作用 对微氧化的硫化矿石有较好的效果 用量一般不超125g t原煤 硫氮捕收剂 烃基二硫代氨基甲酸盐 组成为R2NCSSNa 与黄药的区别氮原子代替了氧原子 且有两个疏水基 捕收能力比黄药强 浮选速度快 用量比黄药小 在高碱度矿浆中选择强 成本比黄药略高 分子中硫氮两个原子同时起捕收作用 酯类捕收剂 指的是黄原酸酯类及硫代氨基甲酸酯类 不溶水或微溶于水 油状液体 是非离子型捕收剂 是重金属硫化矿物的捕收剂 特点 比较安定 不易分解 浮选选择性好 用量小 适应酸性强的矿浆 其他硫代化合物类捕收剂 白药 学名硫代二苯脲 碳酸衍生物 白色粉末 微溶水 对黄铁矿的捕收能力弱 选择性较好 适用于多金属硫化矿物的优先浮选 用量一般为100g t煤泥 比黄药贵使用不方便 目前少用 硫醇和硫酚 组成为R SH R为脂肪烃者称硫醇 R为芳香烃者称硫酚 分子中 SH基可以和硫化矿物表面重金属离子发生作用起捕收作用 价格高 有难闻的臭味 实际中未获得广泛应用 9 有机酸类捕收剂 烃基酸 浮选氧化矿物的阴离子捕收剂 按亲固基组成和结构分五种 羧酸及其皂 组成为RCOOH Na K R为烃基 一般为C12 C17 烃基磺酸盐 RS03H Na K 烃基硫酸盐 RS04H Na K 胂酸 如甲苯胂酸 CH3 C6H4 As03H2 烃肟酸 如烃肟酸钠 脂肪酸及其皂的组成和性质 脂肪酸的组成为RCOOH 分子中氢被Na或K取代就成为皂 R一般为直链的饱和或不饱和烃 脂肪酸的亲固基为COO 基 是一种弱酸 在水溶液中可以解离为羧酸阴离子和氢离子 脂肪酸碱金属皂类在水中溶解度大 可直接以水溶液状态应用 有机酸及其皂类捕收性能和应用 捕收能力与烃基的不饱和程度有关 碳原子数相同的烃基不饱和程度越高 即烃基中双键数目越多 捕收能力越强 在温度较低的矿浆中 不饱和程度高的酸的捕收活性变化不大 而饱和酸和不饱和程度低的酸的捕收能力却显著降低 用有机酸及其皂类可浮选的矿物有 含碱土金属阳离子的极性盐类矿物 如方解石 CaCO3 萤石CaF2 有色金属氧化矿物 一般是碳酸盐和硫酸盐类 如孔雀石和白铅矿等 氧化矿物 如赤铁矿 氧化锰和菱铁矿等 经活化的硅酸盐类 因活化后表面吸附Ca Mg Fe等金属离子 易溶于水的含碱和碱土金属的可溶性矿物 如盐岩 硼矿物 有机酸及其皂类应用时应注意 用量要严格控制 适宜时有选择性 过多时将失去选择性 有机酸及其皂都是表面活性物质 有强烈的起泡性 要有调整剂的良好配合 常配合使用苏打或苏打与水玻璃合用 矿浆温度影响较显著 一般宜在30 进行浮选 常用的有机酸及其皂 有机酸及其皂有三方面来源 B 工业副产品 如造纸工业所得的副产品 塔尔油 C 有机合成产品 如氧化石蜡 氧化煤油 石油磺酸盐等 A 动植物油脂经水解而得到的饱和及不饱和脂肪酸的混合物 油酸和油酸钠 从动植物油脂中提取的 较难溶于水 常先溶于煤油等溶剂后使用 油酸对浮选温度很敏感 一般不应低于它的熔点 油酸钠是油酸皂化后的产品 易溶于水 溶液呈碱性 高级脂肪酸及其皂 将各种动植物油进行水解得到各种高级脂肪酸 塔尔油和粗硫酸盐皂 以木材为原料的碱法造纸厂中 松木切片和硫化钠 氢氧化钠一起蒸煮 其中纤维不溶 成为造纸原料 其余黑色纸浆废液静止分层 上层的油状物称粗硫酸盐皂 粗硫酸盐皂杂质太多 起泡性很强 选择性差 需进一步分馏净化制成粗塔尔油 粗塔尔油再经减压蒸馏和浓硫酸处理得到精制塔尔油 粗塔尔油中脂肪酸为不饱和脂肪酸 捕收能力很强 树脂酸含量高起泡性很强 精制后树脂酸含量大大降低 更符合浮选要求 塔尔油广泛用于磷灰石 氟石 锰矿石 铁矿石等氧化矿物的捕收剂 氧化石蜡皂和氧化煤油 前者以天然软蜡或人造软蜡为原料 在150 170 条件下氧化 氧化产物经皂化及脱除不皂化石蜡皂精制而成 后者是煤油经氧化所得的产物 作为浮选铁锰矿物的捕收剂 环烷酸和碱渣 都是石油工业的副产品 代替油酸用于磷灰石 赤铁矿的浮选 烃基磺酸盐和烃基硫酸盐 烃基磺酸盐为各种烃类油经浓硫酸作用所得产品 烃基硫酸盐也称烃基硫酸脂 是醇和硫酸作用的产物 两性捕收剂 两个烃基 一个阳基 一个阴基 属于哪个类型视亲固基而定 其解离状态与溶液的PH值有关 因成本高 尚处于研究阶段 有机酸类捕收剂浮选氧化矿作用机理 根据它们与矿物表面作用的不同形式分为 物理吸附 化学吸附 药剂离子和分子在水中反应生成络合物在矿物表面吸附 半胶束吸附 10 胺类 阳离子 捕收剂 胺类捕收剂的结构和特点 起捕收作用的是阳离子 称为阳离子捕收剂 常用的是氨的衍生物 氨中氢原子被烃基取代的数目不同可得到不同的胺 第一胺盐 伯胺盐 RNH3Cl 第二胺盐 仲胺盐 RR NH2Cl 第三胺盐 叔胺盐 R R 2NHCl 第四胺盐 季胺盐 R R 3NCl 分子式中R代表长链烃基 在C10以上 R 代表短链烃 一般为CH3基 胺水溶液呈碱性 难溶于水 与酸 盐酸或醋酸 作用生成胺盐易溶于水 浮选上常用的胺盐主要是8 18个碳原子的烷烃第一胺及其盐 胺与有机酸盐捕收剂作用机理相似 胺类捕收剂应用 目前主要用于浮选 硅酸盐和铝硅酸盐矿物 如 石英 云母等 碳酸盐矿物 如菱锌矿等 可溶性盐 如钾盐等 使用胺类捕收剂必须注意的问题 用量必须严格控制 少时可捕收矿物 多时将失去选择性 由于矿泥表面经常荷负电 能吸附大量胺盐 浮选前脱泥可改善浮选过程并降低药耗 不同矿物有不同的适宜pH值 胺盐用量一般为0 1 O 5kg t原煤 胺较难溶于水 常先溶于醋酸或盐酸中生成胺盐后使用 配制时胺与盐酸的当量比为胺 盐酸 1 1 1 1 5 胺类捕收剂浮选氧化矿作用机理 胺及其盐类是浮选石英等硅酸盐矿物的典型捕收剂 物理吸附 主要是矿物与药剂之间的静电力引起的 半胶束吸附 除静电引力外 还有范德华力 促使捕收剂阳离子和胺类分子的碳链相互缔合 形成半胶束 改变电动电位 使其巯水 在碱性介质中 胺分子中N原子的弧对电子与氧化矿物中阳离子金属离子形成的络合物具有疏水性 使亲水性的氧化物表面变得疏水 胺类捕收剂在矿物表面形成络合物吸附 思考题 1 硫代化合物捕收剂的特征及代表药剂 2 脂肪酸及其皂的组成和性质 3 胺类药剂使用时应注意的问题 在异极性表面活性物质存在的纯水 矿浆中充气形成细小和比较坚韧的气泡或泡沫 气泡上浮到水面形成具有一定稳定性的细小气泡聚集层 此层为泡沫层 1 浮选泡沫及起泡剂的概念 两相泡沫 由气 液两相形成的泡沫 起泡剂 二 起泡剂 浮选泡沫 三相泡沫 由气 液 固三相形成的泡沫 或称矿化泡沫 矿化气泡 种类 具有起泡性能 醇 酚 酮 醛 醚 酯 酸等有机异极性表面活性物质 能促使在介质中形成大量大小适宜和具有一定稳定性泡沫的物质 2 起泡剂的性质 均匀表面活性物质 能降低溶液的表面张力 具有杂极性不对称的分子结构 溶于水或微溶于水 其表面活性随非极性基碳原子数减少而降低 而溶解度则相反 非极性基的碳原子数目为5 9的表面活性物质 作起泡剂较适宜 碳原子太多 溶解度低 无起泡能力 碳数太少 水和起泡剂极性基的作用力相对增加 使起泡剂分子不能聚集在水 气界面上 不发挥作用 3 起泡剂的作用 降低气液界面的张力 可改善和提高空气在矿浆中的分散度 气液与起泡能力的关系 在外界消耗功相同的情况下 气液降低 空气流被分割易于形成气泡 生成更多的利于分选的气液界面 A 泡和状态不能形成稳定的泡沫层 实际生产中远低于C点值 B 起泡能力大小不完全取决于表面张力降低的绝对值 结论 改善气泡的分散度 在充气量一定时 气泡直径越小 气液分选界面面积越大 气泡在分选空间内分散度越高 对分选有利 对气泡尺寸的要求根据分选对上浮力和升浮速度要求确定气泡尺寸 在清水中无起泡剂 生成气泡直径4 5mm 有起泡剂时气泡直径0 8 1mm 现代理论研究表明 微泡对浮选过程有强化作用 A 在同一充气量的条件下 加入起泡剂后 所得气泡直径较小 并且气泡直径随起泡剂用量增大而减小 气泡直径小 气泡数目增加 气泡表面积增加 B 在起泡剂用量相同时 气泡直径随充气量增大而增大 增大气泡的机械强度 提高气泡的稳定性 气泡在受到外力作用时 局部变形 表面积增大 变形区起泡剂浓度降低 张力增大 使气泡恢复原形 起泡剂分子在气水界面的定向排列 减慢了气壁间水层流动 减小水层变薄速度 提高了泡沫的稳定性 阻碍或减缓气泡的相互兼并 灭 B 毛细压力作用 相邻气泡直径不同毛细压力P不同 小气泡向大气泡浸透 而被大气泡所兼并 气泡兼并 灭 的原因 A 表面活性剂在液面界面的定向排列 形成水化膜 阻碍水的流泄和蒸发 提高气泡寿命 起泡剂作用机理 B 电性作用 同种电性相斥 接近难 A 脱水作用 重力作用 泡沫层中水下泄 蒸发作用 泡沫层表层水蒸发 张力作用 Px 2 R 0在普兰台界边区 Py 0 阻碍或减缓气泡的相互兼并 灭 起泡剂分子在水 气界面的定向排列 使气泡的周围形成一定厚度的水层 防止了气泡间的合并 降低气泡在矿浆中升浮速度 增加其停留时间 A 增大气泡与矿粒碰撞机率 B 减少碰撞动能 C 减小矿化气泡振动 抖动 降低脱落几率 矿浆中加入起泡剂 使气泡的平均尺寸变小 而气泡越小 其上浮力越弱 上升速度越小 水膜的气泡有一定弹性 上浮阻力增加 降低气泡上浮速度 原因 作用 A 升浮气泡的形状 无起泡剂时 椭圆形 鱼体形有起泡剂时 圆形B 水偶极子内聚吸引力作用 C 气泡直径小 升浮力和速度降低 4 起泡剂的作用机理 单纯起泡剂的作用 起泡剂为杂极性表面活性剂 吸附在气 液界面 并进行定向排列 极性端指向水 非极性端指向气 极性端和水分子形成水化层 阻碍气泡兼并 增加气泡抗变形及破碎的能力 起泡剂与捕收剂的共吸附作用共吸附 捕收剂和起泡剂在气液界面联合作用的现象 矿粒和气泡碰撞 由于捕收剂和起泡剂在界面共吸附产生互相穿插 使气泡与矿物固着稳定 部分非表面活性物质如与捕收剂一起使用可产生很好的泡沫 并可提高精矿品位及回收率 5 对起泡剂的要求及其应具备的条件 起泡剂一般应是具有适宜结构的有机异极性表面活性物质 起泡性能决定于极性基和非极性烃基的性质 非离子型 非极性基对起泡性能的影响 烃基每增加一个碳原子 表面活性可以增大3 14倍 活性大 起泡强 非极性基长短对起泡性能有一定影响 长度有一定范围 烃基中无双键的醇 一般6 8个碳 有双键的醇由于溶解度较大 烃基可以更长一些 非极性基的长短要与极性基配合 在水中的解离情况 离子型 性质比较单一 一般不具有捕收性能 具有捕收性能 其它 COOH NH2 氨基 SO3H 磺酸基等 起泡能力强 亲固性强 PH值影响大 0 COOH OH S03H S04H 极性基对起泡性能的影响 最好 OH 羟基 醚基 两类极性基是理想的极性基团 水化作用强 无捕收作用 PH值影响小 A 极性基对起泡剂溶解度的影响 主要取决于其性质和数量 极性基与水分子作用越强 其溶解度越大 常见极性基对水作用力的顺序为 极性基数目越多 溶解度越大 溶解度高的起泡剂溶于水中之后 溶质分子大部分处于溶液内部在气 液表面吸附量较少 表面活性较低 能产生大量气泡 但较脆 寿命短 不能持久 对此药剂采用分段加药的方法 溶解度低的起泡剂 多数不容易分散在矿浆中 大部分集中在矿浆表面 容易随泡沫层及水层排出 不能产生有效作用 有时 给后续作业带来困难 B 极性基对起泡剂解离度的影响 各种醇类 醚类等非离子型起泡剂 在水中不能解离 羧酸类 羟基中的氢有一定解离程度 易分解 使之具有酸性 磺酸盐和硫酸盐类起泡剂则是较强的电解质 离子型起泡剂在水中的解离度 起泡能力均受pH值的影响 解离后使溶液呈酸性的起泡剂称酸性起泡剂 其在碱性介质中解离度较高 表面活性降低 对起泡剂的使用不利 应在酸性介质中使用为好 非离子型起泡剂 如松油和醇类 虽然不解离 但分子中有羟基 可视作碱性物 一般在碱性介质中使用较好 起泡剂分子或离子 在水中与水偶极作用 发生水化 在气泡表面形成一层水膜 使气泡不容易破裂 提高其稳定性 C 极性基水化能力对起泡性能的影响 COO 吸附能最大 最容易吸附到气一液界面 泡沫发粘 选择性较差 SO NH 吸附能小 形成的泡沫性脆 选择性好 0H居中 最好起泡剂只有起泡性而无捕收性 这样才便于浮选过程的调节 在矿浆中要有适当的溶解度 a溶解度大 在气液界面吸附少 甚至不具有起泡性能 起泡速度快 气泡脆 泡沫层结构疏松 用量大 b溶解度小 滞留矿浆表面 起泡速度慢 泡沫结构致密 气泡寿命长 浮选过程难以控制 c适当溶解度 C4 C10脂肪醇 最理想C5 C8 对矿物无捕收作用 对矿浆PH值的变化及矿浆中其它组分有较强的适应性 用量少 无毒和不污染环境 6 起泡剂的分类 1 根据药剂来源分类 A 天然产物提取 松油 樟脑油 B 煤焦工业副产品提取 甲醇 吡啶 C 人工合成 醇 醚 醇醚类 2 根据分子结构特点分类 A 非离子性 醇 醚醇 醚类 酯类 及其皂类 胺类 B 离子型 酚类 重吡啶 烃基磺酸 硫酸 盐 羧酸 6 起泡剂的分类 1 根据药剂来源分类 A 天然产物提取 松油 樟脑油 B 煤焦工业副产品提取 甲醇 吡啶 C 人工合成 醇 醚 醇醚类 2 根据分子结构特点分类 A 非离子性 醇 醚醇 醚类 酯类 B 离子型 酚类 重吡啶 烃基磺酸 硫酸 盐 羧酸及其皂类 胺类 常用起泡剂 按其来源可归纳为 石油 食品 化工 炼焦等工业的副产品 A 杂醇 来源较广 是选煤厂应用较多的起泡剂 生产的泡沫较脆 选择性好 可以用于难选煤和高硫煤的浮选 用量200 300g t煤泥 B 杂醇油 生产丁醇的高沸点残馏液 主要成分为伯醇 仲醇和少量酮类化合物 C 仲辛醇 是以篦麻子为原料生产葵二酸的化工副产品 其组成为仲辛醇含量70 85 辛酮含量10 20 淡黄色透明液体 有强烈刺鼻醇味 有良好的起泡性能 泡沫不粘 对过滤脱水影响较少 是我国选煤厂广泛应用的起泡剂 起泡剂性能较杂醇强 用量一般耗量为100g t煤泥 只是价格较高 且货源不多 D 混合醇 C6 C8混合醇有两个来源 一是乙炔法生产丁醇 辛醇的副产品分出丁醇后的剩余馏分 二是石油工业混合烯烃的羰基合成产品 主要成分为已醇 庚醇 辛醇的混合物 外观为棕红色透明油状物 该类醇有较好的选择性 而碳原子数较低的醇的浮选活性较高 起泡能力较强 该类起泡剂泡沫多 脆而不粘 并对过滤脱水有利 价格较低 用量100 150g t煤泥 E 酯油 高压法羰基合成丁醇 辛醇时得到大量带支链结构的残液 以浓硫酸为催化剂 使之反应生成酯类化合物 主要含C4 C8支链的酯油 工业试验证明 酯油作煤泥浮选的起泡剂其效果与仲辛醇类似 代号为酯油190 优点是价格低 气味小 毒性低 林木化工产品 天然起泡剂 为林木化工厂的副产品 主要活性成分为萜烯醇 A 松油 存在于天然产物松脂中 松脂经水蒸馏得松节油及松香 再分馏松节油即得松油 为淡黄色或棕色液体 密度0 9 0 95g 起泡能力强 一般无捕收性 若萜烯醇含量较低 杂质含量较高时 有一定捕收性 用量一般为10 60g t原矿 B 二号油 亦称松醇油 是我国选矿厂应用最广泛的一种起泡剂 占起泡剂总量的95 以上 二号油为松节油的原料 经水合反应制得 为淡黄色油状液体 密度0 9 0 91g 起泡性能较松油稍弱 泡沫稍脆 无捕收能力 组成和性质较稳定 用量为20 100g t原矿 松油和二号油的主要成分相似 都可作起泡剂 而二号油的起泡性能较好 但二号的价格也高得多 C 樟脑油 樟脑树的枝 叶 根干馏得到原油 提取樟脑后再分馏便得各种樟脑油 分红 白 蓝三种 白色油可代替松油作起泡剂 选择性较松油好 并可用于优先浮选 用量为100 200g t原矿 红色油生成的泡沫发粘 蓝色油则兼具起泡剂和捕收剂 可用于浮选煤泥或与其他起泡剂配合使用 D 桉叶油 由桉叶经蒸馏得到 主要成分为桉叶醇 含量50 70 起泡剂性能比松油弱 但选择性好 用量大 合成起泡剂 生产合成起泡剂是选煤工业应该予以注视的问题 它将有利于解决前以化工副产品作起泡剂所带来的组成不稳定 供应无保证等问题 该类起泡剂是人工合成专门生产用作起泡剂的化工产品 A 醚醇类起泡剂 是由石化产品合成的新型起泡剂 有甲基醚醇 乙基醚醇 丁基醚醇等 国外金属矿浮选大量使用 几乎占一半 该类起泡剂水溶性较高 泡沫结构致密 不粘 选择性好 消泡快 用量少 仅为10 80g t原矿 并能生产大量对浮选有利的小于0 2 的微泡 但价格较贵 B 醚类起泡剂 是一种新型起泡剂 国内的4号油属此类 成分为三乙氧基丁烷 又称丁醚油 主要原料是合成聚乙烯醇过程中的副产品 来源广泛 价格低 纯度高 起泡能力较强 用量少 生成的泡沫脆 能在尾矿水中很快分解 氧化 失去有害作用 是一种毒性较小的起泡剂 C 甲基异丁基醇 亦称甲基戊醇 代号MIBC 美国大量使用 MIBC由丙酮经缩合脱水和常压加氧制成 MIBC为无色透明液体 选择性强 活性好 生成的泡沫细且脆而不粘 消泡容易 不具捕收性 用量少 仅20 40g t煤泥 由于丙酮取自粮食 我国未在工业上应用 只作为实验室浮选标准起泡剂 D 合成仲醇 即FP101 是1975年由本溪矿选煤厂 本溪市石油化学厂 唐山煤研所协作的研究成果 它是由石腊裂解的轻烯烃经硫酸脂化水解生成的产品 有效成分为脂肪醇 其中6 8个碳原子的醇含量较多 故其性能与仲辛醇相似 由于人工合成起泡剂有很多优点 现已开始逐步取代天然起泡剂 同时一些化工副产品起泡剂仍在选煤厂广泛应用 C 甲基异丁基醇 亦称甲基戊醇 代号MIBC 美国大量使用 MIBC由丙酮经缩合脱水和常压加氧制成 MIBC为无色透明液体 选择性强 活性好 生成的泡沫细且脆而不粘 消泡容易 不具捕收性 用量少 仅20 40g t煤泥 由于丙酮取自粮食 我国未在工业上应用 只作为实验室浮选标准起泡剂 D 合成仲醇 即FP101 是1975年由本溪矿选煤厂 本溪市石油化学厂 唐山煤研所协作的研究成果 它是由石腊裂解的轻烯烃经硫酸脂化水解生成的产品 有效成分为脂肪醇 其中6 8个碳原子的醇含量较多 故其性能与仲辛醇相似 由于人工合成起泡剂有很多优点 现已开始逐步取代天然起泡剂 同时一些化工副产品起泡剂仍在选煤厂广泛应用 三 调整剂 1 概念在煤泥浮选过程中 能提高各类浮选药剂的性能 或消除矿浆中各种杂质的有害影响 促使浮选过程更有效进行的药剂 2 作用 提高矿物与捕收剂相互作用的选择性和改善矿浆的浮选性质机理 调节和控制捕收剂与矿物作用时 加强或削弱捕收剂对矿物的作用 从而提高或降低矿物的可浮性 改善浮选过程的选择性 A 多种有用矿物共生 伴生 且可浮性接近 使用调整剂提高选择性 B 矿物活化后捕收浮选 C 浮选特定条件限制 例如 PH值的影响 使用调整剂的原因 调整剂对浮选泡沫的调节和影响 调整剂影响气泡的弥散和气泡强度 松油起泡剂 在CuSO4 Na2S NaCN等调节作用下 泡沫层厚度会降低 而特定起泡剂在特定调整剂作用下可延长气泡寿命 调整剂胶粒在液 气界面上影响浮选活性 规律 微细胶粒粘附在气泡表面局部地区可活化浮选过程 增长过大的胶粒会抑制浮选过程 原因 微细胶粒促使矿粒与气泡层水化层的破裂 在夹缝中排挤水分子 加速水化层的薄化和破裂 过大胶粒占据气泡表面 使气泡 装甲 化 阻碍矿粒与气泡的接触和粘附 应用 控制胶粒的增长速度 调整剂对矿粒向气泡粘附速度的影响 活化剂能缩短矿粒向气泡粘附时间 接触 薄化 破裂 附着 抑制剂能延长矿粒向气泡粘附时间 酸碱也影响某些矿物向气泡附着的粘附时间 3 主要作用方式 直接在矿物表面发生作用 调整剂以离子 分子或胶粒状态作用于矿物表面 或发生竞争吸附以增强或削弱捕收剂与矿物表面的相互作用 调节矿物表面的溶解 以增强或减少矿物表面对捕收剂吸附的活性质点数 促使捕收剂在矿物表面吸附或从表面解吸 在矿浆中发生作用 A 生成难溶盐沉淀或形成稳定的络合物 以消除或降低难溶离子对浮选的不良影响 B 调节吸附容量大的物质对矿浆中有害离子的吸附 C 调节矿浆的PH值对浮选过程带来多方面的的影响 调节离子组成或介质的PH值 a 调整矿浆的酸碱度