矿物浮选第3章浮选基本原理(3)

1、浮选的基本原理（浮选的基本原理（3）浮选中的吸附、分散与聚集浮选中的吸附、分散与聚集浮选课程浮选课程1 浮选中的吸附浮选中的吸附l吸附是在体系表面自由能降低的同时，吸附质从各吸附是在体系表面自由能降低的同时，吸附质从各体相向表面浓集的现象。体相向表面浓集的现象。l浮选中气固界面：影响疏水性浮选中气固界面：影响疏水性l浮选中气液界面：影响泡沫层的形成浮选中气液界面：影响泡沫层的形成l浮选中气固液面：浮选药剂在矿物表面的吸附浮选中气固液面：浮选药剂在矿物表面的吸附l浮选中气液液面：影响液滴的分散浮选中气液液面：影响液滴的分散1）吸附理论）吸附理论1 浮选中的吸附浮选中的吸附1）吸附理论）吸附理论（

2、1）Langmuir吸附等温方程吸附等温方程 =bp/(1+bp)或或 V=Vmbp/(1+bp)单分子吸附单分子吸附（2）Freundlish吸附等温方程吸附等温方程V=Kp1/n不均匀表面的多分子吸附，浮选中应用较多。不均匀表面的多分子吸附，浮选中应用较多。（3）BET吸附等温方程吸附等温方程（4）Temkin吸附等温方程吸附等温方程1 浮选中的吸附浮选中的吸附2）浮选药剂在矿物）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类水溶液界面吸附分类（1）按吸附物形态）按吸附物形态l分子吸附分子吸附l离子吸附离子吸附l半胶束吸附半胶束吸附l捕收剂及其反应产物的吸附。捕收剂及其反应产物的吸附。1 浮选中的吸附

3、浮选中的吸附2）浮选药剂在矿物）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类水溶液界面吸附分类（1）按吸附物形态）按吸附物形态l分子吸附分子吸附l离子吸附离子吸附l半胶束吸附半胶束吸附l捕收剂及其反应产物的吸附。捕收剂及其反应产物的吸附。1 浮选中的吸附浮选中的吸附2）浮选药剂在矿物）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类水溶液界面吸附分类当阴离子表面活性剂浓度较低时，离子完全靠静电力吸附在双电层外层，当阴离子表面活性剂浓度较低时，离子完全靠静电力吸附在双电层外层，起配衡离子作用，因此又称为起配衡离子作用，因此又称为“配衡离子吸附配衡离子吸附”。在浓度较高时，表面活。在浓度较高时，表面活性剂离子的烃链相互作

4、用，形成半胶束状态，产生性剂离子的烃链相互作用，形成半胶束状态，产生半胶束吸附半胶束吸附。2 exp()oadsiGrcRT 1 浮选中的吸附浮选中的吸附2）浮选药剂在矿物）浮选药剂在矿物-水溶液界面吸附分类水溶液界面吸附分类（1）药剂浓度很低时，表面活性剂仅为配衡离子吸附，只）药剂浓度很低时，表面活性剂仅为配衡离子吸附，只有静电力吸附自由能；有静电力吸附自由能；（2）若浓度已达到半胶束浓度程度，还应包括烃链间的分）若浓度已达到半胶束浓度程度，还应包括烃链间的分子键合自由能；子键合自由能；（3）若表面活性剂与氧化物间有化学活性，还应包括化学）若表面活性剂与氧化物间有化学活性，还应包括化学吸附自

5、由能。吸附自由能。 oelecG2oCHGochemG2ooooadselecchemCHGGGG 2 矿物溶解对浮选过程的影响矿物溶解对浮选过程的影响u矿浆矿浆pH值及其缓冲性质值及其缓冲性质氧化物矿物、硫化物矿物溶解后溶液氧化物矿物、硫化物矿物溶解后溶液pH值一般无影响值一般无影响大多数盐类矿物的溶解使溶液大多数盐类矿物的溶解使溶液pH值发生变化。值发生变化。 u 矿物溶解度大小与可浮性矿物溶解度大小与可浮性水化能大的，其溶解度大，矿物亲水性大，可浮性差。水化能大的，其溶解度大，矿物亲水性大，可浮性差。硫化矿，溶解度小，具有天然可浮性；硫化矿，溶解度小，具有天然可浮性；氧化矿，溶解度大，没

6、有天然可浮性。氧化矿，溶解度大，没有天然可浮性。2 矿物溶解对浮选过程的影响矿物溶解对浮选过程的影响u矿物溶解离子的活化作用矿物溶解离子的活化作用l金属离子对黄铁矿的活化金属离子对黄铁矿的活化 l金属离子对闪锌矿的活化金属离子对闪锌矿的活化 Cu2+、Ag+离子的活化作用强，离子的活化作用强，Pb2+、Cd2+离子的活化作用小。离子的活化作用小。 202exp()MeGZnRT202exp()MeGFeRTCu、Pb、Cd、Ag等硫化物溶解产生的金属离子能活化闪锌矿。等硫化物溶解产生的金属离子能活化闪锌矿。22MeZnSMeSZn2202MeFeSMeSFeS2 矿物溶解对浮选过程的影响矿物溶

7、解对浮选过程的影响u矿物溶解离子对捕收剂作用的影响矿物溶解离子对捕收剂作用的影响 l竞争吸附竞争吸附 n矿物溶解离子与同电性捕收剂离子在矿物表面发生竞争吸附。矿物溶解离子与同电性捕收剂离子在矿物表面发生竞争吸附。n竞争吸附不利于捕收剂在矿物表面的吸附。竞争吸附不利于捕收剂在矿物表面的吸附。 l沉淀捕收剂沉淀捕收剂 n溶解的矿物阳离子在溶液中可以同捕收剂阴离子形成盐沉淀。溶解的矿物阳离子在溶液中可以同捕收剂阴离子形成盐沉淀。n消耗捕收剂，增大药剂用量消耗捕收剂，增大药剂用量 。 2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集l分散状态：悬浮液中微细粒子呈悬

8、浮状态，且各个分散状态：悬浮液中微细粒子呈悬浮状态，且各个颗粒可自由运动。颗粒可自由运动。l聚集状态聚集状态 ：悬浮液中微细粒子相互粘附团聚，团粒：悬浮液中微细粒子相互粘附团聚，团粒尺寸变大尺寸变大 。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集l凝结：在某些无机盐（石灰、明矾）作用下，矿浆中的微细矿凝结：在某些无机盐（石灰、明矾）作用下，矿浆中的微细矿粒形成凝块的现象。主要机理是外加电解质消除了表面电荷，粒形成凝块的现象。主要机理是外加电解质消除了表面电荷，压缩双电层的结果。（压缩双电层的结果。（a）l絮凝：主要是用高分子絮凝剂（淀粉）通过桥联作用，

9、把矿浆絮凝：主要是用高分子絮凝剂（淀粉）通过桥联作用，把矿浆中的微细矿粒联结成一种松散的、网络状的聚集状态。中的微细矿粒联结成一种松散的、网络状的聚集状态。 （b）l团聚：在矿浆中加入非极性油后，使矿浆中的微细矿粒聚集于团聚：在矿浆中加入非极性油后，使矿浆中的微细矿粒聚集于油相中形成团，或则由于气泡拱招，使矿粒聚集成团的现象。油相中形成团，或则由于气泡拱招，使矿粒聚集成团的现象。 （c）2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集u桥联作用桥联作用 高分子絮凝剂以自己

10、的活性基团与粒子起作用，象架桥一样，高分子絮凝剂以自己的活性基团与粒子起作用，象架桥一样，搭在两个或多个粒子上，并从而将粒子联接形成絮凝团。搭在两个或多个粒子上，并从而将粒子联接形成絮凝团。 u絮凝剂的键合作用方式絮凝剂的键合作用方式 l静电键合静电键合 l氢健健合氢健健合 l共价键合共价键合 2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集u选择性絮凝选择性絮凝 在含有两种或多种矿物组分的悬浮液中加入絮凝剂，在含有两种或多种矿物组分的悬浮液中加入絮凝剂，由于各种矿物对絮凝剂助作用不同，絮凝剂将选择性由于各种矿物对絮凝剂助作用不同，絮凝剂将选择性地吸附于某

11、种组分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其地吸附于某种组分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其余矿物仍保持稳定的分散状态，从而达到分离的目的。余矿物仍保持稳定的分散状态，从而达到分离的目的。 u矿物选择性絮凝的五个阶段矿物选择性絮凝的五个阶段 : 分散分散 加药加药吸附吸附选择性絮凝选择性絮凝沉降分离沉降分离2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集1）微细矿粒的分散与聚集）微细矿粒的分散与聚集u选择性絮凝的分离形式选择性絮凝的分离形式l浮选选择性絮凝，脱除细粒脉石在，絮凝沉淀物进浮选选择性絮凝，脱除细粒脉石在，絮凝沉淀物进行浮选分离行浮选分离-絮凝脱泥浮选絮凝脱泥浮选l选择性絮凝后用浮选法浮去被絮凝的无用

12、脉石矿物，选择性絮凝后用浮选法浮去被絮凝的无用脉石矿物，然后再浮选呈分散状态的有用矿物然后再浮选呈分散状态的有用矿物-预先絮凝浮选脱预先絮凝浮选脱泥泥l在浮选过程中用絮凝剂絮凝脉石，然后浮选有用矿物在浮选过程中用絮凝剂絮凝脉石，然后浮选有用矿物l在浮选前进行粗细粒分级，粗粒浮选，细粒进行选择性在浮选前进行粗细粒分级，粗粒浮选，细粒进行选择性絮凝。絮凝。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 DLVO理论作为经典的胶体化学理论之一，一直以来理论作为经典的胶体化学理论之一，一直以来被用来解释胶体的凝聚与分散现象，后被用来解释颗粒之被用来解释胶

13、体的凝聚与分散现象，后被用来解释颗粒之间的相互作用。它是基于胶体或颗粒间的静电力（间的相互作用。它是基于胶体或颗粒间的静电力（VER）和范德华力（和范德华力（VWA）的加和，在此基础上来预测胶体或颗）的加和，在此基础上来预测胶体或颗粒之间的存在状态的，即粒之间的存在状态的，即 VT=VER+VWA 当当VT0时，胶体或颗粒以分散（稳定）状态存在；时，胶体或颗粒以分散（稳定）状态存在； 当当VT10, R210的情形、异凝聚体系及气泡与矿粒间的情形、异凝聚体系及气泡与矿粒间相互作用的静电力的计算。相互作用的静电力的计算。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用

14、的DLVO理论理论 u范德华相互作用（Lifshitz-Van-der-Waals Force）-VWA l 极性分子的范德华相互作用由三部分组成：诱导作用极性分子的范德华相互作用由三部分组成：诱导作用(Induction)、定向作、定向作用（用（Orientation）及色散作用）及色散作用(Dispersion)。除了尺寸很小的强极性分子，如。除了尺寸很小的强极性分子，如水分子等，大多数分子之间均以色散作用为主。当两个分子中一个为极性分水分子等，大多数分子之间均以色散作用为主。当两个分子中一个为极性分子，另一个为非极性分子时，分子间的作用也主要表现为色散作用。子，另一个为非极性分子时，分子

15、间的作用也主要表现为色散作用。l 对于非极性分子，范德华作用的来源是瞬时偶极矩，它是原子中的电子相对于非极性分子，范德华作用的来源是瞬时偶极矩，它是原子中的电子相对于原子核的瞬时位置偏折而产生的。瞬时偶极矩产生电场，引起周围中性对于原子核的瞬时位置偏折而产生的。瞬时偶极矩产生电场，引起周围中性原子极化产生偶极矩，导致二者相吸，此时范德华作用就是色散作用一项。原子极化产生偶极矩，导致二者相吸，此时范德华作用就是色散作用一项。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 由于颗粒的范德华作用是多个原子（分子）之间的集合作由于颗粒的范德华作用是多个原

16、子（分子）之间的集合作用，因而其表现形式与单个原子相比有很大不同。假定颗粒中用，因而其表现形式与单个原子相比有很大不同。假定颗粒中所有原子间的作用具有加和性，那么便可求出不同几何形状的所有原子间的作用具有加和性，那么便可求出不同几何形状的颗粒间的范德华作用能。颗粒间的范德华作用能。（a）厚度为）厚度为的二块厚板间的二块厚板间222221112HHHAVWA式中式中A为物体在真空中的为物体在真空中的Hamaker常数。常数。当当时，时，212HAVWA2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 （b）半径为）半径为R1及及R2的两球间：的两球间

17、：)(62121RRRRHAVWA当当R1=R2时时HARVWA122 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 （c）半径为）半径为R的球和无限的厚板间：的球和无限的厚板间：HARVWA62 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 u同相凝聚同相凝聚当粒子的表面电位符号和大小当粒子的表面电位符号和大小都相同，即都相同，即1=2=时所产生时所产生的凝聚现象的凝聚现象 2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集2）微粒间相互作用的）微粒间相互作用的DLVO理论理论 u异相凝聚异相凝聚表面电位不同表

18、面电位不同(符号或数值不符号或数值不同同)的异类粒子的凝聚的异类粒子的凝聚 2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论 EDLVO理论不仅考虑了颗粒间相互作用的静电力和范理论不仅考虑了颗粒间相互作用的静电力和范德华力，还考虑了其它一些因浮选剂的加入而产生的力，德华力，还考虑了其它一些因浮选剂的加入而产生的力，其形式可表述如下：其形式可表述如下： VEDT=VER+VWA+VHR+VHA+VSR+VMA+VHD 当当VEDT0时，颗粒间相互作用为排斥；时，颗粒间相互作用为排斥； 当当VEDT0时，颗粒间相互作用为吸引。时，颗粒间相互作用为吸引。 式中式中VER和和VW

19、A已在上节作了详细讨论，下面将分别已在上节作了详细讨论，下面将分别就其它各种相互作用力进行介绍就其它各种相互作用力进行介绍 。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论 u水化斥力水化斥力(Hydration Repulsive Force)-VHR式中，式中，V0HR为相互作用能量常数，与表面润湿性有关；为相互作用能量常数，与表面润湿性有关；h0为衰为衰减长度。减长度。当矿物表面吸附有阳离子，或吸附有含亲水基团（当矿物表面吸附有阳离子，或吸附有含亲水基团（-OH、PO3-4、-N（CH3）-3、-CONH2、-COOH等）的有机物，或者由于矿物表面极性区对邻近水分

20、子的等）的有机物，或者由于矿物表面极性区对邻近水分子的极化作用，会形成水化膜。当两矿物粒子接近时，产生很强的水化斥力，其极化作用，会形成水化膜。当两矿物粒子接近时，产生很强的水化斥力，其强度取决于破坏水分子的有序结构，使吸附的阳离子或有机物极性基去水化强度取决于破坏水分子的有序结构，使吸附的阳离子或有机物极性基去水化(Dehydration)所需能量。众多的实验研究表明，对于半径为所需能量。众多的实验研究表明，对于半径为R的球形粒子，的球形粒子，相互作用的水化排斥能为：相互作用的水化排斥能为：000exphHVRhVHRHR2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论

21、 u水化斥力水化斥力(Hydration Repulsive Force)-VHR在实际浮选体系中，亲水性矿物表面，或吸附有抑制剂的矿物表在实际浮选体系中，亲水性矿物表面，或吸附有抑制剂的矿物表面，或者难免离子（面，或者难免离子（Ca2+、Mg2+等）在矿物表面的吸附，都将不等）在矿物表面的吸附，都将不可避免地使矿物表面产生水化斥力。对于大分子抑制剂，如淀粉、可避免地使矿物表面产生水化斥力。对于大分子抑制剂，如淀粉、单宁、木质素等，由于其含有大量亲水基团，吸附有这些抑制剂单宁、木质素等，由于其含有大量亲水基团，吸附有这些抑制剂的矿物表面的水化斥力作用范围预计可以达到几十甚至上百纳米，的矿物表面

22、的水化斥力作用范围预计可以达到几十甚至上百纳米，阻止矿粒之间的凝聚或矿粒与气泡间的粘附，从而对矿物浮选产阻止矿粒之间的凝聚或矿粒与气泡间的粘附，从而对矿物浮选产生抑制作用。生抑制作用。 2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论 u疏水力疏水力(Hydrophobic Attractive Force)VHAl疏水作用是在水中发生的颗粒间的吸引作用，它的作用距离较短，发生在疏水作用是在水中发生的颗粒间的吸引作用，它的作用距离较短，发生在10-25mm的间距内。但是它的作用能很大，通常比颗粒间静电作用能及分子的间距内。但是它的作用能很大，通常比颗粒间静电作用能及分子作

23、用能大作用能大10-100倍。倍。 由于非极性表面（疏水表面）同水分子的作用很弱，主由于非极性表面（疏水表面）同水分子的作用很弱，主要表现为弱的色散作用。要表现为弱的色散作用。l矿粒进入水中引起周围水分子间的键合断裂，取而代之的是表面同水分子矿粒进入水中引起周围水分子间的键合断裂，取而代之的是表面同水分子的色散作用。的色散作用。 为了补偿断键的不饱和能量，界面水分子之间有增加彼此缔合为了补偿断键的不饱和能量，界面水分子之间有增加彼此缔合程度的趋势，表现为界面水的簇团中水分子数增加以及簇团内部或界面水的程度的趋势，表现为界面水的簇团中水分子数增加以及簇团内部或界面水的缔合氢键的弯曲或自身闭合。总

24、之，显著增强界面水的结构化，形成所谓的缔合氢键的弯曲或自身闭合。总之，显著增强界面水的结构化，形成所谓的“立法状笼架结构立法状笼架结构”。显然，这是一种熵值减不上的过程。显然，这是一种熵值减不上的过程。2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论 u疏水力疏水力(Hydrophobic Attractive Force)VHA有关疏水相互作用的起因，大体上可归纳成以下几种：有关疏水相互作用的起因，大体上可归纳成以下几种： 疏水力很强，形成了疏水键；疏水力很强，形成了疏水键； 疏水效应是体系的熵变，起因于疏水表面水分子的结构重排。疏水效应是体系的熵变，起因于疏水表面水分

25、子的结构重排。当两表面接近时，水分子进一步结构重排导致疏水相互作用，作当两表面接近时，水分子进一步结构重排导致疏水相互作用，作用范围比任何键都大；用范围比任何键都大； 疏水相互作用是一种短程力，主要是氢键作用；疏水相互作用是一种短程力，主要是氢键作用； 宏观物体疏水相互作用归因于疏水表面水化膜的亚稳定性；宏观物体疏水相互作用归因于疏水表面水化膜的亚稳定性； 早年还有人认为疏水相互作用，本质上仍是范德华力。早年还有人认为疏水相互作用，本质上仍是范德华力。 目前普遍认为，疏水引力与作用距离之间有如下所示的关系：目前普遍认为，疏水引力与作用距离之间有如下所示的关系：2 浮选中的分散与聚集浮选中的分散与聚集3）扩展）扩展DLVO理论理论 u疏水力疏水力(Hydrophobic Attractive Force)VHAl 半径为半径为R1及及R2的两球形矿粒间：的两球