【采矿课件】第7章矿物加工药剂.doc

第7章矿物加工药剂习 题 解 答 1.什么是表面活性剂？ 【解】溶质加入到溶剂中可使其表面张力发生变化，有三种情形：有的物质如强电解质等物质使溶剂表面张力升高，有的物质如低碳醇等有机化合物使溶剂表面张力逐渐降低，另一些物质如油酸钠在其加入少量时会使溶剂表面张力急剧下降，但降到一定程度后便下降得很慢，或不再发生变化，并可能出现表面张力的最低值。通常，把能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性（对此溶剂而言）。而具有表面活性的物质称为表面活性物质。少量物质即能明显降低溶剂的表面张力，而且在某一浓度下表面张力曲线出现水平线，这类物质称为表面活性剂。 2.表面活性剂有何主要用途？浮选表面活性剂主要有哪些？ 【解】表面活性剂主要有润湿、增溶、起泡、乳化、分散和去污作用。浮选表面活性剂，根据其用途并结合药剂的属性以及解离性质等，分为捕收剂、起泡剂两大类。 作为捕收剂的这类浮选表面活性剂，其极性基（亲固基）以羧酸基及胺基为主。这类药剂对矿物晶格表面有O原子的氧化物矿物有选择性捕收作用，同时也有较强的起泡性。 作为起泡剂的浮选表面活性剂，极性基通常是羟基OH、醚氧基O等，一般用异构烷基、萜烯基、苯基和烷氧基作烃基，碳原子数多在69个左右。 3.异极性浮选捕收剂的结构有何特点？主要有哪些类型？ 【解】它们的分子结构类似于表面活性剂，均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲固基团构成，形成既有亲固性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。异极性浮选捕收剂的疏水基通常是26个碳原子的脂肪族烃基、脂环族烃基和芳香族烃基，常写成R；异极性浮选捕收剂的亲固基团中的亲固原子一般为S，这类药剂对矿物晶格表面有S原子的硫化矿物有选择性吸附捕收作用。主要有硫代化合物、硫代化合物的酯、多硫代化合物。 4.浮选捕收剂的亲固基团的键合原子有哪些？其与矿物表面的吸附遵循什么原则？ 【解】浮选捕收剂的亲固基团的键合原子主要有：O、S、N、P、As等，其与矿物表面吸附遵循“相似者相吸”的原则。 5.有机抑制剂的抑制机理是什么？ 【解】有机抑制剂对矿物发生抑制作用的原因大致有： a. 改变矿浆离子组成及去活作用。在浮选矿浆中存在的各种难免离子，有一些将会使矿物受到活化，从而破坏矿物浮选的选择性。如含有次生铜矿物或氧化蚀变的铜锌矿石浮选时，溶解的铜离子将对闪锌矿产生活化作用而使抑锌浮铜难于实现。含有多羧基、多羟基、胺基、巯基等高化学活性基团的有机抑制剂，许多都能沉淀或络合金属离子，从而减少矿浆中这些难免离子的浓度，起到防止活化的作用。 b. 使矿物表面亲水性增大。 有机抑制剂分子中都带有多个极性基，其中包括对矿物的亲固基和其它亲水基，当极性基与矿物表面作用后，亲水基则趋向水使呈较强的亲水性，降低可浮性。例如羟基白药对方铅矿的抑制作用。当羟基白药吸附后二个亲水性的羟基向外，使矿物表面亲水性提高。 c. 使吸附于矿物表面的捕收剂解吸或防止捕收剂吸附。如水杨酸钠对长石的抑制作用就是阻止油酸捕收剂在矿物上吸附。 6.萃取机理如何表述？试比较萃取剂与浮选捕收剂的结构。 【解】萃取机理可表述为：萃取剂可极少量地溶解于水中，并与水中的金属离子生成难溶于水的沉淀。这种具有疏水基团的难溶于水的有机沉淀，根据“相似者相溶”的物理溶解原则，易溶于全为疏水基的非极性油（如煤油）有机相，从而将金属离子从水相选择性地萃入有机相中。 萃取剂均由非极性的亲油（疏水）基团和极性的特定亲金属离子基团构成，形成既有亲金属离子性又有亲油（疏水）性的所谓“双亲结构”分子。显然，萃取剂与浮选捕收剂的结构是极相似的，有些萃取剂就可作为浮选捕收剂使用。 7.什么是HLB值？它主要有何应用？ 【解】HLB值（Hydrophile-Lipophile Balance Number）称亲水疏水平衡值，也称水油度。它既与表面活性剂的亲水亲油性有关，又与表面活性剂的表面（界面）张力、界面上的吸附性、乳化性及乳状液稳定性、分散性、溶解性、去污性等基本性能有关，还与表面活性剂的应用性能有关。 8.查表7-4 计算十二烷基硫酸钠C12H25 SO4Na的HLB值。 【解】C12H25 SO4Na中含有1个-SO4Na, 12个CH2（或CH3），查表7-4，根据Davies公式 HLB = （亲水基值）+（疏水基值）+ 7 =38.4+12（-0.475）+7=39.7 9.什么是临界胶团浓度CMC ？ 【解】表面活性剂溶液的某些性质在某一浓度范围内会发生突变，如图7-9所示。这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶团区域。在这一范围内，通常选取一个浓度，称为临界胶团浓度，以CMC表示。 10. 简述表面活性剂的润湿、增溶、起泡性、乳化性、分散性和去污性等表面物理化学性质及应用。 11. 简述Langmuir型吸附等温线及其应用。 【解】当溶液较稀时，吸附量增大得很快，到一定浓度后吸附量达到平衡，吸附等温线上出现水平线。这种类型吸附等温线称为Langmuir型等温线。其方程式为Langmuir吸附等温方程。Langmuir型吸附等温线主要应用于溶质在界面的吸附方式与吸附过程。 12. 什么是大分子药剂？浮选中主要应用的有哪些？ 【解】一般的有机化合物的相对分子质量Mr（旧称分子量M）约在500以下，而某些有机化合物如纤维素的相对分子质量很大，由许多结构单元连结而成，这就是大分子化合物。一般把相对分子质量大于10,000的物质称为大分子。 浮选中，大分子化合物主要用作絮凝剂、分散剂及抑制剂，如淀粉、聚丙烯酰胺等。 13. 大分子药剂的抑制、絮凝和分散作用的机理分别是什么？ 【解】大分子药剂的抑制机理 大相对分子质量有机抑制剂因分子较长大，支叉和弯曲程度较高，不但本身在物料表面形成亲水层，而且能对已经吸附于物料表面的捕收剂疏水膜发生掩盖作用，不必使吸附的捕收剂解吸就能使矿物受到抑制。 大相对分子质量有机抑制剂大多兼具絮凝作用，使矿粒发生絮凝而改变浮选性质，其机理主要为桥联作用。 大相对分子质量有机抑制剂在矿物表面吸附亲固的主要方式有：在矿物表面双电层中靠静电力吸附，氢键及范德华力吸附，化学吸附和表面化学反应。 大分子药剂絮凝作用的机理 靠静电力在双电层中吸附桥连 离子型絮凝剂离子符号与矿物表面电荷符号相反时，易于吸附发生桥连作用，并同时改变矿物表面电荷大小，发生絮凝作用。 靠氢键力吸附桥连 当絮凝剂在矿物表面吸附是通过氢键力时，作用与药剂离子及矿物表面的电性质关系不明显。氢键力对非离子型絮凝剂（若无化学活性基时）常为主要作用方式。 靠化学吸附桥连 絮凝剂中带有化学活性高的基团时，可以在矿物表面发生化学吸附，此时的作用也不太受矿物表面电性质的影响，因为化学吸附力比静电吸附力更高。 大分子药剂的分散作用的机理 （1）增大颗粒表面电位的绝对值以提高粒间静电排斥作用。静电排斥势能Ue1项增大； （2）通过高分子分散剂在颗粒表面形成的吸附层，产生并强化空间位阻效应，使颗粒间产生强位阻排斥力。空间排斥势能Ust项增大； （3）增强颗粒表面的亲水性，以提高界面水的结构化，加大水化膜的强度及厚度，使颗粒间的溶剂（水）化排斥作用显著提高。水化排斥势能Usol项增大。 14. 应用于浮选中的无机盐类药剂有哪些类型？ 【解】应用于浮选中的无机盐类药剂有: （1）活化剂,一些无机盐类化合物，如Pb(NO3)3、FeCl3等，本身不具有捕收活性，但能改善捕收剂的性能增加其对矿物的捕收活性，在矿物加工中将这样一类药剂称作活化剂。 （2） 抑制剂, 如有效成分为阴离子的有：氟化物、氰化物、硅酸盐、及磷酸盐等，有效成分为阳离子的有：锌盐、铁盐、铝盐及钙盐 （3）分散剂,常用的无机盐分散剂包括主要起调节pH作用的碱及水玻璃、六偏磷酸钠。 （4）氧化还原剂, 凡具有获得电子能力的化合物均可用作氧化剂，而具有失去电子能力