泡沫分离技术

1、在300到400年前的天工开物及本草纲目中即有对于泡沫浮选分离方法的描述。在20世纪初期，多种浮选药剂的发现促进了泡沫浮选分离法的进一步发展。在1967年，Karger等人向IUPAC提出建议将泡沫分离技术分为矿物浮选、粗粒子浮选、细粒子浮选、沉淀浮选、离子浮选、分子浮选和吸附浮选七种。如今，这种方法常应用于低浓度物质的分离纯化，其中在矿物的处理中应用得最为成熟，在生物医学、环境保护等方面也都有广泛的应用。 泡沫浮选（froth flotation），是一种通过向溶液中充气鼓泡，利用溶液中溶质粒子间在气泡表面上吸附的性质的差异而达到分离或浓缩的目的的分离方法。固相：固相通常为所要分离的物质，物

2、质的亲水性和可浮性与物质的组成及晶格类型有关，将会影响物质分离所需的条件及试剂。液相：液相通常为含有所要分离物质及部分杂质的稀水溶液。气相：气相通常为形成泡沫的空气，空气中的大部分成分为氮和氧，而氧气会与还原性矿物反应，影响浮选进程，所以实际常用氮气进行浮选。 具有表面活性的物质可以吸附在气泡-溶液两相的界面，亲油基伸向气泡内部，而亲水基则在气泡外浸在水中，形成一个单分子吸附层。气泡由于浮力作用上浮到液体表面，从而将具有表面活性而吸附在气泡表面的溶质粒子带到液体表面，进一步达到分离的作用。 根据待分离物质不同：一类是本身具有表面活性的物质的分离以及各种天然或合成表面活性剂的分离，例如医药生物工

3、程中蛋白质、酶、病毒的分离。 另一类是本身为非表面活性剂，但可以通过配合或其它方法使其具有表面活性，这类体系的分离被广泛地用于工业污水中各种金属离子如铜、锌、铁、汞、银等的分离回收。（一）捕收剂（collector） 捕收剂常常用来提升待分离物质的亲水性和可浮性，在泡沫浮选分离中占据着重要的地位。捕收剂含有亲水基以及疏水基。当捕收剂中的亲固离子与待分离物质中的离子同名时，可以对它进行捕收。黑药表面活性剂煤油（二）起泡剂 一般矿石浮选真正有效的起泡剂是有机药剂。在浮选过程中，起泡剂有下列作用：稳定气泡，其类型和用量影响气泡的大小、黏性和脆性，影响浮选速度；和捕收剂共吸附于矿粒表面上，并起协同作用

4、；与捕收剂共存于胶束中，影响捕收剂的临界胶束浓度；使捕收剂乳化或加速捕收剂的溶解；增加浮选过程的选择性。（三）无机调整剂 为了提高浮选过程的选择性，常常会在复杂体系中加入一些无机调整剂。调节体系pH的是pH调节剂，此外还有絮凝剂和分散剂。 加入pH调节剂可以提高泡沫浮选的效率。加入活化剂可以使待分离组分被捕收剂更好地吸附。加入无机抑制剂可以较好地分离多混合体系，例如混合精矿的分离。活化剂抑制剂（如重铬酸钾）（四）有机调整剂 在浮选过程中，常常也会添加一些有机调整剂来提升浮选效果。这些有机调整剂通常为高分子化合物，能够起到抑制和絮凝沉降的作用。例如淀粉和纤维素就可以用做非极性矿物的抑制剂和赤铁矿

5、的选择絮凝剂。淀粉纤维素（一）浮选机 将复杂体系（通常为矿浆）装入浮选机内部，然后浮选机会通过机械搅拌的抽吸作用或充气管道充入空气。空气与矿浆在两相混合区进行混合，机械叶片不断搅拌产生泡沫，然后从泡沫区出口排出成为泡沫产物。（二）浮选柱 相对于浮选机而言，浮选柱的成本更低廉，安装更容易，泡沫层更厚。它在单体矿粒的回收方面有着很好的效果，但不适于粗矿粒或连生体的回收。 浮选流程的选择对于浮选生产的成败具有决定性的作用，需要在进行应用前通过多次试验来确定。合适的浮选流程便于操作，适应复杂体系的性质，且能够将浮选的效率提到最高，达到更好的分离结果，还能将有回收价值的废渣回收利用。 通常根据矿石的组成

6、成分不同，会选择不同类型的浮选流程：当矿物品种较单一时，选用优先浮选流程，按照矿物可浮性差异，按先易后难顺序将各种矿物组分先后浮选分离出。当矿物品种较丰富时，选用混合浮选流程，先将可用矿物全部浮选而出，之后再逐一进行分离。此外还有部分混合浮选流程、等可浮选流程和半优先-混合浮选流程等等。入选粒度：在泡沫浮选中，浮选物质的粒度过粗时，待分离物质不易浮起，分离效果不好；浮选物质的粒度过细时，待分离物质不易与气泡结合，同样不易于浮选分离。体系组分（矿浆）浓度：矿浆浓度是指复杂体系中固体的质量分数，对于浮选过程中药剂、溶剂、能量的损耗以及待分离物质的回收率及品相都会有很大影响。温度：可采用加温的方法，

7、提升难溶捕收剂的溶解和吸附性过强的抑制剂的解吸，加速氧化，从而提升泡沫浮选过程的速率，缩短浮选时间。浮选时间：在复杂体系的泡沫浮选分离过程中，各种物质有着彼此不同的最适宜浮选时间，而这个时间需要通过多次试验确定。优点：一、可冷态下操作（热敏和不稳定物质有特殊意义）二、低浓度下分离有效三、1.泡沫分离设备简单，易于放大； 2.操作简单，能耗低； 3.可连续和间歇操作； 4.在生物下游加工过程的初期使用，处理体 积庞大的稀料液； 5.可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液； 6.只要操作条件设计合理，可获得很高的分离效率。 局限性一、表面活性剂多为高分子化合物，消耗大且难以回收。二、能维持稳定泡沫层表面活性剂少；难以控制其在溶液中的浓度。三、影响因素过多，如溶液的pH值，表面活性剂浓度，温度，气流速度，离子强度。此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素展望展望在今后相当长的一段时间内，传统药剂的应用仍将占主导地位。为了适应越来