浮选及浮选过程.doc

绪 论 一、浮选及浮选过程 浮选浮游选矿，重要指泡沫浮选。是按矿物表面物理化学性质的差异来分离各种细粒的方法。 浮选过程在气、液、固三相体系中完成的复杂的物理化学过程。其实是疏水的有用矿物粘附在气泡上，亲水的脉石矿物留在水中，从而实现，从而实现彼此分离。 二、浮选发展简介 在古老的金银淘洗加工过程中，人们已认识到利用矿物的天然疏水性或亲水性（亲油性）的不同来提纯矿物原料。 浮选作为一种工业规模的选圹方法出现，在国外大约是在19世纪末叶。在我国，解放前只有少数几座有色金属和石墨浮选厂。大部分分布在东北和安徽。 １、 全油浮选法 根据各种矿物亲油性及亲水性的不同，加大量油类与矿浆搅拌，然后将粘附于油层中的亲油矿物刮去，面亲水性的矿物仍留在矿浆中，从而达到分离矿物的目的。早期工业浮选的先驱。 ２ 、表层浮选法 在工业上的应用出现于1892年，将磨矿干粉小心轻轻撒布在流动的水流表面，疏水性矿物不易被水润湿依靠表面张力面漂浮水面上，聚集成薄层，成为精矿；易被水润湿的亲水性脉石流入水中作为废弃尾矿排出。 ３、泡沫浮选法 1877年出现选别石墨的泡沫浮选专利，水煮沸水蒸气气泡。1886年出现化学法产生气泡进行浮选专利，气泡作为载体。 20世纪初，出现原始的泡沫浮选法，使浮选法向前推进一步，并出现了许多形式的泡沫浮选法。 （1）气体浮选法 （2）电解浮选法 （3）真空浮选法 （4）正压力浮选法 （5）机械充气搅拌浮选法 ４、药剂在浮选法发展过程中的作用 在浮选法发展过程中，药剂的应用和发展起了巨大的作用。 ５、浮洗应用的发展 各类浮选药剂的发展与在产实践中的其体应用，以及浮选工艺的新发展，使浮选效率大为提高，使浮选的应用范围日益扩大；由于浮选设备类型增多，设备不断更新且日益大型化，浮选厂的规模越来越大，处理矿量日趋增多。此外，浮选生产的发展和近代测试在浮选理论研究中的应用，致使对许多理论问题的认识日益深化。 三、浮选在矿物加工业中的作用与意义 １、浮选在矿物加工业中的重要性 （1）浮选的适应性强 （2）浮选的效率高，且适于处理细物料 （3）有利于对矿产资源的综合回收 ２、浮选法的缺点 主要是成本高，易污染矿山\环境 （1）需要较细的磨矿粒度细化 （2）使用各类药剂 （3）影响因素多，操作控制动手术要求较高 （4）产品脱水率较低，过程复杂。 四、主要参考文献 1、矿物浮选原理 卢寿慈编 冶金工业出版社 2、浮选 郭梦能编 煤炭工业出版社 3、浮选 胡为柏编 冶金工业出版社 4、浮选药剂 思百熙编 冶金工业出版社 5、浮选理论与实践 丁立亲编 煤炭工业出版社 6、浮选理论与工艺 胡熙庚编 中南大学出版社 第二章 浮选原理 第一节 矿物表面的润湿性 一、矿物的润湿性 1.润湿现象 润湿是自然界中常的现象，是由于液体固体表面排挤在固体表面所产生的一种界面作用。易被润湿的表面称为亲液（水）表面，其矿物称为亲液（水）矿物；反之称为疏液（水）表面，疏液（水）矿物。 润湿性是表征矿物表面重要的物理化学特征之一，是矿物好坏可浮性的直观标志，取决于矿物表面不饱和键力与偶极水分子相互作用的强弱。 2.润湿现象在浮选中意义 矿物表面润湿性及其调节是实现各种矿物浮选可分离的关键，所以了解和掌握矿物表面润湿性的差异，变化规律以及调节方法对浮选原理及实践均有重要意义。 目前，人为改变调节润湿性（可浮性）的方法有两大类物理方法和化学方法。 二、润湿的接触角 润湿性的度量用接触角测量法和润湿测定法，常用接触角θ。 三相润湿周边当气泡附着浸入水中的矿物表面，达到润湿平衡时，气泡在矿物表面所形成三相接触点围成的周边。（变化---平衡） 接触角过三相润湿周边上任一点P作气液界面的切线δAW，与固液界面δSW之间所形成的包括液相的夹角θ。 接触角θ的大小与接触的三相界面所具有的各界面张力有关，当各界面张力相互作用达到平衡时，有 接触角是三相界面张力的函数。说明不仅与矿物表面性质有关，而且与液相、气相的界面性质有关。凡能引起改变任何两相界面张力的因素都可以影响矿物表面的润湿性。 当θ90o时，δSW δAW 矿物表面不易被水润湿，具有疏水表面，其矿物具有疏水性,可浮性好。 当θ θ，后角θ2 θ θ2. 2.润湿阻对浮选的影响 浮选过程中，矿粒向气泡附着时，属于排水，即在矿物本身可浮性不变的情况下，附着过程难，对浮选不利。而矿粒从气泡上脱落时，属于水排气，使水难于从矿物表面将气泡排开，防止矿粒从气泡上脱落，对浮选有利。 第二节 界面现象 一、矿物表面的水化作用 1.水化作用水分子的定向排列，形成水化层。 离子的水化作用水分子在离子表面的定向排列。 矿物表面的水化作用水分子在矿物表面的定向排列。 2.水化作用的原理 （1）矿物表面不饱和键的性质离子、共价、分子键。 （2）矿物表面不饱和键的键能矿物表面的极性。 （3）极性矿物表面水化作用强，水化层厚，水分子排列紧密； 非极性矿物表面水化作用弱，水化层薄，水分子排列稀疏。 3.水化层的结构 扩散结构水化层内水分子的定向排列程度实随着矿物表面的距离增大而逐渐减弱。 水化层是介于矿物表面和普通水之间的过渡区域，类似固体表面的延续。 4.水化层的性质 （1）粘度比普通水大； （2）稳定性高； （3）具有一定的能量； （4）溶解能力降低。 5.水化作用对可浮性的影响 （1）水化作用与矿物表面的润湿性一致，与可浮性相反。 （2）矿物表面的水化性不仅取决于矿物表面晶格本身的特点，而且也取决于矿物表面所吸附的分子或离子的性质。 二、界面电现象 1.液气界面的荷电 液气界面吸附表面活性离子，使液气界面的吸附的正负离浓度不等，从而带上电荷，多数带负电。 在浮选过程中，气液界面吸附表面活性离子为最常见的现象。例 2.固液界面荷电（电性起因） （1）离子的选择性吸附 矿物表面和水对不同离子的新合力不同，导致矿物表面对电解质溶液中正负离子的不等量吸附,促使矿物表面带电。 A、溶液中，正负离子的数量，过量的离子容易吸附。 B、矿物表面本身的电性，反号离子容易吸附。 C、正负离子的水化作用不同，被吸附的趋势不同。 （2）矿物表面组分的选择性解离 A、组成固体的正负离子在介质中的溶解能力常常不同。 B、部分矿物和水后，在两相界面上生成新的物质，界面电性与生成的新产物有密切关系。 例如石英带负电。 晶格破裂 水解生成类硅酸产物 解离带负电 （3）矿物晶格缺陷 由于矿物破裂，缺乏某种离子，或非等量的类质同像替换，也促使矿物表面的电荷不平衡,进而使矿物表面荷电。 三、双电层 1.双电子层的结构 矿物表面在溶液中荷电以以后，由于静电力的作用，吸引水溶液中符合相反的离子与之配衡,于是在矿物面形成双电层。 模型的演变历史 （1）平板双电子层模型强调离子环境的稳定性，视为平板电容器，适用于金属或高浓度盐类。 （2）扩散双电层模型过份强调离子的移动性，分内层和扩散层。 （3）电子层模型（Stern）内层、斯特恩层、扩散层。 2.双电子层位 （1）表面总电位ψ0. 荷电表面所具有的电位，是矿物表面与溶液间的总电位差，对于导体或半导体矿物，可以制成电极测出ψ0。 不导电的矿物，可以用溶液中定位离子的活度进行计算。 一般氧化物，以H或OH-离子为定位离子，n1，氧化矿物表面总电位 （2）电动电位ξ--Zete电位和Stern电位ψδ. 滑动面上的电位和溶液内部的电位差，称ξ电位。 Stern界面与溶液之间的电位差，称Stern电位，电动电位在浮选理论研究上有很大的实用意义。 3.零电点和等电点 （1）零电点PZC或ZPC 矿物表面静电荷为零时，溶液中定位离子浓度的负对数值。如定位离子为H或OH-，则ψ00时的PH值即为零电点。 （2）等电点PZr或IEP 电动电位为零时，溶液中电解质浓度的负对数值。或溶液的PH值。 PZr与溶液PH值有关,也和产生特性吸附的离子浓度有关。在体系中不在特性吸附时，ξ0，电荷密度也为零，PZC＝PZr. 4.双电层的影响因素及电位曲线 1双电层的影响因素 （1）杂质元素的特性吸附 杂质元素主要是指无机盐类，重点影响电动电位。 规律A、阳离子价数越高，电动电位降低越明显。 B、价数相同，体积越大，影响越明显。 C、多数情况下，阳离子能使零电点增高；阴离子能使零电点降低。 D、有机极性分子能使PZC漂移，其性质决定漂移方向，浓度决定漂移尺寸。 （2）温度的影响 多数矿物能随温度增高PZC降低。 （3）固体含量的影响，随温度增高增大。 2电位曲线 双电层内电位随矿物表面的距离变化的关系曲线。 （1）内层定位离子吸附，改变ψ0和ξ. （2）溶液中离子吸附，改变ξ，不改变ψ0. （3）反号离子过量吸附，改变ψ0和ξ，ψ0与ξ符号相反. （4）当定位离子为H或OH-时，溶液PH值变化，同时改变ψ0和ξ。 5.界面电性与矿物的可浮性 （1）矿物表面性与润湿性的关系。 零电点PZC时，接触角最大，矿物表面带电，θ变小，润湿性变好，可浮性变差。 （2）双电层及电动电位对浮选的影响（零电点电动电位与矿物浮选效应） A、双电层对药剂在矿物表面物理吸附的影响 物理吸附是静电吸附。 B、矿物表面双电层对矿物悬浮液絮凝和分散的影响 降低、压缩电位，使矿物悬浮物絮凝---失稳。 升高、扩大双电层，使矿物悬浮物分散---稳定。 C、双电层对细泥在矿粒上面覆盖的影响 细泥通常带负电，矿粒带正电，即可以被覆盖。 D、电动电位与浮选活性之间的关系 随矿物电动电位降低，矿物的可浮性提高，浮选效果变好。作用前向电动电位差来评价矿物浮选活性的改变。ξ差越大，药剂作用越好，浮选活性提高越大。 第三节 吸附现象 一、吸附及对浮选的意义 1.概念 吸附是液体（或气体）中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。 正吸附当加入某种物质后，使溶液表面能降低，表面层溶质的浓度大于溶液内部的浓度，浓度增高现象。这种物质称为表面活性剂。 负吸附当加入某种物质后，使溶液表面能增高，表面层溶质的浓度小于溶液内部的浓度，浓度降低现象。这种物质称为非表面活性剂。 吸附量一定温度下，当吸附达到平衡时，单位面积上所吸附的吸附质的摩尔数，常用“Γ”表示。 2.意义 吸附是浮过程中，相间相互作用的一种主要形式，此外还有吸收，粘附和多相化学反应。研究浮选过程中的吸附现象，对探索浮选理论和指导浮选实践均有重要意义。 二、吸附类型 吸附分为物理吸附和化学吸附。两者区别吸附基面上的化学质点与吸附质之间是否发生化学键的结合。凡由化学键力引起的吸附称为化学吸附；凡由分子键力引起的吸附称为物理吸附。 物理吸附分子吸附，双电层扩散层吸附，半胶半吸附。 化学吸附离子吸附，双电层内层吸附和特性吸附。 1.分子吸附溶液中被溶解的溶质, 以分子形式吸附到固---液，气---液等相界面上，称为分子吸附。吸附的结果不改变矿物表面电性。 2.离子吸附溶质离子在矿物表面吸附，称为离子吸附。 （1）定位吸附定位离子在定位层发生的吸附，具有强的选择性和无取代性，结果改变电性。 （2）交换吸附一种离子交换矿物表面的另一种离子而吸附在矿物表面上。 定位吸附和交换吸附经常同时发生，常在矿物表面生成不溶性盐类，可以改变矿物表面的电性（包括数量和符号）。 3.双电层的吸附 （1）双电层内层吸附----定位吸附 （2）双电层外层吸附 紧密层吸附静电力、范德华力和化学键力。 扩散层吸附静电力。 4.半胶束吸附长烃链非极性端在范德华力的作用下，发生缔合作用，形成类似胶体的结构。 5.特性吸附双电层吸附中除静电吸附以外的吸附。对溶液中某种组分有特殊的亲合力。 三、气---液界面的吸附现象 起泡剂是一种表面活性物质，在气---液界面上呈单分子层定向吸附分子中非极性基透过界面穿过气相，而极性基留在液体中。 非极性基以范德华力相互作用，极性基互相排斥，又与水偶极子相互吸引。 吸附方程（自学），服从吉布斯吸附方程。 四、固---液界面的吸附现象 1.影响因素 （1）吸附剂、吸附质的结构、性质和相互接触的活性质点数。 浮选过程中，矿物作力吸附剂，气体或溶剂作为吸附质。 规律A、极性吸附剂易吸附吸性吸附质或电解质离子。 B、非极性吸附剂易吸附非极性吸附质。 （2）凡能使固---液界面自由能降低得越多的溶质，被吸附量也越多。 （3）溶解度较小的溶质较易被吸附。 （4）同一矿物可能是有不同的吸附性能。 （5）温度有影响，吸附放热，温升，吸附量降低。 2.吸附方程（自学） 3.药剂在矿物表面吸附的类型 （1）按矿物表面吸附产物的形态分类分子吸附、离子吸附、（半）胶束吸附。 （2）按吸附作用进行的方式分类交换吸附、竞争吸附、特性吸附。 （3）按离子在双电层内吸附的位置分类双电层内、外层吸附。 （4）按吸附质与吸附剂之间的作用属性分类物理、化学吸附。 4.几点补充 （1）同一系统中物理、化学吸附并存，且不相互排斥。 （2）随条件的变化，两者可能发生相互转化。 （3）化学吸附当条件适合时，可发展成表面化学反应。 （4）物理吸附是“非定点”性质的吸附，作用缺乏选择性； 化学吸附是“定点”性质的吸附，作用是有选择性的。 （5）矿物表面除吸附溶质外还可吸附溶剂，各组分间存在相互作用和竞争吸附，导致固--吸附的复杂化。 （6）速度较慢，需要一定的接触作用时间----矿浆准备。 5.固---液界面的吸附现象 固体表面所发生的水化、电学性质均是吸附现象的结果。 物理吸附静电力或范德华力，比如水化。 特性吸附物理性质的特性吸附； 化学性质的特性吸附。 化学吸附分子吸附和离子吸附。 固---液界面的吸附服从兰格缪尔吸附方程。 五、液---液界面的吸附现象 两种互不相溶的液体，存在液---液界面。浮选过程中有价值的是油和水进行乳化。此混合液经过搅拌形成O/W或W/O型乳状液。 从分选和分离角度上看，O/W型是油浮选、球团浮选和乳化浮选的基本形式。在泡沫浮选中，O/W型是矿浆中烃类油浮选剂分布存在的基本形态。 浮选药剂的乳化处理方法较多，但添加表面活性剂来降低油---水界面自由能，可以获得分散度适宜和稳定性较高的乳状液。 油水界面吸附层的结构 该系统由三个独立的相构成油、水和中间相。 中间相是表面活性剂和助剂吸附层，两侧表面张力不同即为双重膜（发生弯曲），油相向中间层渗透使其膨胀而渗透深度为4/5双重膜的厚度。水分子和反离子进入中间相的1/5厚度处。由于在中间内包含着多组分，又称混合膜。 油---水的平面吸附层，在压力梯度和油的浸透作用下，使膨胀延伸到油边和水边使压力相等，同时出现曲率而形成球形乳滴。 第四节 气泡的矿化过程 气泡的矿化过程是指矿浆中被浮目的矿物有选择地向气泡粘附，形成矿粒--气泡集合体的一种过程。 颗粒附着在气泡上的现象称为气泡的矿化，附着颗粒的气泡为矿化气泡。实际浮选过程的组成四阶段接触，粘着，升浮和泡沫层形成。在此四个阶段中，前两者为气泡的矿化过程。其方式有碰撞矿化和所出矿化。两者可能同时发和，形成联合的气泡矿化方式。 气泡矿化过程很复杂，根据物理化学原理，可运用热力学方法和动力学方法研究。热力学是一种宏观方法，可用于判断气泡矿化进行可能性。动力学研究则可能于解释气泡矿化过程的机理过程的实质，影响因素，实现条件以及过程的速度等。 气泡矿化过程动态演示 一、气泡矿化过程的热力学分析 原理热力学第二定律。 1.碰撞矿化体系自由能变化 假设矿粒和气泡附着面积为1个单位（1cm2）。 附着前体系自由能. 附着后体系自由能. 自由能变化. 结论通过分析，疏水矿物能与气泡粘附，亲水矿物不能。 讨论 （1）δAW值愈低，ΔE愈小，粘附可能性降低与实际有误。 （2）碰撞方法和流态也有影响。 （3）接触角的不确定性。 （4）矿粒和气泡的水化性的影响。 2.析出矿化的热力学分析 假设矿物表面析出的气泡比矿物表面小得多。而且矿物表面平坦，析出矿化体系自由能变化 注S12πrrrcosθ 、 S2πr2sin2θ. 讨论（1）设K2cosθsin2θcosθ，K、θ关系θ增大，K减小。 （2）δAW不变，ΔE、K关系K减小，ΔE增大。 （3）θ不变，δAW、ΔE关系δAW减小，ΔE增大。 结论随着润湿接触角 的增大，值越小，体系自由能升高越小，微泡析出越容易。即从理论上得出微泡能在已此为疏水矿物表面析出。析出矿化无原则要外界作功，提高选择性。 二、气泡矿化过程的动力学分析 1.矿粒与气泡的相互接近和碰撞 起因浮选机的激烈搅拌，矿浆中的气泡向上升浮和矿粒向下荣誉称号以用相界面间表面力场的作用。 影响碰撞几率因素被浮矿物数量、气泡数量和表面积搅拌强度、矿化途径及方式等。 2.水化层薄化和破裂 矿物表面和气泡表面均有水化层，水化层薄化和破裂（或局部破裂）需消耗一珲的能量，引起整个自由能发生变化。 （1）强水化性矿物表面排除水化膜时，系统自由能的变化。 （2）中等水化性矿物表面排除水化膜时自由能的变化。 （3）弱水化性矿物排除水化层时，系统自由能的变化。 3.气泡矿化途径 途径碰撞矿化、析出矿化。 矿化形态单泡矿化、群泡矿化、气絮团。 4.诱导时间 从瞬间到发生附着瞬间，完成水化层薄化、破裂、三相润湿周边的扩展以及颗粒稳定地粘附于气泡之上四个过程的时间。 接触时间在颗粒和气泡的附着中，颗粒和气泡碰撞开始到颗粒从气泡上脱落瞬间。 附着的条件诱导时间 ＜ 接触时间。 影响因素（1）浮选药剂； （2）粒度； （3）气泡的尺寸； （4）颗粒物理性质。 5.矿粒在气泡表面粘附 （1）影响因素 矿物粒度与固着机率 （2）矿粒脱落力以及表面疏水性的强弱与固机率 设在静水中矿粒与气泡的粘着处于平衡状态，并矿物表面平滑、均匀，且比粘着的面积要大得多。 A、附着力F附 F附πaδAWsinθ B、脱落力气泡升力或矿粒的重力F1 F1V.g.Δ 气体与液体的压力差（或附加脱落力）F2 剩余毛细压力 . 静水压力差 . C、平衡方程及粘附条件 F附F1F2 固体拈附条件 从此静止平衡单一矿化下，推导出的近似式，仅可用于粗略分析影响矿粒－气泡聚合体粘着强度的一主要作用力，以便找出影响粘着强度的主要因素。 实际浮选条件下，将产生惯性离心力，此力是主要作用力。 6.析出矿化的动力学过程 简介气泡在疏水性矿物表面优先析出的动力学过程。 A、气体分子移动减压瞬间，气体分子向易于聚合起来的区域移动，间断水分子间力的阻碍。 B、生成“气泡晶核”。 气体分子在范德华力作用一相互聚合，形成气泡晶核，半径为R最小（即能稳定地存在于液相中的气泡最小半径）。 气泡剩余毛细压力 设P1为气体在溶液内旦饱和状态时的液面压力，P2为降压后气体在溶液内呈饱和状态时的液面压力。 C、初生气泡长大。 三、浮选速度 浮选速度（速率）单位时间内浮选矿浆中浮起的被浮物数量或回收率。 浮选速率方程泡沫产品随时间变化数量表达式。 意义评价浮选过程进行；分析影响因素；改善浮选工艺；改进浮选机设计；浮选过程控制的最佳化与自动化。 浮选的平均速度 特点简单 实际浮选过程中，欲浮目的矿物在不同时间阶段浮选速度不同，开始浮得较快，以后逐渐变慢。 实验浮选速度实验。 浮选速度方程 别洛拉拉卓夫方程式 原理统计规律应用于研究浮选速度。 假计浮选时间 开始浮选时矿浆中侧含欲浮目的矿粒数，为在时间内欲浮目的矿粒进入泡沫产品中数 ，为留在矿浆中简未浮起欲浮目的矿数，单位时间内进入矿浆的气泡数 ，矿粒固着于气泡的几率 在时间dt内有 个气泡，有 个矿粒进放泡沫产品，矿粒与气泡碰撞次数成正比。 以此式绘制的图形应该为直线。 说明a、纯矿物，窄粒级，可浮性相同。液－气界面很大。其斜率为正值。 b、试验结果为 形曲线选别时，先快后慢。 c、试验结果为 形曲线选别时，先慢后快。 浮选速度方程式的级数。 气泡矿化过程属矿粒与气泡间的相互作用，与化学反应中质点间的相互作用相近，可模拟化学力力学中所讨论的化学反应速度方程式来推导浮选速度方程式。 以反应物的浓度变化。浓度逐渐降低速度怙慢。 在浮选中改用浮选产物随时间的变化来表示反应速度。 余留在矿浆中欲浮但沿未被浮出的目的矿物所占有的金属百分数。 讨论（１）内涵。 （２）浮选速度与级数 第一章 浮选各相及性质 矿物浮选是一种多相非均匀体系，其中的矿物为固相、水为液相、气泡为气相。在这个非均匀体系内，固相、液相、气相的界面性质，各相的相互作用以及浮选药剂在这些相界面上所产生的效应，决定了浮选过程进行的方向和速度；而各相界面的性质，各相的相互作用，以及浮选药剂在这些相界面上所产生的效应，以取决于这些相的内剖结构和性质。 在矿物的浮选过程中，固相是分选对象，液相是分选介质，气相是分选载体。因此，本章重点学习浮选各相的结构和性质。 第 一节 固相的结构和性质 自然界矿物按工业用途分为两大类一类是工业矿物，另一类是能源矿物。前者绝大多数是晶体矿物，后者则为非晶体矿物。 一、矿物晶体的断裂面 用浮选法分离固相（即各种矿物）时，通常首先必须进行破碎和磨细，使矿石中的目的矿物达到或接近单体解离程序以及获得适于泡沫浮选所要求的适宜粒度，以便能有效的进行浮选。在破碎和磨细的过程中，矿物受到外加机械力的作用，晶体内连结质点间的部分键力受到破坏（“打断“），随之出现新的不规则“断口“或比较平滑的“解离面“，二者合称为矿物晶体的断裂面。 解离面严格沿着一定结晶方向碎裂成比较平滑的矿物表面。 断口不按一定结晶方向碎裂所形成的凸凹不平的矿物表面。 影响断裂的因素 （1）内因，矿物的晶体结构，决定的因素，矿物破碎时沿着晶体结构内键合力最弱的面网之间发生断裂。 （2）外因，即破碎磨细矿石所施加外力的性质比及力的大小和作用方向等。外力作用具有复杂性。 二、矿物的晶体结构 1、离子晶体 2、分子晶体 3、原子晶体 4、金属晶体 三、矿物晶体表面的不饱和键力 1、不饱和键力的起源及不饱和程度 组成矿物晶体的质点不仅按一定空间几何图形进行有序排列，而且通过某种键力使各顶点彼此联结在一起。位于晶体表面与位于晶体内部的质点彼此所处状态则不尽相同。内部的均处于平衡，断裂面上质点具有不饱和键力，且因位置不同，键力的不饱和程序也很不相同，显示出不同的吸附能力和作用活性。特别是矿石经破碎细磨后，比表面积随之增大，所形成的棱角增加更多，形成的吸附其它物质的“活性中心”更多，因些矿石磨细越细，吸附能力和作用活性也越强烈。 2、矿物表面不饱和键力的类型及其与水分子的作用。 浮选工作者最关心的是矿物表面被水润湿的性质，此性质与矿物表面不饱和键力的类型有关。 （1）强键合力共价键、离子键、金属键 断裂面上的质点以此键，具有较强的极性和化学活性，极性表面，对偶极水分子有较强的吸引力，易被水润湿，亲水性强天然可浮性差。此表面亲水表面。天然可浮性差。 （2）弱键合力 断裂面呈现的不饱和键力主要为分子间力，极性较小，称为非极性表面，与偶极水分子的作用较弱，不易被水润湿，表现疏水易向气泡吸附，天然可浮性较好。 四、矿物表面的不均匀性 1、矿物表面的凹凸不平以及棱角等表面缺陷。 此宏观的不均匀性还包括孔隙和裂缝，直接影响表面能和作用活性，影响表面亲水性，可浮性。 2、矿物晶体本身的杂质杂质缺陷。 3、矿物晶格缺陷。 4、矿物表面化学的不均匀性。 第二节 液相及其性质 浮选是一种湿法分选过程，水及水中溶解的各种离子对矿物的表面性质，浮选药剂的物理化学性质都有极大的影响。 本章重点液体的一般性质和水的基本性质。 一、液体中质点排列的近程有序性 在每个分子周围由于分子间力的作用，其它分子可以出现类似晶体的有规则排列。而随距离的大，逐渐破坏直至消灭。即液体中分子有规划排列仅限于近程，近程有序。因此，液内的质点分布是介于完全不规则（即气态）和完全规则（即混合态）之间的一种中间过渡状态。促使液体内质点产生近程有序性的作用力比较复杂。此不作深究深究。 二、液体的表面张力和表面能 上节讲，固体表面的质点和内部质点所处环境状态不同，能量状态亦不尽相同，液体也有类似情况。 液体分子间存在着很大的内聚力（引力）。 液体内部的任一分子，各种引力相得补偿，合力为零。而液体表面层的分子，由于气体内不受引力的作用，使其所变到的向内部的引力不能得到补偿，形成合力P。在液体表面形成了一层向下挤压的表面膜，以缩小表面，即 形成表面引力。 一个分子如果要从液体内部迁移到液体表面，必须克服液体内部的合力。因此，液面上的分子比液体内部的分子具有过剩的能量，即为表面自由能（表面能成界面能）。 表面能等于液体内部分子迁移到表面并把位于表面分子移开所消耗的功，也就是增加液体单位新表面所需消耗的功。由于增加体系的表面需要作功，需要增加体系的总能量，根据能量最小原理，液体尽可以能收缩，以减少自己的表面积。 表面张力与单位面积上表面能（比表面能）的数值相等，但单位不同。表面张力δN/cm 表面能J/cm2.δ.γ，设一液体的表面积S，总表面的自由能w＝δS。 三、水分子的结构及基本性质 分子式H2O. 结构三个原子核构成两个质子为底的等腰三角形。氧原子的两个杂化轨道与氢成键，形成两个正电中心。而两个独对电子不成键，形成两个负电中心。构成四面体结构。电荷集中于四面体的四个顶部“四极”。 偶极正、负电荷中心较远，使水分子里具有较强的偶极矩。属强极性分子。称水分子为水偶极子。 基本性质 （1）4℃时水的密度最大。4℃为略高于冰点； （2）具有很高的价电常数； （3）具有很高的溶解能力； （4）导电率低，但对其它化合物有较大的电极能力； （5）有较疝的偶极矩，缔合作用强； （6）有形成氢键的特性。 四、水对浮选过程的影响 1、水分子之间的缔合作用 （1）氢键缔合 由于水分子的四极结构，每个分子都能和邻近的四个水分子通过氢键缔合形成四面体笼架（腔架）结构，此外还有“固体水---冰的结构”和“闪动簇团”模型。这些特征对浮选过程均有影响。以后再讲。 （2）偶极缔合 水偶极子的单分子缔合，在定向效应，色散效应和诱导响应作用下，水分子缔合。即分子按一定形成相互聚合成聚合体。 2、水分子与矿物表面的作用 水分子是强极性分子，即可以合极性表面作用，作用的结果是矿物表面水化或湿润，严重影响矿物与气泡的接触过程。 3、水的溶解能力 水的溶解能力在浮选过程中是有相当重要的作用，从而改变矿物表面的化学组成，界面电性，液相的化学组成而改变，近而改变矿物在浮选过程中的行为。 溶解过程是复杂过程，并伴随着复杂的化学反应，所以在浮选过程中应非常注意水对矿物的作用，水质情况及其离子对浮选的影响。 影响溶解的因素较多，液体中的离子组成，温度及粒度。 第三节 气相及其性质 浮选中所用的气相主要是空气，起到载体作用。 一、空气的组成及溶解度 空气是混合物，典型的非极性物质，是有对称的结构。易合非极性表面结合。 21％O2、78％N2 、0.9％Ar氩、0.04CO2及少量的其它气体和水蒸气。 水中溶解度顺序CO2 O2 Ar N2 空气在矿浆中的溶解度与压力、温度和水中溶解的其他物质的浓度有关。对浮选有意义的是压力与溶解度的 关系。 享利定律温度一定，混合气体中的每一组分的溶解度，随着其分压的增加而增加。 溶解度q＝KP。 温度与溶解度的关系qKT-1。 其他物质的浓度与q的关系qKC-1。 二、气相在浮选中作用与影响 作用 （1）载体作用主要组分能活跃地被吸附在矿物表面产生特殊作用，并直接影响矿粒的可浮性。 （2）活化剂作用其中最活跃的是氧。 第三章 浮选药剂及其作用机理 浮选药剂的作用调节矿物的可浮性，调整矿浆的浮选性质，改善气泡的质量，提高气泡矿化过程的选择性和浮选速度。 第一节 浮选药剂的分类与作用 一、捕收剂 作用点固液界面，且有选择性。 作用提高疏水性，增加可浮性，促使气泡附着，增强附着的牢固性。 二、起泡剂 作用点气液界面。 作用降低界面表面张力，促使空气在矿浆中弥散，形成小气泡，并防止气泡兼并，增加分选界面，提高气泡的稳定性。 三、调整剂 1．活化剂 作用点固液界面。 作用促进捕收剂与矿物表面的作用。 2．抑制剂 作用点固液界面。 作用削弱非目的矿物与捕收剂之间的作用。 3．介质PH值的调整剂 作用点矿浆介质。 作用调整电性。 4．分散与絮凝剂 作用点矿浆。 作用分散絮凝细泥，减少影响。 5.烃类油的捕收过程 （1）烃类油分散和粘附； （2）油滴展开； （3）形成油膜。 烃类油的辅助捕收作用（1）辅助捕收;（2）溶剂、乳化剂 第二节 捕收剂 一、捕收剂的分类和结构 非离子型烃类油，不溶性脂类。 离子型阳离子，阴离子，杂极性捕收剂。 阴离子型巯基（球基HS）烃基酸及皂类。 二、捕收剂的作用 1．提高矿物表面的疏水性； 2．增大矿物在气泡上的附着力和缩短诱导时间。 三、非极性烃类油捕剂及其作用机理 1．烃类油的性质； 2．烃类油的作用机理 （1）烃类油与水之间的作用； （2）烃类油与矿物之间的作用； （3）烃类油的捕收作用。 3．烃类油组成对捕收作用的影响 （1）非极性组分对浮选的影响； （2）杂极性化合物在浮选中的作用； （3）烃类油馏分对分选的影响。 4．提高烃类油浮选活性的途径 四、疏基类阴离子型捕收剂 硫化矿浮选时常用的捕收剂 1．特点烃链短，分子量小，极性亲固基含有两价的硫原子，水解后生成--SH基的产物。解离出阴离子具有捕收作用，属于杂极性物质。 2．代表药剂 （1）黄药类 分类a 烃基碳原子数，高级，低级； b 阳离子物质Na、K。 性质物理性质黄色粉末状固体。 化学性质不稳定，热、水、酸分解、失效，氧化生成双黄药ROCSS2。 捕收能力 a 烃链长短的影响，越长捕收能力越强； b 烃基结构影响，正构与异构的区别； c 目的物性质的影响。 黄药的选择性烃链越长，选择性削弱。 （2）黑药类 MeH甲酚， Na钠黑药，NH4丁铵黑药。 性质有些毒性，在酸性介质中不易分解。 丁铵黑药易溶于水，没有腐蚀性，性质稳定，不易变质。 捕收能力比黄药弱，选择 性强，适用矿浆PH值宽。 （3）硫氮捕收剂 （4）白药硫代二苯脲（CONH22） 3．与矿物的作用机理 二价硫为亲固基，这类药剂的作用机理基本相同。 （1）化学吸附说 在有氧环境下，捕收剂与矿物表面离子化学吸附生成疏水的不溶性的金属黄原酸