硫化矿浮选起泡剂性能与作用研究.pdf

中图分类号I 垒里 至 U D C 左 兰2 硕士学位论文 学校代码1 0 5 3 3 密级公开 硫化矿浮选起泡剂性能与作用研究 S t u d yo nf r o t h e rp e r f o r m a n c e a n di t se f f e c to ns u l f i d e f l o t a t i o n 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 谷艳玲 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 冯其明教授 欧乐明教授 敝答辩明巡勉船答辩委员会主席专赵 中南大学 2 0 13 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名签拖迸 日期超 年』月一7 日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 硕士学位论文摘要 硫化矿浮选起泡剂性能与作用研究 摘要起泡剂是矿物浮选中必不可少的药剂之一，随着起泡剂种类 日益增多、矿石性质日趋复杂化，需要提出一种行之有效的方法评 价起泡剂性能并系统研究起泡剂性能与硫化矿浮选行为之间的关 系，以便为浮选工艺中科学合理地选择起泡剂提供参考和依据。 本论文提出了一种综合评价起泡剂性能的方法，以甲基异丁基 甲醇、B K 2 0 1 、松醇油及2 ．乙基己醇四种常用醇类起泡剂为研究对 象，测试了两相体系中四种起泡剂的表面活性、起泡能力、泡沫稳 定性、泡沫粘度及泡沫水回收率，并探讨了上述性能之间的相互关 联。结果表明，通常表面活性强、泡沫粘度大的起泡剂，生成的泡 沫较稳定，泡沫水回收率较高。 基于上述测试结果，研究了起泡剂性能与石英和黄铁矿单矿物 浮选及二者的人工混合矿浮选分离之间的关系。结果表明，B K 2 0 1 和松醇油泡沫稳定性好、粘度大、水回收率高，对石英的夹带率较 大，获得的精矿品位较低；2 ．乙基己醇起泡能力强、泡沫粘度低， 对石英的夹带最弱，获得的精矿品位最高，但泡沫稳定性极差，不 利于黄铁矿浮选，因此获得的精矿回收率最低；甲基异丁基甲醇起 泡能力强、泡沫粘度低、泡沫稳定性及水回收率适宜，石英的夹带 率较低且黄铁矿上浮率较大，因此获得的精矿回收率最大。 在以上研究基础上，以内蒙古满洲里硫化铜矿为例，通过起泡 剂对比试验、全流程开路试验和闭路试验，进一步研究了起泡剂性 能与矿物浮选之间的关系。结果表明，浮选精矿中铜品位由高到低 依次为2 ．乙基己醇、甲基异丁基甲醇、B K 2 0 1 、松醇油；铜回收率 由大到小依次为甲基异丁基甲醇、B K 2 0 1 、松醇油、2 一乙基己醇。与 纯矿物试验结果吻合，表明本文提出的评价方法有效，所得结论合 理。图51 个，表1 4 个，参考文献7 8 篇。 关键词硫化矿；浮选；起泡剂；性能评价；作用研究 分类号T D 9 2 3 硕士学位论文 A B S T R A C T S t u d yo nf r o t h e rp e r f o r m a n c ea n di t se f f e c to ns u l f i d ef l o t a t i o n A b s t r a c t F r o t h e ri Sa ni n d i s p e n s a b l er e a g e n ti n f r o t hf l o t a t i o n ．A s v a r i o u sf r o t h e r s s p r i n gu pa n do r ep r o p e r t y b e c o m e si n c r e a s i n g l y c o m p l i c a t e d ．i ti sn e c e s s a r yt op r o p o s ea f e a s i b l ea n de r i e c t i v em e t h o dt o e v a l u a t ef r o t h e rp e r f o r m a n c ea n di n v e s t i g a t et h er e l a t i o nb e t w e e nf r o t h e r p e r f o r m a n c ea n ds u l f i d e f l o t a t i o nb e h a v i o rs y s t e m a t i c a l l y , s e r v i n ga s r e f e r e n c ea n db a s i sf o rs e l e c t i n ga p p r o p r i a t ei nf l o t a t i o n ． Ac o m p r e h e n s i v em e t h o do fe v a l u a t i n gf r o t h e rp e r f o r m a n c ew a s o r o t ；e di nt h i sp a p e r ．F o u rw i d e l y ．u s e df r o t h e r s ，。e ．M I B C ，B K 2 01proposed i nt h i se rO Hw i d e l yu s e dI r o m e r s1 ．eM I D t j，． - ， ． ，， T e r p e n i co i la n d2 - E t h y l h e x a n o l ，b e i n ga sr e s e a r c ho b j e c t s ，t h e i rs u r f a c e a c t i v i t y , f o a m i n ga b i l i t y , f o a ms t a b i l i t y , f o a mv i s c o c i t ya n df o a mw a t e r r e c o v e r yi ng a s l i q u i ds y s t e mw e r et e s t e da n dr e l a t i o n s h i pa m o n g t h e s e p e r f o r m a n c ew a sd i s c u s s e d ．R e s u l t ss h o wt h a t f r o t h e r s w i t hs t r o n g s u r f a c ea c t i v i t ya n dl o wf o a mv i s c o s i t ya r eg e n e r a l l yh a sb e t t e rf o a m s t a b i l i t ya n dh i g h e rf o a mw a t e rr e c o v e r y ． B a s e do nt h ea b o v et e s tr e s u l t s ，r e l a t i o n b e t w e e nf r o t h e r p e r f o r m a n c ea n ds i n g l em i n e r a lf l o t a t i o no fq u a r t za n dp y r i t ea sw e l la s t h e i ra r t i f i c i a l l ym i x e dm i n e r a lf l o t a t i o nw a si n v e s t i g a t e d ．R e s u l t ss h o w t h a tt h a n k st ot h e i rg o o df o a ms t a b i l i t y , l o wf o a mv i s c o s i t ya n dh i g h w a t e rr e c o v e r y , B K 2 01a n dt e p e r n i co i lm a k eq u a r t ze n t r a i n m e n td e g r e e h i g h e ra n dt h u so b t a i nl o w e rc o n c e n t r a t eg r a d e ；2 - E t h y l h e x a n o l ，d u et o i t ss t r o n gf o a m i n ga b i l i t ya n dl o wf o a mv i s c o s i t y , m a k e st h ew e a k e s t q u a r t ze n t r a i n m e n t ，t h u so b t a i n i n gt h eh i 曲e s tc o n c e n t r a t eg r a d e ，b u ti t s w o r s ef o a ms t a b i l i t yi Su n f a v o r a b l ef o rp y r i t ef l o t a t i o na n dt h u so b t a i n s t h el o w e s tc o n c e n t r a t er e c o v e r y ；M I B C ，o w i n gt oi t ss t r o n gf o a m i n g a b i l i t y , l o wf o a mv i s c o s i t y , a p p r o p r i a t ef o a ms t a b i l i t ya n d w a t e rr e c o v e r y , m a k e sq u a r t ze n t r a i n m e n td e g r e el o wa n dp y r i t ef l o a t i n gp e r c e n t a g eh i g h ， t h u so b t a i n i n gt h eh i g h e s ec o n c e n t r a t er e c o v e r y ． O nt h eb a s i so ft h ea b o v es t u d i e s ，t a k i n gac o p p e rs u l f i d eo r ef r o m M a n z h o u l i ，I n n e rM o n g o l i aa sa ne x a m p l e ，f u r t h e ri n v e s t i g a t i o no nt h e r e l a t i o nb e t w e e nf r o t h e rp e r f o r m a n c ea n dm i n e r a lf l o t a t i o nb e h a v i o rw a s c a r r i e do u tt h r o u g hf r o t h e rc o n t r a s tt e s t s ，w h o l ef l o wo p e nc i r c u i tt e s t s a n dc l o s e dc i r c u i tt e s t s ．R e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s c e n d i n go r d e ro f c o p p e rg r a d e i nc o n c e n t r a t ei s2 - E t h y l h e x a n o l ，M I B C ，B K 2 01 ，a n d 硕士学位论文 A B S T R A C T t e r p e n i co i l ；t h a to fc o p p e rr e c o v e r yi sM I B C ，B K 2 01 ，t e r p e n i co i l ，a n d 2 - E t h y l h e x a n 0 1 ．T h er e s u l t sc o r r e s p o n dt ot h o s e so b t a i n e di ns i n g l e m i n e r a lf l o t a t i o n t e s t s ，d e m o n s t r a t i n g t h a tt h e p r o p o s e dm e t h o d i s e f f e c t i v ea n dt h ec o n c l u s i o ni sr e a s o n a b l e ．51F i g u r e s ，14T a b l e s ，7 8 R e f e r e n c e s ． K e y w o r d s s u l f i d e ，f l o t a t i o n ，f r o t h e r , p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，e f f e c t s t u d y C l a s s i f i c a t i o n T D 9 2 3 I V 硕士学位论文目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V 1 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 起泡剂概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 起泡剂在浮选中的作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 起泡剂的结构及性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．3 常见起泡剂简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 起泡剂性能测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．1 传统方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 ．2 现代方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．3 评价方法发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．3 起泡剂对矿物浮选的影响研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 ．1 起泡剂对泡沫稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．3 ．2 起泡剂对矿浆中颗粒捕集概率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．3 ．3 起泡剂对脉石夹带的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 1 ．3 ．4 起泡剂与捕收剂相互作用对矿物浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．4 研究意义及内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 1 ．4 ．1 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．4 ．2 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 矿样、药剂、仪器设备及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 2 ．1 矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．1 ．1 石英矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．1 ．2 黄铁矿矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．1 ．3 实际矿石矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．2 试验药剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．3 仪器设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．4 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．4 ．1 表面活性测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．4 ．2 气．液两相体系泡沫性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．19 2 ．4 ．3 纯矿物浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 V 硕士学位论文目录 2 ．4 ．4 实际矿石浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 气．液两相体系起泡剂性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 表面活性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 3 3 ．2 起泡能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．3 泡沫稳定性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．4 泡沫粘度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．5 泡沫水回收率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 4 起泡剂性能对石英与黄铁矿浮选的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 起泡剂性能对石英浮选的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 4 ．1 ．1 丁基黄原酸钾不存在时起泡剂性能对石英浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．1 ．2 丁基黄原酸钾存在时起泡剂性能对石英浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯3 3 4 ．2 起泡剂性能对黄铁矿浮选的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．j ⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．1 丁基黄原酸钾不存在时起泡剂性能对黄铁矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．2 丁基黄原酸钾存在时起泡剂性能对黄铁矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．3 起泡剂性能对人工混合矿浮选分离的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 0 4 ．3 ．1 丁基黄原酸钾不存在时起泡剂性能对人工混合矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．3 ．2 丁基黄原酸钾存在时起泡剂性能对人工混合矿浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 5 起泡剂性能对硫化矿浮选的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 5 ．1 硫化铜矿浮选起泡剂对比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 7 5 ．2 硫化铜矿浮选全流程开路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 5 ．3 硫化铜矿浮选全流程闭路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 6 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 1 、攻读硕士学位期间参与的研究项目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 2 、攻读硕士学位期间已发表的文章⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 V l 硕士学位论文1 文献综述 1 文献综述 1 ．1 起泡剂概述 1 ．1 ．1 起泡剂在浮选中的作用 浮选是利用泡沫把矿石中的有用矿物与脉石矿物分离，使有用矿物富集的 一种分选方法。在该工艺中，气泡既是各种矿物选择性分选的界面，也是疏水 性矿粒上浮并聚集成矿化泡沫层的载体【l l 。泡沫的稳定性、泡沫层厚度、泡沫 结构、气泡大小与数量等性质，对矿物浮选过程的进行和分选效果的好坏均有 重要影响【2 J 。而起泡剂在矿物浮选中不仅能影响泡沫的上述性质，而且能够急 剧改变颗粒与气泡附着动力学【3 J ，因此在浮选工艺中发挥着重要作用。 1 ．1 ．2 起泡剂的结构及性质 浮选常用的起泡剂都是有机异极性表面活性物质，分子的一端为极性基， 另一端为非极性基，分子结构图见图1 ．1 。由于起泡剂分子的极性基亲水，非极 性基亲气，因此它在气泡液膜上下两侧的气．液界面作定向排列，使泡沫稳定， 如图1 ．2 所示。 图1 ．1 起泡剂分子结构示意图图1 2 起泡剂分子在气泡表面吸附示意图 很多有机化合物都具有起泡性，如醇类、酚类、酮类、醛类、醚类、酯类、 羧酸类、胺类等，但不是所有具有起泡性的有机化合物都能用作浮选起泡剂， 良好的浮选起泡剂应具备的共同性质主要有以下三剧1 】 1 具有适宜类型的极性基和非极性基。极性基要能够与水分子发生水化 作用，在气泡液膜上形成适当强度的水化膜，使气泡具有合适的稳定性，并且 极性基的亲固性要比较弱，对矿物基本无捕收作用。非极性基的碳链长度要适 宜。一般规律是随着烃链增长，表面活性增大，起泡能力增强；烃链过长， 由于水溶性显著降低，反而导致起泡能力下降。研究表明，低级脂肪醇可以与 水任意比例混溶，不在气．液界面吸附，因而低级醇不具起泡性；当过渡到丁醇 以后 如C 4 ～C l o 的脂肪醇 ，可部分溶于水，但主要吸附在气．液界面形成定向 峰掣～ 硕士学位论文 1 文献综述 排列，并能显著降低气．液界面张力，因而具有较强的起泡性；十二碳以上的脂 肪醇在常温下是固体，在水中溶解分散性不好，不宜做起泡剂。 2 具有一定的表面活性，即能够降低水的表面张力。浮选时，随着泡沫 的生成，液体表面积增大，表面能增高。根据G i b b s 原理，体系总是趋向于较 低的表面能状态，低表面张力，可降低体系的能量，有利于泡沫的稳定。 3 具有适当的溶解度。溶解度过大，在矿浆中分散性好，但大部分易滞 留在矿浆内部并随矿浆流失，而吸附在气．液界面的起泡剂却比较少，为此必须 增大用量才能形成一定数量的泡沫；反之，溶解度过小的起泡剂，在矿浆中溶 解分散性不好，大部分易滞留在矿浆表面并随泡沫产物流失，不能有效地发挥 起泡作用。 从选矿生产出发，优良的起泡剂还必须是来源广，价格低，用量少，毒性 小，对环境污染小，并且最好不是易燃物质。 1 ．1 ．3 常见起泡剂简介 1 、松油 松油是一种组成不定的萜类混合物，主要成分为Q ．萜烯醇 占5 5 ～6 5 ％ ， 其次为萜烯、仲醇及醚类化合物 占4 0 ％左右 。松油是一种很好的起泡剂，它 可以与黄药一起浮选铜矿、铅锌矿、金矿、碳酸钡矿等，也可以与胺类联合使 用浮选磷矿、钾盐矿、锂辉石、独居石等。松油不但是起泡剂，而且具有一定 的捕收能力1 4 1 。例如，可以单独用松油或与其他起泡剂联合使用浮选辉钼矿、 铋矿、硫磺、石墨等，或代替煤焦油浮选煤矿。 2 、松醇油 松醇油俗称2 撑油，有效成分G 【，1 3 ，Y 三种萜烯醇，含量大于4 0 ％，此外 还含有二十多种萜类化合物。2 i f j } 油用于工业生产后发现，其获得的浮选效果比 天然松油好，所以自生产2 拌油以来，国内矿山普遍使用2 群油【5 1 。在东北、福建、 湖南、云南等地都有大规模的2 撑油生产基地。 3 、樟脑油 樟脑油是我国的特产，用水蒸汽蒸馏樟木片可以得到1 ．O ～3 ．O ％的挥发油， 将挥发油冷却 冷冻 及用部分结晶法除去其中的樟脑及萨富罗尔香料后，余 下的副产品就是樟脑油。樟脑油用作起泡剂选择性比松油好，多在精矿质量要 求高或优先浮选的情况下使用。 4 、甲酚酸 甲酚酸又称甲酚油，是一种含有苯酚、甲苯酚、二甲苯酚、乙苯酚等低级 酚的黄色至褐色油状物，可以从煤焦油和石油中提取。甲酚酸的亲水基为羟基， 2 硕士学位论文 1 文献综述 亲气基为苯环，可用作硫化矿浮选的起泡剂，但酚类有腐蚀性和毒性，为减少 环境污染，很少使用。 上述四种均为天然起泡剂，多来自于林业副产品，下面介绍几类人工合成 起泡剂，包括醇类、酯类、醚类以及醚醇类起泡剂【1 1 。经过实验室试验以及生 产实践，已经证明相当多的人工合成起泡剂在许多方面超过了天然起泡剂的浮 选性能，并且它们的来源稳定，生产量大，价格低廉。 5 、醇类起泡剂 醇类起泡剂的功能基是羟基 ．O H ，通式是R ．O H 或A r R ．O H 芳基烷基醇 。 R 代表直链、支链烷基或环烷基，心代表芳香基。烷基醇一般称为脂肪醇，例 如2 ．乙基己醇和甲基异丁基甲醇等；环烷基醇如环己醇、环戊基甲醇等；芳基 烷基醇的羟基不是直接连在芳烃基上，而是连在芳烷基的烷基上，如苄醇类。 大量工业实践表明，人工合成醇类起泡剂在浮选中的使用效果优于天然起泡剂， 并且没有捕收性能，起泡性能受矿浆p H 影响较小，因此被广泛应用于许多选 矿厂【6 】。 6 、醚醇类起泡剂 醚醇类起泡剂首先是由美国道化学公司和氰胺公司生产的，这类起泡剂道 化学公司的商品名称为“D o w f r o t h s ”；氰胺公司的商品名为“A e r o f r o t h s ”；帝国 化学公司则称为“T e e f r o t h s ”。醚醇类起泡剂的特点是分子中既有醇基又有醚基。 醚基氧原子及醇基氧原子存在的孤对电子都可以与水分子亲水结合，烃基亲气 使气泡稳定，由于它们具有多个亲水基团，所以能完全溶解于水，降低水的表 面张力。据国际市场信息，目前醚醇类及甲基异丁基甲醇起泡剂在选矿中的用 量约占金属矿浮选起泡剂总用量的9 0 ％。我国对醚醇类起泡剂的研究起步较早， 合成了不少产品，但使用不如国外广泛。醚醇类起泡剂具有优良的起泡性能， 可用于多种类型的硫化矿浮选，特点是用量少。例如用三聚丙二醇甲醚类浮选 铜、铅、锌矿时用量一般在3 ～1 5 9 ／t t 5 1 。 7 、醚类起泡剂 醚类起泡剂可以看作是醇类羟基中的氢原子被烷基所取代，通式为 R - O ．R ，R 可以是链状或者环状烷基，两个R 基可相同，也可以不同。三乙氧 基丁烷 全称1 ，1 ，3 ．三乙氧基丁烷，英文缩写为T E B ，我国称为四号油 是最 重要的醚类起泡剂，也是浮选起泡剂中使用较普遍的一种，它与醚醇类起泡剂 几乎同时出现于国际上，并且都成为合成起泡剂的先驱和佼佼者，起泡性能好， 对浮选介质酸碱度适应性强，同为各种金属矿和非金属矿的优良起泡剂。醚类 药剂在选矿中不但作为起泡剂，而且还可以作为捕收剂等应用。近年来，国外 文献中报道了一类含有炔基的醚类化合物，可以代替丁基黄药作为捕收剂使用， 3 硕士学位论文1 文献综述 用于铜钼矿或铅钼矿以及铜矿的浮选【7 】。 8 、酯类起泡剂 酯类起泡剂一般由脂肪酸或芳香酸与醇反应制得，通式为R C O O R 、。R 可 以是脂肪烃基，也可以是芳烃基，其碳链比R 、长，但也不能过长，一般为低碳 脂肪酸或烷芳酸；R 、一般为低碳链，如乙基等。酯类起泡剂主要有混合脂肪酸 乙酯和领苯二甲酸酯类，其中混合脂肪酸乙酯用石蜡氧化制备高级脂肪酸产生 的低碳脂肪醇，而领苯二甲酸酯类包括领苯二甲酸双．3 ．甲氧基丙酯，领苯二 甲酸双．2 ．乙氧基乙酯和领苯二甲酸双．2 ，3 ．二甲氧基丙酯，它们适用于浮选含有 辉铜矿、黄铜矿及斑铜矿的硅酸盐铜矿，可以提高浮选效率及铜的回收率。 9 、其他起泡剂 除了上述讨论的醇、醚、醚醇及酯类合成起泡剂外，目前出现了一些新型 起泡剂，它们的分子中不仅含碳、氢、氧原子，而且还含有硫、氮、硅及磷等 原子 杂原子 【8 1 ，这一发展趋势和动向值得关注，而且这些起泡剂中有的已经应 用于选矿生产实践中，获得了一定程度的影响和效果。若进一步研究获得突破 与成功，将为起泡剂增添新类型、新品种。 1 ．2 起泡剂性能评价方法 起泡剂起着非常重要的作用。生活中常用的洗涤剂等都需要起泡剂产生丰 富的泡沫，工业方面起泡剂常用于泡沫浮选、泡沫灭火、石油的二次三次采油、 废水处理等领域【9 1 。起泡剂应用的领域不同，对其性能的要求也不同，因此国 内外的研究人员开发出了很多种方法来评价测试起泡剂的性能，以便为不同领 域起泡剂的选择提供参考和依据。 1 ．2 ．1 传统方法 l 、气流法 中国矿业大学矿物加工工程系张荣曾教授认为，气流法是进行起泡剂泡沫 性能评价最常用的方法之一【1 0 】。气流法【1 1 ．1 3 】又称改进的B i k e r m a n 法，其原理是 先将一定量的起泡剂溶液加入泡沫测试器中，然后通入一定流速的气体，气体 通过微孔滤板后在泡沫测试器中形成泡沫，以最大泡沫高度表征起泡剂的起泡 能力，泡沫半衰期则用来衡量泡沫的稳定性。 气流法装置简单，重复性好，但泡沫测试器的内径过小时，会产生壁效应， 影响泡沫半衰期的测量。而增大泡沫测试器的直径，一些起泡能力较弱的起泡 剂得到的泡沫高度较低，测量泡沫半衰期时易产生误差，因此需选择合适的直 径。 4 硕士学位论文 l 文献综述 2 、振荡法 该法的测量原理是加入待测溶液，使振荡频率相同，振荡一定次数，停止 振荡后产生的泡沫高度表征起泡能力，泡沫半衰期表征泡沫的稳定性【1 4 , 1 5 】。 振荡法简单易行，但该法产生的泡沫高度较低，测量泡沫半衰期时误差较 大，而且振荡力度及快慢不好控制。 3 、R o s s ．M i l e s 法 该法的测量原理是将待测溶液从一定高度以一定流速流到相同溶液的液体 表面，溶液与液面碰撞，产生泡沫，得到的泡沫体积表征起泡剂的起泡能力， 以一段时间后的泡沫体积表征泡沫稳定性【1 6 】。 R o s s ．M i l e s 法【1 7 , 1 8 ] 是日用品泡沫性能测试的国家标准方法。该法操作简便， 可以较好地评价起泡剂的起泡能力，但不能准确测量泡沫稳定性，而且不适用 于起泡能力弱的起泡剂。 4 、W a r i n g ．B l e n d e r 法 此法所用仪器是高速搅拌机，主要用于测试低体积黏度的液体的起泡能力 和泡沫稳定性【1 9 】。测量时，在样品槽中加入一定体积的起泡剂溶液，记录此时 的溶液高度为H ，将高速搅拌机的转速设定为4 0 0 0 ．1 3 0 0 0 r ／m i n ，高速搅拌3 0S 后，停止搅拌，记录泡沫初始高度H o ，5 m i n 后的泡沫高度为H l 。溶液的起泡 能力F m 和泡沫稳定性为F r 分别表示为F m H o ．H ，F r _ H 1 ．H 1 2 0 1 。 这种方法对于产生泡沫较少且泡沫不稳定的起泡剂不适用。 1 ．2 ．2 现代方法 1 、近红外扫描仪法 根据分散体系的光散射原理，不同流体对光线有不同的散射率和透射率， 散射率和透射率的变化是由泡沫的聚并和破裂引起的，与泡沫的稳定性直接相 关。泡沫的稳定性随时间变化，不同时间光线的散射率和透射率也随之变化， 根据这一原理对泡沫的稳定性进行测量【2 。 张锐等【2 2 J 使用M A2 0 0 0 型近红外扫描动念稳定测试仪测定了泡沫钻进液 的稳定性。仪器工作时红外脉冲光源 波长8 5 0 n m 发射红外光谱，2 个光谱探测 器分别在与入射光线呈0 。方向上检测透射光和与入射光呈1 3 5 。方向上检测 散射光。在较短的时间内迅速将泡沫装入测试仪的试样池内，液量高度不超过 5 0 m m 。设定测试参数，每隔1 5 m i n 进行试液样品全高度扫描。实验结果表明， 近红外扫描仪法得到的数据准确可信，重复性好。然而，用该方法测量时，需 要把泡沫样品预准备好，再把待测的泡沫放入试管中，然后设置测量参数，才 能开始扫描，而且扫描需要一定的时间。多数矿用起泡剂产生的泡沫体系都十 5 硕士学位论文 1 文献综述 分不稳定，泡沫往往在几秒到几十秒就破灭，导致测量结果不准确，甚至无法 测量。 2 、电导率法 泡沫是不溶性气体分散在液体中所形成的分散体系，由于气泡密度的改变 会引起电导率的变化，因此可以用泡沫电导率的大小衡量气泡密度，根据该原 理测量起泡剂的起泡能力和泡沫稳定| 生[ 2 3 , 2 4 】。 燕永利等㈣用D D S ．1 2 A 电导率仪测定了十二烷基醇聚氧乙烯 3 醚 A E O ．3 ．正癸烷．十二烷基硫酸钠 S D S ．水胶质液体泡沫 C L A 体系的泡沫稳定 性，用试验过程中电导率的变化表征C L A 稳定性的变化。D l u z e w s k i m 等【2 6 1 用 电导率法测定了蛋清泡沫的稳定性，所得数据重复性好，并能够反映体系的微 小变化。但电导率法装置设备复杂，测量费用较高，而且只能反映液相的变化 情况，不能反映泡沫体系的整体变化。 3 、光学法 j 光学法直接测量气泡半径随时间的变化情况，用来表征泡沫的稳定性，由 R u s a n o v 等开剔2 7 1 。其原理是用瞄准仪将光源发出光线通过遮光板 遮光板上 的小孔直径应不小于1 0 个气泡直径 后照射到装有泡沫的透明玻璃杯上，然后 透过泡沫到达光电倍增管，再用检流器记录光电流的大小。 这种方法但对于泡沫存在时间只有几十秒的泡沫体系不适用，而且装置也 比较复杂。 4 、压力法 D i c k i n s o nE ．等1 2 8 1 使用压力监控装置来表征泡沫的忡1 2 7 1 2 厶匕y J I , , ，在样品室中通过 毛细管向待测溶液通入氮气产生泡沫，然后检测样品室与参比室之间的压差AP 随时间t 的变化，推导可得AP 与t 的关系为 AP 。- AP t A P 。- AP 0 e x p B t 式中△P o ，A P 。分别为t 0 和t _ ∞时的压差。 以时间t 为变量，做出其对l n AP 。一AP t 的函数图，通过图中直线的斜率 可得到速率常数B 的倒数B ～，用来表征泡沫稳定性；所得截距 AP 。．AP o 用来 表征起泡剂的起泡能力。压力法装置比较复杂，操作误差较大，一般不采用。 5 、强化电阻技术法 B a r i g o u 等【2 9 】在经典B i k e r m a n 法的基础上，在刻度量筒内外两侧按高度均 匀选取五个点，每个点安装一对相互独立的电极，然后用数据采集器分析五对 电极测得的电阻数据，进而监测刻度量筒上面五个位置泡沫中液体的流失情况。 该法所得数据重复性好，能较好的反映泡沫稳定性的变化情况，但装置复杂， 对泡沫存在时间较短的泡沫体系不适用。 6 硕士学位论文1 文献综述 6 、共焦显微镜法 K o e h l e r 等【3 0 1 以经典B i k e r m a n 法为基础，在刻度量筒的侧面装有共焦显微 镜和转译层，通过观测示踪荧光乳胶球的运动情况来表征P l a t e a u 边界内液体的 流动情况。该法使用一种空间过滤技术来获得泡沫内部可见部分的信息，但不 能很好地反映泡沫稳定性。 1 ．2 ．3 评价方法发展趋势 综上所述，传统方法主要从泡沫体积和半衰期两个方面评价起泡剂性能， 操作简便，装置简单，但误差较大，而且不同的测试方法获