矿物浮选第1章绪论

1、浮选及其理论浮选及其理论绪论绪论浮选课程浮选课程提纲提纲1、浮选的历史、浮选的历史2、浮选研究的新进展、浮选研究的新进展1、浮选的历史、浮选的历史1.1 浮选的基本过程浮选的基本过程 我国的有色金属矿我国的有色金属矿90%以上是以硫化矿和氧化矿以上是以硫化矿和氧化矿的形式存在的形式存在,目前目前,80%左右的矿山都是采用浮选方左右的矿山都是采用浮选方法加工矿物。法加工矿物。 浮选是在固、液浮选是在固、液/气三相界面分离矿物的科学技术，气三相界面分离矿物的科学技术，要使比水重得多的目的矿物颗粒成为泡沫要使比水重得多的目的矿物颗粒成为泡沫,浮在水面浮在水面以达到分离，需要使用各种浮选药剂和控制好浮

2、选以达到分离，需要使用各种浮选药剂和控制好浮选工艺参数。传统浮选化学工艺控制参数工艺参数。传统浮选化学工艺控制参数: 药剂药剂(种类、种类、浓度）和矿浆浓度）和矿浆pH值。值。1.1 浮选的基本过程浮选的基本过程l浮选是把某种矿石中一些特定组分在充气矿浆浮选是把某种矿石中一些特定组分在充气矿浆的泡沫上富集，从而与其它一些脉石组分分离的泡沫上富集，从而与其它一些脉石组分分离的一种选择性过程。的一种选择性过程。l这种过程基于经过处理的矿物表面的疏水性，这种过程基于经过处理的矿物表面的疏水性，与气泡有特定亲和力的矿物颗粒吸附到泡沫表与气泡有特定亲和力的矿物颗粒吸附到泡沫表面，与亲水性颗粒分离。面，与

3、亲水性颗粒分离。l在准备过程中，要把共生的有用矿物和无用的在准备过程中，要把共生的有用矿物和无用的脉石矿物通过磨矿达到单体解离。脉石矿物通过磨矿达到单体解离。 1.2 浮选的发展浮选的发展l东汉东汉神农本草经神农本草经记载记载46种矿质药材；种矿质药材；l净化加工矿质中药材（雄黄、雌黄、滑石、朱砂净化加工矿质中药材（雄黄、雌黄、滑石、朱砂等）时，常在淘洗过程配以各种药用植物共同浸等）时，常在淘洗过程配以各种药用植物共同浸煮，除了发挥这些植物本身的药物作用之外，它煮，除了发挥这些植物本身的药物作用之外，它们所含有的有机酸、醇、酮及各类烃油质，也会们所含有的有机酸、醇、酮及各类烃油质，也会发生类似

4、浮选分离中表面活性剂的作用。发生类似浮选分离中表面活性剂的作用。 1.2 浮选的发展浮选的发展l明李时珍明李时珍本草纲目本草纲目等古典医药著作中有等古典医药著作中有类似现代薄膜或泡沫浮选的描述类似现代薄膜或泡沫浮选的描述:u代赭石（即赤铁矿）的加工 “凡使研细，以蜡水重重飞过，水面上有赤色 如薄云者去之”；u雄黄的加工 “雄黄以甘草、紫背天葵、地胆、碧棱花细削入坩埚中煮三伏时，滤出，捣如粉，水飞澄去黑者，晒干再研用”；u云母的加工 “每一斤用小地胆草、紫背天葵、生甘草、地黄汁各一镒，于瓷埚中安置，下天池水二镒煮七日夜，以水猛投其中搅之。浮如蜗涎者即去之，如此三度淘尽”;u淘洗砂金时，有所谓“鹅

5、毛刮金” 法，在鹅羽毛上蘸以植物油，用来粘捕砂中微细金粒，长期沿用；l我国我国1673年出版的年出版的天工开物天工开物描述了朱砂描述了朱砂的 分 选 过 程 ， 朱 砂的 分 选 过 程 ， 朱 砂(HgS)经粉碎和重选制经粉碎和重选制取颜料：取颜料：“取来时，入取来时，入巨碾槽中，轧碎如微尘巨碾槽中，轧碎如微尘，然后入缸，注清水澄，然后入缸，注清水澄浸，过三日夜，跌取其浸，过三日夜，跌取其上浮者，倾入别缸，名上浮者，倾入别缸，名曰二朱，其下沉结者，曰二朱，其下沉结者，晒 干 即 名 头 朱 也晒 干 即 名 头 朱 也 ” 1.2 浮选的发展浮选的发展 1.2 浮选的发展浮选的发展天工开物天

6、工开物一书记载回收废旧器物所含之微细金、一书记载回收废旧器物所含之微细金、银的过程为：银的过程为：“凡金箔黏物，他日敝弃之时，刮削火凡金箔黏物，他日敝弃之时，刮削火化，其金仍藏灰内，滴清油数点，伴落聚底，淘洗入化，其金仍藏灰内，滴清油数点，伴落聚底，淘洗入炉，毫厘无差炉，毫厘无差” 。这种选择性油团聚这种选择性油团聚(selective oil agglomeration)技术，古代已技术，古代已被作为高效工艺采用，这可能是浮选工艺最早的应用和论述。被作为高效工艺采用，这可能是浮选工艺最早的应用和论述。 泡沫浮选应用后的近八十年，浮选工艺及理论有了很大泡沫浮选应用后的近八十年，浮选工艺及理论有

7、了很大的发展，从对硫化矿浮选发展有重要影响和重大意义的角的发展，从对硫化矿浮选发展有重要影响和重大意义的角度来考察硫化矿浮选工艺的历史，可以认为经历了四个阶度来考察硫化矿浮选工艺的历史，可以认为经历了四个阶段：段： 一、一、1860-1925年，早期的全油浮选和表层浮选。年，早期的全油浮选和表层浮选。 1）1860年，使用大量油类与水处理澳大利亚铅锌重选尾年，使用大量油类与水处理澳大利亚铅锌重选尾矿，矿，1898年全油浮选工业应用。年全油浮选工业应用。 2）1902年，矿浆加入皂类与少量油类搅拌，使硫化矿与年，矿浆加入皂类与少量油类搅拌，使硫化矿与皂类及油聚集成团，即皂类及油聚集成团，即“团粒

8、浮选法团粒浮选法”。 3）1907年表层浮选应用于工业。年表层浮选应用于工业。 4）1909年发现松油、醇类作为起泡剂。年发现松油、醇类作为起泡剂。 1.2 浮选的发展浮选的发展 二、二、1925年黄药和年黄药和1926年黑药应用于浮选以后，使年黑药应用于浮选以后，使浮选工艺进入新的发展阶段，出现了捕收剂泡沫浮选浮选工艺进入新的发展阶段，出现了捕收剂泡沫浮选技术技术,一直广泛沿用至今天；一直广泛沿用至今天； 三、六十年代以来，除继续以黄药和黑药类药剂为三、六十年代以来，除继续以黄药和黑药类药剂为主要捕收剂分选硫化矿以外，陆续出现了硫氨酯、黄主要捕收剂分选硫化矿以外，陆续出现了硫氨酯、黄原酸酯等

9、非离子型高效捕收剂；原酸酯等非离子型高效捕收剂； 四、正在发展中的电位调控浮选技术。四、正在发展中的电位调控浮选技术。 1.2 浮选的发展浮选的发展 Taggar、Gaudin和和Wark因此被认为是近代浮选理论的因此被认为是近代浮选理论的三大奠基人。三大奠基人。 1）Taggart等人提出了等人提出了“化学反应溶度积理论化学反应溶度积理论”，这个，这个理论认为黄药与硫化矿表面发生了化学反应，捕收剂与硫理论认为黄药与硫化矿表面发生了化学反应，捕收剂与硫化矿物中金属离子化学反应产物的溶度积愈小，反应愈易化矿物中金属离子化学反应产物的溶度积愈小，反应愈易进行。进行。 2）Gaudin则提出了则提出

10、了“离子吸附假说离子吸附假说”，认为黄原酸离，认为黄原酸离子与硫化矿物表面的离子发生了交换吸附。子与硫化矿物表面的离子发生了交换吸附。 3）Wark和和Cook提出了提出了“分子吸附假说分子吸附假说”，认为黄原酸，认为黄原酸分子或者黄原酸离子在硫化矿物表面发生吸附而导致其表分子或者黄原酸离子在硫化矿物表面发生吸附而导致其表面疏水。面疏水。 1.2 浮选的发展浮选的发展 “化学反应溶度积理论化学反应溶度积理论”、“离子交换吸附假离子交换吸附假说说”和和“分子吸附假说分子吸附假说”认为硫化矿物与黄药类认为硫化矿物与黄药类捕收剂的相互作用机理由一系列意义明确的反应捕收剂的相互作用机理由一系列意义明确

11、的反应组成，在硫化矿物表面形成疏水性产物。这三大组成，在硫化矿物表面形成疏水性产物。这三大理论被认为是近代硫化矿浮选的经典理论，它们理论被认为是近代硫化矿浮选的经典理论，它们的理论基础是物理化学和表面化学。的理论基础是物理化学和表面化学。 1.3 经典的浮选理论经典的浮选理论 有黄药存在时，硫化矿物的浮选存在黄药酸根离子有黄药存在时，硫化矿物的浮选存在黄药酸根离子X-与与OH-根离子的竞争吸附，按照浮选溶液化学的观根离子的竞争吸附，按照浮选溶液化学的观点，形成黄原酸金属盐的反应，其自由焓变化为：点，形成黄原酸金属盐的反应，其自由焓变化为：LMX为为MX的溶度积。的溶度积。而金属离子形成氢氧化物

12、的反应，自由焓变化为：而金属离子形成氢氧化物的反应，自由焓变化为： nnSPOHMnRTnKRTG11nnMXXMnRTnLRTGN111.3 经典的浮选理论经典的浮选理论 Ksp为为Me(OH)n的溶度积，达到平衡时，可以认的溶度积，达到平衡时，可以认为是矿物可浮的临界点，故有：为是矿物可浮的临界点，故有：G=G可以得到，矿物浮选时的可以得到，矿物浮选时的Barsky公式：公式：nspMXLLOHXn1 它的意义在于反映了黄药离子和氢氧根离子在硫化它的意义在于反映了黄药离子和氢氧根离子在硫化矿物表面的竞争吸附结果。经典的硫化矿浮选理论认矿物表面的竞争吸附结果。经典的硫化矿浮选理论认为，黄药类

13、捕收剂泡沫浮选的根本特征是：在特定的为，黄药类捕收剂泡沫浮选的根本特征是：在特定的表面活性剂（黄药为代表）作用下，控制浮选矿浆表面活性剂（黄药为代表）作用下，控制浮选矿浆pH值，以及捕收剂，调整剂浓度，使硫化矿物表面疏水值，以及捕收剂，调整剂浓度，使硫化矿物表面疏水或亲水，从而达到浮选分离的目的。或亲水，从而达到浮选分离的目的。1.3 经典的浮选理论经典的浮选理论完全分离完全分离 100多年来矿物浮选工艺过程仅用二维参数（多年来矿物浮选工艺过程仅用二维参数（pH、药剂）来控制，对于复杂矿物的分选不能适用。药剂）来控制，对于复杂矿物的分选不能适用。1.3 经典的浮选理论经典的浮选理论2、浮选研究

14、的新进展、浮选研究的新进展 上世纪六十年代以来出现的以硫氨酯等为代表的上世纪六十年代以来出现的以硫氨酯等为代表的高效捕收剂，具有非离子型极性结构高效捕收剂，具有非离子型极性结构21，微溶于水，微溶于水；与离子型黄药、黑药类相比，结构上更有特点：；与离子型黄药、黑药类相比，结构上更有特点：也含有硫原子，但呈硫羰基（也含有硫原子，但呈硫羰基（C=S）及硫醚基（）及硫醚基（S）结构，而非硫醇基（）结构，而非硫醇基（SH）结构；非极性基）结构；非极性基有两个以上，分列两端。这类药剂在硫化矿表面的有两个以上，分列两端。这类药剂在硫化矿表面的作用机理主要是，发生以作用机理主要是，发生以S及及N为键合原子的

15、配位为键合原子的配位键化学吸附。键化学吸附。 2.1浮选新药剂浮选新药剂2.1浮选新药剂浮选新药剂19l多年持续研究形成了系统的多年持续研究形成了系统的浮选药剂结构理论，浮选药剂结构理论，丰富了丰富了浮选和冶金药剂学术内容，是在国际上有重要影响的研浮选和冶金药剂学术内容，是在国际上有重要影响的研究成果。对进一步发展药剂理论和研制特效药剂提供新究成果。对进一步发展药剂理论和研制特效药剂提供新思路。思路。l我国我国选矿药剂生产的数量和品种，选矿药剂生产的数量和品种，在国际矿冶领域占有在国际矿冶领域占有重要地位，也对我国难处理共生资源的开发利用作出了重要地位，也对我国难处理共生资源的开发利用作出了贡

16、献。贡献。 浮选药剂分子结构理论和高效浮选剂的研发浮选药剂分子结构理论和高效浮选剂的研发 上世纪上世纪80年代初发现，每种硫化矿都有其适合浮选年代初发现，每种硫化矿都有其适合浮选的矿浆电位范围，只有在此范围内，矿物才具有更好的矿浆电位范围，只有在此范围内，矿物才具有更好的可浮性。矿浆电位是除了药剂与的可浮性。矿浆电位是除了药剂与pH控制浮选的第三控制浮选的第三大参数。大参数。2.2硫化矿浮选电化学硫化矿浮选电化学l 硫化矿物一般来说是掺杂的半导体，具有较好的半导体硫化矿物一般来说是掺杂的半导体，具有较好的半导体性质，在浮选过程中，其表面除了进行化学反应以外，还有性质，在浮选过程中，其表面除了进

17、行化学反应以外，还有硫化矿物、捕收剂及氧化剂之间的氧化还原反应。硫化矿物、捕收剂及氧化剂之间的氧化还原反应。l 硫化矿物表面的亲水和疏水过程包含了电化学过程，因硫化矿物表面的亲水和疏水过程包含了电化学过程，因此矿浆电位可以控制硫化矿物的浮选和分离，电位作为一个此矿浆电位可以控制硫化矿物的浮选和分离，电位作为一个参数引入到浮选过程。参数引入到浮选过程。l 硫化矿浮选电化学理论主要研究硫化矿物在浮选中，硫硫化矿浮选电化学理论主要研究硫化矿物在浮选中，硫化矿物化矿物-溶液界面的电化学反应。溶液界面的电化学反应。2.2硫化矿浮选电化学硫化矿浮选电化学浮选电化学和电位调控浮选技术的研究浮选电化学和电位调

18、控浮选技术的研究l确立了矿浆电位是硫化矿分离浮选行为的重要影响因子，研究确立了矿浆电位是硫化矿分离浮选行为的重要影响因子，研究了利用矿浆原生电位调控浮选过程的实用技术。了利用矿浆原生电位调控浮选过程的实用技术。l这一研究引起国际相关学术界的认同和开发利用，提升改善浮这一研究引起国际相关学术界的认同和开发利用，提升改善浮选的研究和生产实践。对于处理贫矿，多金属共生矿的高效分选的研究和生产实践。对于处理贫矿，多金属共生矿的高效分离和节能降耗，将发挥重要作用。离和节能降耗，将发挥重要作用。 2.2硫化矿浮选电化学硫化矿浮选电化学2.3细粒矿物浮选细粒矿物浮选被分选矿物粒度变小，利用重力、磁力分选非常

19、困难，被分选矿物粒度变小，利用重力、磁力分选非常困难，用常规浮选也出现新的难题，主要是浮选效率大大降低、夹用常规浮选也出现新的难题，主要是浮选效率大大降低、夹杂多、质量差。杂多、质量差。2.3细粒矿物浮选细粒矿物浮选“粗粒效应粗粒效应”模型模型 在经典的在经典的DLVO理论的基础上，将物理理论的基础上，将物理-化学流体动力学中的旋涡微化学流体动力学中的旋涡微尺度、颗粒雷诺数及组合颗粒的裂解作为定量判据。尺度、颗粒雷诺数及组合颗粒的裂解作为定量判据。“粗粒效应粗粒效应”模型，揭示了模型，揭示了“载体、中介、助载体、中介、助 凝凝”作用及其作用及其规律。规律。2.3细粒矿物浮选细粒矿物浮选分支载体分支载体-中介中介-助凝细粒浮选新技术助凝细粒浮选新技术特点特点：用用“精矿返