矿物加工工程浮选2(双语,2016版)

1、 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2. Fundamentals of flotation Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.1 矿物表面的润湿性与可浮性2.2 可浮性指数(粘附功)2.3 矿物表面能和极化作用2.4 矿物表面的水化作用2.5 矿物的内部结构与自然可浮性2.6 矿物在水中的溶解与氧化2.7 两相界面双电层2.8 矿物表面的吸附2.9 实际矿物的晶体特征 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.1 矿物表面的润湿性与可浮性1）润湿性(

2、Wettability)和润湿过程水水水水润湿不润湿石英是亲水性(hydrophilic)物质,辉钼矿是疏水性(hydrophobic)物质。润湿现象决定矿粒与气泡发生碰撞时能否附着于其上，并被浮游。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: Prof. Yin Wanzhong telEmail:润湿过程润湿过程 W固气水气固水W固 气固 水W固气固水水气 Prof. Yin Wanzhong telEmail:a 沾湿沾湿 Prof. Yin Wanzhong telEm

3、ail:b 铺展铺展 Prof. Yin Wanzhong telEmail:c 浸没浸没 Prof. Yin Wanzhong telEmail:使每个连续阶段成为可能的必要条件是：由阶段到阶段 SG + LG SL 由阶段到阶段 SG SL 由阶段到阶段 SG LG + SL如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此浸没润湿的主要条件是： SG -SL LG所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:Importance of wettability: For

4、the solid particles to float, their surface must be hydrophobic, i.e., wetted only partially by water. The contact angle is a good measure of the surface hydrophobicity. Prof. Yin Wanzhong telEmail:2）润湿性的评价(Appreciation of wettability)The contact angle can be related with the interfacia

5、l tensions at the solid-air( SA),solid-water ( SW) and water-air( WA) interfaces at equilibrium as in figure: SA= SW+ WACOS (Youngs equation)OrThe force required to break the particle bubble interface is called the work of adhesion, WSA,and is equal to the work required to separated the solid-air in

6、terface and produce separate air-water and solid water interfaces, i.e. WSA= WA+ SW- SACombining with the young equation gives WSA= WA(1-COS )WASWSAcos Prof. Yin Wanzhong telEmail:水水气气固固水气固水固气评价方法：接触角（或cos ）三相接触点：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相都存在的点。润湿周边：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相接触线。接触角 ：规定固水与水气二个界面张力所包的角。

7、平衡时：固气= 固水+ 水气cos水气固水固气cos杨氏方程 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 0Fy(1) 0Fx由（2）得： sl+ glcos- sg0(2)glslsgcoslsgXM sg gl sl Prof. Yin Wanzhong telEmail:气体液体LG固体SG气体液体LG固体SG气体液体LG固体SG气体液体LG固体SG气体液体LG固体SG Prof. Yin Wanzhong telEmail:3）接触角的常用测定方法躺滴法和气泡法躺滴法和气泡法 粉末润湿性测定粉末

8、润湿性测定 Prof. Yin Wanzhong telEmail:4）接触角与润湿性和浮选的关系：(Relation of contact angle, wettability and flotation) 接触角是反映矿物表面亲水性与疏水性强弱程度的一个物理量，接触角越大，矿物表面亲水性越弱，气泡越易排开矿物表面的水化膜，矿物在气泡表面的附着稳固，因而越易浮选。The contact angle increased with the degree of hydrophobicityParticles of higher hydrophobicity are mor

9、e readily picked up bystatic bubbles. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 润湿性指标(Wettability index)：cos 可浮性指标(Flotability index) ：1-cos 接触角 越大，润湿性指标cos 越小，即润湿性越小，可浮性指标1-cos 越大，即矿物可浮性越好。 如辉钼矿(molybdenite) 60 方铅矿(gelena) 47 方解石(calcite) 20 云 母(mica) 0 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 图图a

10、 a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开，表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开， 值近于零。值近于零。 图图b b表示，当表示，当 90W2，即粘着过程体系自由能是降低的，即矿物粒在气泡上的粘着是一个自发过程，且W越大，附着的可能性越大； 2）上式未考虑矿粒附着于气泡的中间过程，故只能定性分析。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.3 矿物表面能(Surface energy)和极化作用(polarization) Some energy exists at surfaces, it is the unbalanced

11、bond energy. For example, balance of bonding energy inside the phase and at interface. Increasing surface area needs work to be done, i.e., work must be done to break down a solid (to produce some new surface) or to extend a liquid surface. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 矿物实际上都是晶体(crystal

12、)，是原子(atom)、分子(molecule)和离子(ion)在空间以一定键联系起来，并进行排列。矿物内部键能是平衡的，但表面原子、分子或离子朝向内部的一方与内层是平衡的，但朝向外部的一方，键能没有得到饱和。故表面不饱和键的性质决定了矿物的润湿性，进而决定了矿物的可浮性。 矿物表面的离子能发生极化现象，离子价数越高，离子半径越小，极化越难。因此负离子较易极化，阳离子较难极化。不同矿物表面极性不同，导致与极性水分子(polar water molecule)的作用程度不同，使润湿性存在差异。当表面是离子键(ionic bond)或共价键(coovalent bond)时，由于极性强，易于极性水

13、分子发生作用，故亲水，表面是分子键(molecular bond)时，极性小，与极性水分子的作用弱，故表面疏水。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:矿物表面的极性与水分子的作用程度润湿性举例强极性的共价键和离子键极强亲水性云母、石英、长石部分补偿的共价键强弱亲水性-弱疏水性方铅矿、黄铜矿、黄铁矿弱极性的分子键弱疏水性滑石、叶腊石、辉铜矿非极性的分子键极弱疏水性自然硫、石蜡Relation between polarity and wettability of minerals surface Prof. Yin Wanzhong tel:1360

14、4920519 Email:极性矿物的分类1组组(弱极性弱极性)2组组3(a)组组4组组5组（强极性）组（强极性）方铅矿方铅矿重晶石重晶石白铅矿白铅矿赤铁矿赤铁矿锆锆 石石铜铜 蓝蓝硬石膏硬石膏孔雀石孔雀石磁铁矿磁铁矿硅锌矿硅锌矿斑铜矿斑铜矿石膏石膏蓝铜矿蓝铜矿针铁矿针铁矿异极矿异极矿辉铜矿辉铜矿硫酸铅矿硫酸铅矿钼铅矿钼铅矿铬铁矿铬铁矿绿柱石绿柱石黄铜矿黄铜矿钛铁矿钛铁矿长长 石石辉锑矿辉锑矿3(b)组组刚刚 玉玉硅线石硅线石辉银矿辉银矿萤萤 石石软锰矿软锰矿石榴石石榴石辉铋矿辉铋矿方解石方解石褐铁矿褐铁矿石石 英英针镍矿针镍矿碳酸钡矿碳酸钡矿硼硼 砂砂辉钴矿辉钴矿菱镁矿菱镁矿黑钨矿黑钨矿毒毒

15、 砂砂白云石白云石铌铁矿铌铁矿黄铁矿黄铁矿磷灰石磷灰石钽铁矿钽铁矿闪锌矿闪锌矿白钨矿白钨矿金红石金红石雌雌 黄黄菱锌矿菱锌矿锡锡 石石镍黄铁矿镍黄铁矿菱锰矿菱锰矿雄雄 黄黄菱铁矿菱铁矿自然金、铂、银、自然金、铂、银、铜铜独居石独居石 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.4 矿物表面的水化作用(Hydration) 矿物在水中，表面与极性水分子(polar water molecule)发生水化作用(hydration)，使矿物表面不饱和键力得到一定补偿。 水化作用的强弱与矿物表面不饱和键(undersaturation)的性质和极性的强弱密切相

16、关。 放于水中的矿物由于不饱和键力或极性的影响吸引偶极(dipole)水分子，使极性水分子在矿物表面产生定向、密集的有序排列，这种界面水就称为矿物表面的水化膜（水化层）(hydrated layer)。 极性矿物表面，水分子受强静电(electrostatic)、氢键(hydrogen bond)及偶极作用，这种作用远超过水分子间的氢键作用，迫使部分氢键断开，在矿物表面形成一个水分子的定向、密集的有序排列。这种作用较强，可达几千、几万个水分子。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 非极性(nonpolar)表面，水分子在矿物表面发生诱导效应(in

17、duction effect)、分散效应(dispersion effect) ，这种作用较弱。 水化层性质：水分子作定向、密集排布，粘度高，稳定性好。 水化层厚度与矿物的润湿性成正比，亲水性矿物水化层的厚度较厚，可达10-3厘米，疏水性矿物表面水化膜的厚度薄，只有10-610-7厘米。 水化膜示意图水化膜示意图a疏水性矿物（如辉钼矿），表面呈弱键，水化膜薄；疏水性矿物（如辉钼矿），表面呈弱键，水化膜薄；b亲水性矿物（如石英），表面呈强键，水化膜厚亲水性矿物（如石英），表面呈强键，水化膜厚 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.5 矿物的内部结构

18、(structure)与自然可浮性(nature flotability) 化学组成、晶体结构表面极性和不饱和键的性质表面润湿性可浮性晶体结构特征断裂面键的特征表面润湿性代表矿物水中接触角天然可浮性晶格质点间以弱分子键相联系分子键小自然硫Native sulphur78好晶格由原子或离子层构成，层间原子间以强键结合，层与层间是分子键。以分子键为主，同时存在少量强键中滑石 talc石墨 graphite辉钼矿 molybdenite696060中晶格有各种不同的结构，晶格质点间以强键结合强键（离子键、共价键和金属键）大方铅矿 galena萤石 fluorite黄铁矿 pyrite重晶石 bari

19、te方解石 calcite4741303020差 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 矿物浮选的晶体化学原理：矿物浮选的晶体化学原理：是指矿物晶体化学特征是指矿物晶体化学特征与表面特性和可浮性之间的关系。与表面特性和可浮性之间的关系。化学组成晶体结构元素赋存状态晶格缺陷晶格置换表面电性表面键不饱和性表面润湿性表面自由能表面解离特性自然可浮性药剂吸附特性矿物交互影响活化、抑制去活、解抑晶格化学键晶体化学特征表面特性可浮性 Prof. Yin Wanzhong telEmail:矿物的价键类型矿物的价键类型价键类型价键类型举

20、例举例离子键或离子晶格离子键或离子晶格萤石、方解石、白铅矿、铅矾、萤石、方解石、白铅矿、铅矾、孔雀石、闪锌矿和岩盐等孔雀石、闪锌矿和岩盐等共价键或共价晶格共价键或共价晶格金刚石、石英、金红石、锡石等金刚石、石英、金红石、锡石等分子键或分子晶格分子键或分子晶格硫、石墨、辉钼矿等硫、石墨、辉钼矿等金属键或金属晶格金属键或金属晶格自然铜、金等自然铜、金等 Prof. Yin Wanzhong telEmail:Relation between polarity and wettability of minerals surface类类 别别表面性表面性质质分子键，非分子键，

21、非极性极性表面表面共价键，部分金属共价键，部分金属键和键和离子键离子键离子键，极离子键，极性性表面表面多种键型，极性多种键型，极性表面表面氧化易溶，氧化易溶，极性极性表面表面表面极易表面极易溶解溶解润湿性润湿性小小较小较小较大较大大大大大大大所包含所包含的主要的主要矿物矿物硫、石墨、硫、石墨、煤、滑石、煤、滑石、辉钼矿、金、辉钼矿、金、银、铂银、铂黄铜矿、辉铜矿、黄铜矿、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿、黝铜蓝、斑铜矿、黝铜矿、斜方硫砷铜铜矿、斜方硫砷铜矿、砷黝铜矿、方矿、砷黝铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、铁矿、磁黄铁矿、砷黄铁矿、镍黄铁砷黄铁矿、镍黄铁矿、针硫镍矿、砷矿、针硫镍

22、矿、砷镍矿、硫化钴矿、镍矿、硫化钴矿、辉砷钴矿、雄黄、辉砷钴矿、雄黄、雌黄、毒砂、辉锑雌黄、毒砂、辉锑矿、辉铋矿、矿、辉铋矿、 辰砂辰砂萤石、白钨萤石、白钨矿、磷灰石、矿、磷灰石、方解石、白方解石、白云石、重晶云石、重晶石、菱镁石石、菱镁石赤铁矿、针铁矿、赤铁矿、针铁矿、磁铁矿、褐铁矿、磁铁矿、褐铁矿、软锰矿、菱锰矿、软锰矿、菱锰矿、黑钨矿、钛铁矿、黑钨矿、钛铁矿、钽铁矿、铌铁矿、钽铁矿、铌铁矿、金红石、锆英石、金红石、锆英石、绿柱石、锡石、绿柱石、锡石、锂辉石、石英、锂辉石、石英、电气石、蓝晶石、电气石、蓝晶石、高岭石、铝土矿、高岭石、铝土矿、刚玉刚玉孔雀石、蓝孔雀石、蓝铜矿、赤铜铜矿、赤铜

23、矿、硅孔雀矿、硅孔雀石、白铅矿、石、白铅矿、铅钒、钼铅铅钒、钼铅矿、菱锌矿、矿、菱锌矿、异极矿异极矿硼砂、岩硼砂、岩盐、钾盐盐、钾盐 Prof. Yin Wanzhong telEmail:矿物的表面键能与天然可浮性矿物的表面键能与天然可浮性 浮选所遇到的矿物断裂面，具有不饱和的键能，能与水浮选所遇到的矿物断裂面，具有不饱和的键能，能与水偶极的作用，将决定矿物的天然可浮性。偶极的作用，将决定矿物的天然可浮性。沿较弱的分子键层面断裂的矿物，其表面是弱的分子键沿较弱的分子键层面断裂的矿物，其表面是弱的分子键，对水分子引力小，为非极性矿物，可浮性好；，对水分子引力小，为非极

24、性矿物，可浮性好；内部结构属于离子晶格或共价晶格的矿物，矿物断裂面内部结构属于离子晶格或共价晶格的矿物，矿物断裂面呈现原子键或离子键，具有较强的偶极作用或静电力，呈现原子键或离子键，具有较强的偶极作用或静电力，因而亲水，可浮性小；因而亲水，可浮性小；实现矿物的浮选依靠人为改变矿物的可浮性。实现矿物的浮选依靠人为改变矿物的可浮性。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:天然可浮性天然可浮性 代表性矿物代表性矿物结晶构造结晶构造天然可浮性天然可浮性代表性矿物代表性矿物结晶构造结晶构造好好(1) (1) 石石 蜡蜡分子结晶分子结晶差差(7) (7) 自然铜

25、自然铜金属结晶金属结晶(2) (2) 自然硫自然硫(8) (8) 方铅矿、黄铁矿方铅矿、黄铁矿共价及金属结晶共价及金属结晶中中(3) (3) 滑滑 石石离子结晶及层状结构离子结晶及层状结构(9) (9) 萤萤 石石离子结晶离子结晶(4) (4) 辉钼矿辉钼矿共价结晶及层状结构共价结晶及层状结构(10) (10) 重晶石重晶石离子结晶离子结晶(5) (5) 石石 墨墨片状结晶片状结晶(11) (11) 石石 英英架状结构架状结构(6) (6) 叶蜡石叶蜡石共价结晶及层状结构共价结晶及层状结构(12) (12) 云云 母母层状结构层状结构矿物天然可浮性分类矿物天然可浮性分类 Prof. Yin W

26、anzhong telEmail:各类结构硅酸盐矿物晶体化学特征的比较各类结构硅酸盐矿物晶体化学特征的比较 硅酸盐矿物结构硅酸盐矿物结构类型类型岛状结构岛状结构环状结构环状结构链状结构链状结构层状结构层状结构架状结构架状结构基本结构单元基本结构单元SiO44-Si2O76-SiO3n2n-Si2O5n2n (n3)SiO3n2n- (n2)Si4O11n2n (n1)Si2O5n2n- (n2)SiO2(Al,Si)O2结构中共用氧的结构中共用氧的角顶数角顶数无共用氧或共无共用氧或共用用1个氧个氧单层环共用两氧单层环共用两氧双层环共用三氧双层环共用三氧单链共用两个氧单

27、链共用两个氧双链共用三个氧双链共用三个氧共用三个氧共用三个氧共用四个氧共用四个氧结构中阳离子类结构中阳离子类型型高电价、低配高电价、低配位的阳离子位的阳离子各种离子形式都存在各种离子形式都存在 各种离子形式如存在各种离子形式如存在各种离子形式都各种离子形式都存在存在为低电价、为低电价、高配位的阳高配位的阳离子离子结构中结构中Al对对Si的取的取代程度代程度 很少取代很少取代部分取代部分取代单链部分取代单链部分取代双链最多能取代双链最多能取代1/42:1型取代普遍，型取代普遍，最高达最高达20%，1:1型取代很少。型取代很少。取代普遍，取代普遍，最高可取代最高可取代50%举例举例铁铝石榴子石铁铝

28、石榴子石绿柱石绿柱石锂辉石锂辉石普通角闪石普通角闪石锂云母锂云母长石长石 Prof. Yin Wanzhong telEmail:铁铝石榴子石铁铝石榴子石(岛状岛状)Si-OFe-OAl-OMn+/O2-=1.04:1PZC=46 Prof. Yin Wanzhong telEmail:绿柱石（环状）绿柱石（环状）Si-OAl-OBe-OMn+/O2-=0.36:1PZC=2.53.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:锂辉石锂辉石(单链结构单链结构)Si-OAl-OLi-OMn+/O2-=0.

29、37:1PZC=1.54.0 Prof. Yin Wanzhong telEmail:普通角闪石普通角闪石(双链结构双链结构)Si-OAl-OM-OMn+/O2-=0.58:1PZC=3.05.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:锂云母（层状）锂云母（层状）Si-OAl-OK-OMn+/O2-=0.34:1PZC=0.63.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:高岭石 叶蜡石 1.00nmcaxis(2 2 X)K + 2 X H2O6 O3 Si + Al(2 2 X)

30、(OH) + 4 O + XH2O(2 2 X)(OH) + 4 O + XH2O4 Al3 Si + Al6 Ob axis 95.5伊利石 矿物矿物种类种类键的键的类型类型自然自然pH下下接触角接触角层间静电能层间静电能/kJ/mol） 高岭石高岭石氢氢 键键12o146.54伊利石伊利石离子键离子键10o133.98叶腊石叶腊石分子键分子键48o27.21铝硅酸盐矿物（铝硅酸盐矿物（001001）晶面断裂键型与键数）晶面断裂键型与键数铝硅酸盐矿物各晶面断裂铝硅酸盐矿物各晶面断裂Si-OSi-O键数键数矿物矿物种类种类单位晶面断裂单位晶面断裂Si-O键数键数nm-2 010110100高岭

31、石高岭石2.732.643.04伊利石伊利石2.902.893.33叶腊石叶腊石4.244.124.82用常规阳离子捕收剂，不同铝硅酸盐矿物表面润湿性与可浮性差异大用常规阳离子捕收剂，不同铝硅酸盐矿物表面润湿性与可浮性差异大 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 246810120204060 kaolinite pyrophyllite illiteContact Angle (degree)pH 铝硅酸盐矿物表面接触角与铝硅酸盐矿物表面接触角与pHpH的关系的关系 Prof. Yin Wanzhong telEmail

32、:石英（架状）石英（架状）Si-OMn+/O2-=0.07:1PZC=1.52.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:微斜长石（架状）微斜长石（架状）Si-OAl-OK-OMn+/O2-=0.28:1PZC=1.52.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail: Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.6 矿物在水中的溶解(dissolution)与氧化(oxidation) 矿物在水中要受到氧化和水化作用，导致矿物晶格内部键能削弱、破坏，从而使表面一些离子溶

33、解下来。这些离子与水中固有的离子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等，统称为“难免离子” (unavoidable ion) 难免离子对浮选的影响： 使用脂肪酸(fatty acid)类捕收剂时， Ca2+、Mg2+等离子与捕收剂反应生成沉淀；多金属分离时，Cu2+对闪锌矿的活化；季节性变化时，一些积雪融化带来的腐烂植物的分解产物对浮选要产生影响。 消除难免离子影响的方法： 水的软化；控制充气氧化条件；控制磨矿时间和细度；调节pH值，使某些难免离子形成不溶性沉淀物。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.7 两相

34、界面双电层(Electrical double layer) A mineral particle in aqueous solution invariably has an electrical charge and an electrical double layer if formed at the solid/liquid interface. 浮选主要涉及固液界面，故称两相界面。 1）矿物表面荷电起源(Origins of the charge) 矿物表面组分的选择性解离或溶解作用(Preferential or unequal dissolution of lattice ions

35、)Ca2+Ca2+F-F-F-F-Ca2+Ca2+H2O(H+,OH-)Ca2+Ca2+F-F-F-F-Ca2+Ca2+H2OH+OH- 由于F-的水合自由结能大于Ca2+，故矿物表面荷正电。 The solubility of cations or anions, which constitute the Crystal lattice, are different to some extent. If: Solubility of cations solubility of anions surface (-) charged Solubility of cations PZCpHPZC时

36、，时， 0 000时，矿物表面荷负电；当时，矿物表面荷负电；当pHPZCpH00时，矿物表面荷正电。时，矿物表面荷正电。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: For ionic or slightly soluble minerals: For some sulfides (semiconductors) in 6.2510-4 mol/L ethel-xanthate solution at pH=7.0 mineral 0(V) pyrite 0.22 galena 0.06 chalcopyrite 0.14 为斯特恩层电位(Stern p

37、otential)，即紧密层电位，为紧密层面与溶液之间的电位差，一般假定与电动电位相等。 ( is the potential at the Stern or compact layer relative to bulk solution)(059. 00pMpMnPZC Prof. Yin Wanzhong telEmail:为电动电位(Electrkinetic potential or Zeta potential)，当固体与溶液在外力(如电场力、重力、机械力等)作用下发生相对运动时，滑移面与溶液间产生的电位差。( is the potential of the

38、 slipping plane relative to the bulk solution. The Zeta potential may occur when a particle is moved under the influence of external force (electrical, mechanical or gravitational) with the stern layer and leaving behind the diffuse layer. Zeta potential can be measured experimentally.)等电点(Iso-Elect

39、ro Point)：当存在特性吸附的体系中，电动电位为零时电解质浓度的负对数。常用IEP来表示。即电荷转换点。(It is the negative logarithm of the P.D. activity(or concentration) when = 0=0 in the absence of specific adsorption.)Zeta potential is easy to be measured by electrophoresis or electro-osmosis, it is very important to flotation and water treat

40、ment, it controls the collector adsorption on mineral surface and flocculation of finely dispersed suspension. For example, a suspension would coagulated spontaneously(自发地) at 10mv approximately. Prof. Yin Wanzhong telEmail:特性吸附：一些电解质解离后的离子能克服静电斥力进入紧密层，改变电动电位。这种吸附称特性吸附，且存在化学键力的作用。注意：当不存

41、在特性吸附时，为零时，0也为零，故此时PZC=IEP。Some intermediate form （中间吸附形式） between chemical and physical adsorption involves both chemical and physical mechanism. Characters: High adsorption heat (strength) High selectivityTypical example: Adsorption of hydrogen bonding Adsorption of polyvalent inorganic or organic

42、 electrolytes, such as Na2SO4 or RSO4Na on corundum（刚玉）Al2O3 surface. Prof. Yin Wanzhong telEmail:pHIEP+-PZCIEPFe3+NaOlpHIEP=PZC+-NaCl Prof. Yin Wanzhong telEmail:常见矿物表面零电点或等电点常见矿物表面零电点或等电点矿物矿物pHPZC或或pHIEP矿物矿物pHPZC或或pHIEP赤铁矿赤铁矿Fe2O38.0,6,7.8,4孔雀石孔雀石CuCO3Cu(OH)27.9针铁矿针铁矿FeOO

43、H7.4,6.7菱锰矿菱锰矿MnCO310.5刚玉刚玉Al2O39.0,9.4菱铁矿菱铁矿FeCO311.2锡石锡石SnO24.5,6.6水磷铝石水磷铝石AlPO42H2O4.0金红石金红石TiO26.2,6.0红菱铁矿红菱铁矿FePO42H2O2.8软锰矿软锰矿MnO25.6,7.4氟磷灰石氟磷灰石 Ca5(PO4)3(F，OH)6.0墨铜矿墨铜矿CuO9.5黑钨矿（黑钨矿（MnFe）WO422.8赤铜矿赤铜矿Cu2O9.5高岭石高岭石Al3.4锆石锆石ZnSiO35.8蔷薇辉石蔷薇辉石MnSiO32.8钛铁矿钛铁矿FeTiO28.5镁橄榄石镁橄榄石Mg2SiO44.1铬铁矿铬铁矿FeCr2

44、O45.6,7.2铁橄榄石铁橄榄石Fe2SiO45.7磁铁矿磁铁矿Fe3O46.5红柱石红柱石Al2SiO37.5, 5.2方解石方解石CaCO36.0,8.2,9.5,10.8透辉石透辉石CaMg(SiO3)22.8菱镁石菱镁石MgCO368.6滑石滑石3.6菱锌矿菱锌矿ZnCO37.4,7.8石英石英SiO21.8,2.2白云石（白云石（Ca，Mg）CO37.0重晶石重晶石BaSO49.5,pBa 3.9-7.0白钨矿白钨矿CaWO41.8,pCa 4.0-4.8萤石萤石CaF26.0,pCa 2.6-7.7 Prof. Yin Wanzhong telEmail

45、:动电位的测定方法：1）电渗）电渗 在外加电场作用下，液相沿着固相在外加电场作用下，液相沿着固相(毛细管、多孔隔膜、毛细管、多孔隔膜、多孔塞、粉末等多孔塞、粉末等)移动。移动。 动电位测定动电位测定 测出电渗电流和液体的电渗流出体积测出电渗电流和液体的电渗流出体积2）电泳）电泳 在外电场作用下，分散在液相中的固体粒子的移动在外电场作用下，分散在液相中的固体粒子的移动 。4vDI20(300) (fD伏特） Prof. Yin Wanzhong telEmail: 3）影响双电层的因素(Influencing Factors to electrical double l

46、ayer) 影响因素：pH值，水中离子组成，电解质的浓度等。离子吸附对双电层的影响如下： 定位离子的吸附(Adsorption of P.D. ions) 定位离子主要在双电层内层发生吸附，故能改变矿物的表面电位，又可以改变电动电位。且吸附具有高度选择性(Selectivity)，非定位离子不能吸附。(Adsorption of P.D. ions can change surface potential and the sign of the surface potential)D12电位12 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 惰性电解质离子

47、(indifferent electrolyte ion)的吸附 惰性离子只起反离子的作用，主要集中在扩散层(Diffuse layer)。当其浓度增加时，扩散层的厚度减小，此时过剩的反离子挤入紧密层(Stern layer)中，导致电动电位减小，但不会变号。这种吸附无选择性(selectivity)。D电位1212 Prof. Yin Wanzhong telEmail:石英在十二烷基醋酸胺及氯化钠溶液中的电位 Prof. Yin Wanzhong telEmail:特性吸附离子(Specific adsorption ion)的吸附 一些

48、离子如表面活性剂离子除了能通过静电力吸附外，还能通过化学键力和分子作用力在双电层紧密层吸附，从而改变电动电位的大小和符号。但矿物表面电位不会发生改变。这种吸附具有严格的选择性(selectivity)。D电位123 Prof. Yin Wanzhong telEmail:油酸钠溶液中pH对金红石电动电位的影响 Prof. Yin Wanzhong telEmail:离子在双电层中吸附位置吸附作用力的类型及属性被吸附离子的类型及名称离子吸附对电位的影响吸附进行的基本特点固体表面定位离子层(Inner layer)与晶格质点的作用力类同定位离子吸

49、附改变0，可使其反号，可改变吸附过程具有高度的选择性Stern层内的配衡离子层(Stern layer)静电力+化学键力+色散力+氢键离子特性吸附（长碳链有机物的半胶束吸附）0不改变，改变，可使其反号吸附过程有较强的选择性，在一定条件下不受静电力支配。扩散层的配衡离子层(Diffuse layer)静电力不反应离子（惰性离子）的吸附不改变0，仅压缩扩散层，改变，但不能改变其符号吸附过程无选择性，只要电性符号相反即可吸附双电层中离子吸附特征及其对电位影响综合比较双电层中离子吸附特征及其对电位影响综合比较 Prof. Yin Wanzhong telEmail:一水硬铝石

50、表面Zeta电位 pH关系-60-50-40-30-20-1001020024681012pH动电位 /mv一水硬铝石十二胺浮选四种矿 物回收率与pH关系020406080100024681012pH回收率 %十二胺十二烷基磺酸钠10-4M阴离子捕收剂阴离子捕收剂,pHPZC,pHPZC,pHPZC一水硬铝石表面带负电一水硬铝石表面带负电, ,可浮性较好可浮性较好矿物表面电性与可浮性矿物表面电性与可浮性 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.8 矿物表面的吸附(Adsorption) 特指固液界面的吸附。 吸附(adsorption)定义：固相在

51、水溶液中，或者某种物质在任何两相界面上发生富集（或相反）的现象。 亲水性矿物在捕收剂的作用下表面疏水，使其可浮。疏水性矿物在抑制剂的作用下表面亲水，使其浮选被抑制。 吸附本质吸附本质： 物理吸附(Physical adsorption)：吸附本质是物理作用，分子靠范德华力(Van der Waals forces)，离子靠静电力(electrostatic force)吸附。没有化学键的生成与破坏，也没有原子的重新排列。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:The driving force of this type of ads：Electros

52、tatic force; Van der Waals forces; hydrophobic forceCharacters: Low heat of adsorption(21KJ/mol) low driving force of adsorption; Reversible, i.e. no essential change of the adsorbate and adsorbent before and after adsorption. Mono-molecular or multi-molecular adsorption layers may occur High rate P

53、rof. Yin Wanzhong telEmail: 化学吸附(Chemical adsorption)： 吸附本质是化学作用，吸附质与吸附剂之间发生电子转移或共享，形成新的化学键合，与化学键相似。(Chemisorption involves electron transfer between the adsorbate and mineral surface, and forming slightly or hardly soluble and essentially covalent surface compound, but which is not yet

54、 an independent phase.)Characters: High adsorption heat(enthaply).200KJ/mol (40KJ/mol) Monomolecular layer Irreversible essentially Low( usually ) adsorption rateFor example:Sulfhydryl (巯基) collectors adsorption onto sulfides surfaces. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 按吸附产物形态分类：按吸附产物形态分类： 分

55、子吸附(molecular adsorption)：对分子的吸附，如对弱电解质的吸附，非极性油在矿物表面的非极性吸附。 特点：不改变矿物表面电性。 离子吸附(ion adsorption)：对离子的吸附.分交换吸附和定位吸附。 交换吸附(exchange adsorption)：XM1+M2XM2+M1 可发生在双电层内层，也可发生在外层。如ZnSZn2+Cu2+ZnSCu2+Zn2+ 定位吸附(potential-determining adsorption)：吸附具有强烈的选择性，只有定位离子才能产生；吸附的结果改变了矿物表面的电性（数量或符号）。 Prof. Yin Wanzhong t

56、elEmail: 按吸附位置进行分类：按吸附位置进行分类： 双电层内层吸附(inner layer adsorption)定位离子的吸附（又称一次吸附）。特点：高选择性，作用速度快，所需活化能小，决定表面电位（进入晶格中）。 双电层外层吸附(external layer adsorption)：分一般二次吸附和特殊二次吸附。 一般二次吸附，即静电吸附，如NaCl,KCl,KNO3等惰性电解质(indifferent electrolyte)的吸附。 特殊二次吸附，即依靠范德华力和化学键力吸附，如多价金属离子的水合物、多价金属离子的氢氧络合物，某些捕收剂在Stern层内

57、的吸附。其特点是选择性(selective)差，具有可逆性(reversibility)，作用速度快。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 表面活性剂在固液界面的吸附规律表面活性剂在固液界面的吸附规律 根据吸附过程中化学位的变化，导出如下方程（Stern-Grahame equation）：式中为固液界面对表面活性剂的吸附量(adsorptive capacity), mol/cm2; r为吸附离子的有效半径(effective radius)； C为表面活性剂在溶液中的浓度(concentration)； R为气体常数(gas constant

58、)。 Gads0为标准吸附自由能(standard adsorption free energy)，即标准状态下1mol物质吸附过程自由能的变化。 exp20RTGrcads Prof. Yin Wanzhong telEmail:Gads0表示吸附能力的大小。浮选中表示对有机捕收剂的吸附。 Gads0可分解为： Gads0=Gelec0+Gchem0+GCH20+GH2O0+ = Gelec0+Gspec0 Gspec0为特性吸附(specific adsorption)自由变量。 当吸附只有静电力时，标准吸附自由能： Gads0=Gelec0=ZF=ZF Z：离子

59、价数 F：法拉第常数 Stern-Graham equation为： exp2RTZFrc Prof. Yin Wanzhong telEmail: 当同时存在静电力和烃基缔合能(hydrocarbyl associated energy)时 GCH20=n 为从水中移去1molCH2的标准自由能，亦称特殊吸附势(specific adsorption potential)。约为0.6kcal/molCH2 n为烃链中CH2数目。 Stern-Graham方程为： )(exp2RTnZFrc Prof. Yin Wanzhong telEma

60、il: 半胶束吸附半胶束吸附(hemi-micelle adsorption) 长烃链(long hydrocarbon chain)的表面活性剂(surfactant)在固液界面吸附时，当其浓度足够高时，吸附在矿物表面的捕收剂(collector)由于烃链间分子的相互作用产生吸引缔合(association)，在矿物表面形成二维空间胶束(micelle)的吸附产物，称半胶束吸附。+ Prof. Yin Wanzhong telEmail:几点说明：1）当有长烃链中性分子时(neutral molecular)，会加强烃链间的缔合作用，使极性端的斥力受到屏蔽，加强分子