浮选的基本原理

1、浮选的基本原理浮选的基本原理 第四节第四节 煤泥可浮性的评定煤泥可浮性的评定 第一节第一节 浮选的依据浮选的依据 第二节第二节 气泡的矿化过程气泡的矿化过程 第三节第三节 影响煤泥可浮性的主要因素影响煤泥可浮性的主要因素 第一节第一节 浮选的依据浮选的依据 煤泥浮选是依据煤和矸石表明润湿性的煤泥浮选是依据煤和矸石表明润湿性的 差异进行分选的，其实质是疏水的煤粒粘附差异进行分选的，其实质是疏水的煤粒粘附 在气泡上，亲水的矸石颗粒滞留在煤浆中，在气泡上，亲水的矸石颗粒滞留在煤浆中， 从而实线彼此分离。从而实线彼此分离。 一、矿物表面的润湿现象一、矿物表面的润湿现象 润湿现象：当三相接触时，液相在固

2、相表面展润湿现象：当三相接触时，液相在固相表面展 开，排斥气相而占据固相表面的现象。开，排斥气相而占据固相表面的现象。 润湿是自然界常见的现象。如往干净的玻璃上润湿是自然界常见的现象。如往干净的玻璃上 滴一滴水，水会很快地沿玻璃表面展开，成为平面滴一滴水，水会很快地沿玻璃表面展开，成为平面 凸镜的形状。但若往石蜡表面滴一滴水，水则力图凸镜的形状。但若往石蜡表面滴一滴水，水则力图 保持球形，但因重力的影响，水滴在石蜡上形成一保持球形，但因重力的影响，水滴在石蜡上形成一 椭圆球状而不展开。椭圆球状而不展开。 人们把易被水润湿的表面称为亲人们把易被水润湿的表面称为亲 水表面，把不易被水润湿的表面称为

3、水表面，把不易被水润湿的表面称为 疏水表面，相应的矿物分别称为亲水疏水表面，相应的矿物分别称为亲水 矿物和疏水矿物。矿物和疏水矿物。 在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达在一浸于水中的矿物表面上附着一个气泡，当达 平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边，称为平衡时气泡在矿物表面形成一定的接触周边，称为 三相润湿周边。在任意二相界面都存在着界面自由三相润湿周边。在任意二相界面都存在着界面自由 能能 。固。固水与水水与水气两个界面自由能所包之角（包气两个界面自由能所包之角（包 括水相）称为接触括水相）称为接触 角，以角，以表示。表示。 如上图，当达到平衡时（润湿周边不动），作用于如上图，当达

4、到平衡时（润湿周边不动），作用于 润润 湿周边上的三个表面张力在水平方向的分力必为零。于是其湿周边上的三个表面张力在水平方向的分力必为零。于是其 平衡状态方程为平衡状态方程为 ： SG=SL+LGcos cos=(SG-SL)/LG 式中，式中，SG、SL和和LG分别为固分别为固气、固气、固液和液液和液 气界面自由能。气界面自由能。 上式表明了平衡接触角与三个相界面之间表面张力的关上式表明了平衡接触角与三个相界面之间表面张力的关 系，平衡接触角是三个相界面张力的函数。接触角的大小不系，平衡接触角是三个相界面张力的函数。接触角的大小不 仅与矿物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。仅与矿

5、物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。 凡能引起任何两相界面张力改变的因素都可能影响矿物表面凡能引起任何两相界面张力改变的因素都可能影响矿物表面 的润湿性。的润湿性。 当当90时，时，SLSG，矿物表面不易被水润湿，称，矿物表面不易被水润湿，称 为疏水表面；为疏水表面； 当当90时，时，SLSG，矿物表面易被水润湿，称为，矿物表面易被水润湿，称为 亲水表面亲水表面 。 原则上，取原则上，取=90为分界线，为分界线，=090时称亲水性时称亲水性 表面，表面，=90180时称疏水性时称疏水性 二、矿物表面和水的作用二、矿物表面和水的作用 矿物表面和水的相互作用的结果矿物表面和水的相互作用

6、的结果 是矿物被水化，这种水化作用的产生是矿物被水化，这种水化作用的产生 是由于水分子本身的性质决定的。而是由于水分子本身的性质决定的。而 某一种矿物表面水化作用的强弱，则某一种矿物表面水化作用的强弱，则 取决于矿物本身的性质。取决于矿物本身的性质。 水化层示意图 当水中出现带电颗粒时，在电场作用下，当水中出现带电颗粒时，在电场作用下， 颗粒周围便立即生成极性水分子包围层，这就颗粒周围便立即生成极性水分子包围层，这就 是水化层。是水化层。 矿物表面是亲水还是疏水，取决于其表面矿物表面是亲水还是疏水，取决于其表面 分子与水分子相互作用强度，即水化作用的强分子与水分子相互作用强度，即水化作用的强

7、弱。弱。 三、煤的表面性质三、煤的表面性质 煤是一种由复杂的有机质和多种无机矿物煤是一种由复杂的有机质和多种无机矿物 组成的具有一定热值非均相的固体可燃矿物。组成的具有一定热值非均相的固体可燃矿物。 煤中有机质的主体是三维空间聚合物结构，煤中有机质的主体是三维空间聚合物结构， 其模型如下图。其模型如下图。 煤的结构模型 煤的疏水性与其组成和结构有一定的关系，如下。煤的疏水性与其组成和结构有一定的关系，如下。 1、煤的主体是芳香核，结构对称，化学性质不活泼，具有疏水、煤的主体是芳香核，结构对称，化学性质不活泼，具有疏水 性。因此煤的主要表面是疏水的。性。因此煤的主要表面是疏水的。 2、在芳香核的

8、碳网上，有各种侧链和含氧官能团，它们构成了、在芳香核的碳网上，有各种侧链和含氧官能团，它们构成了 煤的少部分极性表面，使煤的某些部位具有亲水性。煤的少部分极性表面，使煤的某些部位具有亲水性。 3、面网间的断口也是亲水的。、面网间的断口也是亲水的。 4、煤的结构中混入一定数量的矿物杂质，多数矿物杂质具有一、煤的结构中混入一定数量的矿物杂质，多数矿物杂质具有一 定的极性，使煤部分表面具有亲水性。定的极性，使煤部分表面具有亲水性。 5、煤表面上的含氧官能团和矿物杂质虽然亲水，但有些极性表面、煤表面上的含氧官能团和矿物杂质虽然亲水，但有些极性表面 也具有较高的化学活性，能与杂极性的浮选剂分子产生吸附，

9、非极也具有较高的化学活性，能与杂极性的浮选剂分子产生吸附，非极 性基向外，使煤粒表面的极性区转化为非极性区，即亲水区转化为性基向外，使煤粒表面的极性区转化为非极性区，即亲水区转化为 疏水区。疏水区。 6、煤的变质程度对疏水性的影响很大。、煤的变质程度对疏水性的影响很大。 第二节第二节 气泡的矿化过程气泡的矿化过程 浮选过程中，矿粒有选择性地附着于气泡上的浮选过程中，矿粒有选择性地附着于气泡上的 过程称为气泡的矿化。过程称为气泡的矿化。 如图矿化气泡的三种形式如图矿化气泡的三种形式 矿粒附着于由碰撞和搅拌切割而成的气泡上，形成矿化气矿粒附着于由碰撞和搅拌切割而成的气泡上，形成矿化气 泡，气泡运动

10、时，粘附的矿粒群往往聚集于气泡尾部，形成所泡，气泡运动时，粘附的矿粒群往往聚集于气泡尾部，形成所 谓矿化尾壳谓矿化尾壳 空气在水中由过饱和析出在颗粒的疏水性表面，增长和兼空气在水中由过饱和析出在颗粒的疏水性表面，增长和兼 并，析出颗粒并，析出颗粒微泡联合体微泡联合体 由若干微小气泡和许多细小颗粒构成气絮团由若干微小气泡和许多细小颗粒构成气絮团 1、煤粒与气泡的碰撞附着、煤粒与气泡的碰撞附着 煤粒与气泡的碰撞附着与浮选机中流体的流煤粒与气泡的碰撞附着与浮选机中流体的流 动状态、气泡和颗粒的大小及二者的相对运动轨动状态、气泡和颗粒的大小及二者的相对运动轨 迹等有关。粗粒与气泡附着有碰撞、水化层减薄

11、、迹等有关。粗粒与气泡附着有碰撞、水化层减薄、 水化层破裂和接触周边展开四个阶段。微细颗粒水化层破裂和接触周边展开四个阶段。微细颗粒 与气泡附着方式有两种：一是水化层破裂，形成与气泡附着方式有两种：一是水化层破裂，形成 三相接触周边；二是水化层不破裂，只要煤粒与三相接触周边；二是水化层不破裂，只要煤粒与 气泡之间距离小到一定程度，在一些复杂因素影气泡之间距离小到一定程度，在一些复杂因素影 响下，也可以相互粘附。响下，也可以相互粘附。 一、煤粒与气泡的接触方式一、煤粒与气泡的接触方式 2、湍流中颗粒所受到的脱落力、湍流中颗粒所受到的脱落力 引起颗粒脱离气泡的脱落力主要有颗粒在引起颗粒脱离气泡的脱

12、落力主要有颗粒在 煤浆中所受到的重力、涡流引起的离心力、流煤浆中所受到的重力、涡流引起的离心力、流 体的剪切力、颗粒间的冲击力和气泡滑行过程体的剪切力、颗粒间的冲击力和气泡滑行过程 中的惯性力。中的惯性力。 气体在液体中的溶解度与压强成正比，若煤浆气体在液体中的溶解度与压强成正比，若煤浆 的压强突然减小，气体的溶解度也随之下降，于是的压强突然减小，气体的溶解度也随之下降，于是 气体在煤浆中呈过饱和状态，它们就以微泡形式析气体在煤浆中呈过饱和状态，它们就以微泡形式析 离出来。离出来。 二、析出微泡与煤粒附着二、析出微泡与煤粒附着 1 1、微泡的析出过程、微泡的析出过程 微泡析出取决于以下三个因素

13、：一是煤浆中微泡析出取决于以下三个因素：一是煤浆中 初始的空气溶解度；二是煤浆降压程度；三是是否初始的空气溶解度；二是煤浆降压程度；三是是否 具有疏水性较强的固液界面。具有疏水性较强的固液界面。 2 2、微泡有利于矿化、微泡有利于矿化 （1 1）加快一般尺寸气泡与煤粒粘附的速度。）加快一般尺寸气泡与煤粒粘附的速度。 （2 2）微泡在疏水性良好的煤粒表面析出，增加了）微泡在疏水性良好的煤粒表面析出，增加了 固、液、气三相接触周边的总长度，提高了煤粒固、液、气三相接触周边的总长度，提高了煤粒 与气泡粘附的牢固性。与气泡粘附的牢固性。 （3 3）几十个甚至上百个微泡有选择性地在粗粒煤）几十个甚至上百

14、个微泡有选择性地在粗粒煤 表面生成，增加了它们的上浮能力，这必然导致表面生成，增加了它们的上浮能力，这必然导致 低灰分的粗粒煤的浮选速度提高。低灰分的粗粒煤的浮选速度提高。 （4 4）加快了微细煤粒的浮选速度。）加快了微细煤粒的浮选速度。 3 3、矿化泡沫层、矿化泡沫层 矿化泡沫层是气泡、夹水层、煤粒形成的三矿化泡沫层是气泡、夹水层、煤粒形成的三 相泡沫。矿化气泡浮至浮选机液面聚集为矿化泡相泡沫。矿化气泡浮至浮选机液面聚集为矿化泡 沫层（简称泡沫层）。沫层（简称泡沫层）。 浮选过程分为四个阶段：第一阶段为碰撞阶段，浮选过程分为四个阶段：第一阶段为碰撞阶段， 悬浮在煤浆中的煤粒与气泡接近并进行碰

15、撞；第二悬浮在煤浆中的煤粒与气泡接近并进行碰撞；第二 阶段为附着阶段，煤粒与气泡碰撞后，疏水颗粒与阶段为附着阶段，煤粒与气泡碰撞后，疏水颗粒与 气泡之间的水化层变薄、破裂，实现煤粒与气泡的气泡之间的水化层变薄、破裂，实现煤粒与气泡的 附着，或者通过微泡析出，实现煤粒与气泡的附着；附着，或者通过微泡析出，实现煤粒与气泡的附着； 第三阶段为升浮阶段，由矿化气泡形成的煤粒气泡第三阶段为升浮阶段，由矿化气泡形成的煤粒气泡 联合体在浮力作用下，上升到液面；第四阶段为泡联合体在浮力作用下，上升到液面；第四阶段为泡 沫层形成阶段，升浮到液面的泡沫形成较稳定的泡沫层形成阶段，升浮到液面的泡沫形成较稳定的泡 沫

16、层。沫层。 4 4、浮选过程、浮选过程 第三节第三节 影响煤泥可浮性的主要因素影响煤泥可浮性的主要因素 煤泥的可浮性是指通过浮选提高煤粉（泥）质煤泥的可浮性是指通过浮选提高煤粉（泥）质 量的难易程度。量的难易程度。 一、各种煤岩成分的浮选性质。一、各种煤岩成分的浮选性质。 从煤岩的组成上看，煤可分为镜煤、亮煤、暗煤从煤岩的组成上看，煤可分为镜煤、亮煤、暗煤 和丝煤。和丝煤。 镜煤和亮煤的可浮性好，暗煤可浮性居中，丝煤镜煤和亮煤的可浮性好，暗煤可浮性居中，丝煤 的可浮性最差。的可浮性最差。 二、煤的变质程度。二、煤的变质程度。 按煤的变质程度把煤分为褐煤、烟煤和无烟煤。随按煤的变质程度把煤分为褐

17、煤、烟煤和无烟煤。随 着煤变质程度的加深，性质不活泼的部分不断增加，着煤变质程度的加深，性质不活泼的部分不断增加， 即碳含量相对增加，氢氧等官能团支链随着煤分子即碳含量相对增加，氢氧等官能团支链随着煤分子 排列的规则化增强而减少，即氢含量相对减少，使排列的规则化增强而减少，即氢含量相对减少，使 煤的表面疏水性递增，煤的可浮性变好。但是，中煤的表面疏水性递增，煤的可浮性变好。但是，中 等变质程度的煤表面疏水性最高。原因是当煤变质等变质程度的煤表面疏水性最高。原因是当煤变质 程度进一步增高至无烟煤阶段，官能团支链显著减程度进一步增高至无烟煤阶段，官能团支链显著减 少，芳香核环缩合程度增高，相应的煤

18、核结构单元少，芳香核环缩合程度增高，相应的煤核结构单元 的尺寸减小，而网面间距增大。的尺寸减小，而网面间距增大。 因为煤核层面为疏水，而网面断口为亲水，所以无因为煤核层面为疏水，而网面断口为亲水，所以无 烟煤的表面疏水性低于中等变质程度的烟煤。烟煤的表面疏水性低于中等变质程度的烟煤。 三、煤表面的氧化程度。三、煤表面的氧化程度。 煤表面发生氧化后，增加了煤表面的亲水性，煤表面发生氧化后，增加了煤表面的亲水性， 使煤泥可浮性降低。使煤泥可浮性降低。 四、矿物杂质和嵌布特性。四、矿物杂质和嵌布特性。 1 1、矿物杂质、矿物杂质 煤中矿物杂质分为粘土矿物、氧化物和氢氧化煤中矿物杂质分为粘土矿物、氧化物和氢氧化 合物矿物、硫化物矿物、碳酸盐矿物、石膏和其他合物矿物、硫化物矿物、碳酸盐矿物、石膏和其他 矿物。煤中矿物杂质是煤的组成部分，它们不仅影矿物。煤中矿物杂质是煤的组成部分，它们不仅影 响煤的发热量，而且影响煤的表面化学性质。响煤的发热量，而且影响煤的表面化学性质。 按矿物杂质对浮选效果产生的影响，将它们归类按矿物杂质对浮选效果产生的影响，将它们归类 如下：（如下：（1)1)易泥化的矿物杂质（易泥化的矿物杂质（2 2）硫化物（）硫化物（3)3)受碳受碳 化程度影响的矿物杂质（化程度影响的矿物杂质（4 4）可溶性矿物杂质（）可溶性矿物杂质（5 5） 非