【采礦課件】第6章表面物理化學分選

1、第 6 章 表面物理化學分選習題解答 . 什么是表面物理化學分選？【解】 利用物料顆粒間的表面物理化學性質差異來進行分選，稱為表面物理化學分選。目前，表面物理化學分選方法中應用最廣泛，也是最重要的是浮選。浮選是利用礦物表面物理化學性質差異，（特別是表面潤濕性）在固- 液-氣三相界面，有選擇性富集一種或幾種目的物料，從而達到與廢棄物料分離的一種選別技術。 . 潤濕現(xiàn)象中的沾濕(a)、鋪展 (b)和浸濕 (c) 三種類型有何區(qū)別和聯(lián)系？【解】沾濕， 系統(tǒng)消失了固 -氣界面和水 -氣界面，新生成了固-水界面，單位面積上位能降低為：W SL = gSG +gLG -gSL = - ?G如果gSG +

2、gLG g SL，則位能的降低是正值，沾濕將會發(fā)生。鋪展： 系統(tǒng)消失了固 -氣界面，新生成了固-水界面和水 -氣界面，單位面積上W = g SG - gSL - gLG = - ?G若 gSG gSL + gLG，水將排開空氣而鋪展，為了達到很好的潤濕, 須使gLG 和 gSL 降低，而不降低gSG。浸沒系統(tǒng)消失了固 -氣界面，新生成了固-水界面，單位面積上W = g SG - gSL因此，自發(fā)浸沒的必要條件是gSG gSL，使每個連續(xù)階段成為可能的必要條件是：由階段到階段gSG + gLG gSL由階段到階段gSG g SL由階段到階段gSG g LG + gSL如果第三階段是可能的，則其他

3、階段亦皆可能。因此浸沒潤濕的主要條件是：gSG -gSL gLG 。所以浸沒潤濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。 . 固體顆粒表面潤濕性的度量有哪些參數(shù)？與顆粒浮選行為有何聯(lián)系？【解】 固體顆粒表面潤濕性的度量有接觸角、潤濕功與潤濕性、粘著功與可浮性。接觸角可以標志固體表面的潤濕性。如果固體表面形成的角很小，則稱其為親水性表面；反之，當 角較大，則稱其疏水性表面。角越大說明固體表面疏水性越強；角越小，則固體表面親水性越強。潤濕功亦可定義為：將固-液接觸自交界處拉開所需做的最小功。顯然，W SL 越大，即 cos 越大，則固 - 液界面結合越牢，固體表面親水性越強。W SG 表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度

4、。顯然，W SG 越大，即（ 1-cos ）越大，則固 -氣界面結合越牢，固體表面疏水性越強。當?shù)V物完全親水時， =0，潤濕性 cos =1，可浮性（ 1- cos ） = 0。此時礦粒不會附著氣泡上浮。當?shù)V物疏水性增加時，接觸角增大，潤濕性cos減小，可浮性（1- cos）增大。 . 礦物的表面潤濕性是如何分類的？【解】 礦物表面潤濕性，實際上反映了水化作用的強弱，其中價鍵性質是水化作用能的主要影響因素， 因而礦物價鍵與其表面潤濕性直接相關，依據(jù)價鍵特性， 可以把礦物的自然潤濕性分為 4 個類型，即強親水性、弱親水疏水性、疏水性、強疏水性。 . 如何改變固體間表面的天然潤濕性差異， 創(chuàng)造出較

5、大的人工潤濕性差異， 從而有利于實現(xiàn)浮選？【解】礦物或某些物料的浮選分離就是利用礦物間或物料間潤濕性的差別，并用調節(jié)自由能的方法擴大差別來實現(xiàn)分離的。常用添加特定浮選藥劑的方法來擴大物料間潤濕性的差別。捕收劑： 其分子結構為一端是親礦基團，另一端是烴鏈疏水基團（石油烴、石蠟等具有大的q和天然強疏水性，見表6-1），參見圖6-16。主要作用是使目的礦物表面疏水、增加可浮性，使其易于向氣泡附著。起泡劑：主要作用是促使泡沫形成，增加分選界面，與捕收劑也有聯(lián)合作用。調整劑：主要用于調整捕收劑的作用及介質條件，其中促進目的礦物與捕收劑作用的，為活化劑；抑制非目的礦物可浮性的，為抑制劑；調整介質pH 的，

6、為 pH 調整劑。 . 礦物在水介質中的表面電現(xiàn)象是如何起源的？簡述礦物表面的雙電層結構。【解】 礦物在水介質中的表面電現(xiàn)象起源于離子優(yōu)先解離（或溶解）、離子優(yōu)先吸附、離子吸附和電離、離子晶格取代。礦物表面的雙電層結構可用斯特恩（Stern）雙電層模型表示。在兩相間可以自由轉移，并決定礦物表面電荷（或電位）的離子稱“定位離子 ”。定位離子所在的礦物表面荷電層稱“定位離子層 ”或 “雙電層內層 ”。如圖中的A-A 層。溶液中起電平衡作用的反號離子稱：“配衡離子 ”或 “反離子 ”。配衡離子存在的液層稱“配衡離子層 ”或“反離子層 ”、 “雙電層外層 ”。在通常的電解質濃度下，配衡離子受定位離子的

7、靜電引力作用，在固-液界面上吸附較多而形成單層排列。隨著離開表面的距離增加，配衡離子濃度將逐漸降低，直至為零。因此，配衡離子層又可用一假設的分界面將其分成“緊密層 ”（或稱 “斯特恩層 ”），如圖中的B-B 層；以及 “擴散層 ”或稱 “古依（ Gouy）層 ”，如圖中的D 層。該分界面稱為“緊密面 ”。緊密面離礦物表面的距離等于水化配衡離子的有效半徑（）。 . 什么是零電點PZC ，什么是等電點IEP ？【解】 當 0 為零（或表面凈電荷為零）時，溶液中定位離子活度的負對數(shù)值被定義為“零電點”，用符號PZC（Point of Zero Charge ）表示。當沒有特性吸附，電位等于零時，溶液

8、中定位離子活度的負對數(shù)值為“等電點 ”。用符號 IEP（ Isoelectric Point ）表示。 . 什么是動電現(xiàn)象？它有何應用？如何通過動電現(xiàn)象來測定電位？【解】 當一相相對于另一相運動時，會引起一些電現(xiàn)象，稱為電動現(xiàn)象，包括電滲、電泳、流動電位和沉降電位。由電滲法測定電位通常是測出電滲電流和液體的電滲流出體積V ml/s, 由下式求出電位： 溶液電導率1 cm-1，3002 為換算因子， 為粘度泊（ g/cms）， D 為液體的介電常數(shù)， i 為電流強度 安培， V 為電滲時液體流過多孔性物質的體積（電泳法測 電位通常由所施加的電場強度 i，測得界面移動速度mls-1）。u，然后求得

9、電泳遷移率u0 ,便可根據(jù)式（ 6-25）求得電位(伏特 ) .舉例說明顆粒表面電性與浮選藥劑的吸附，顆?？筛⌒缘年P系？【解】 PZC 和 IEP 是礦物表面電性質的重要特征參數(shù)，當用某些以靜電力吸附作用為主的陰離子或陽離子捕收劑浮選礦物時， PZC 和 IEP 可作為吸附及浮選與否的判據(jù)。當物表面帶負電， 陽離子捕收劑能吸附并導致浮選 , pHPZC 時，礦,陰離子捕收劑可以以浮選針鐵礦為例，針鐵礦的零電點PZC 為 pH=6.7 ，當 pH6.7 時，針鐵礦的表面電位為負，此時用陽離子捕收劑如脂肪胺RNH 3，以靜電力吸附在礦物表面，使表面疏水良好上浮。 . 錫石的 Hpzc=6.6 。計

10、算 H=4 和 H 8 時錫石表面電位的大小，并說明其表面電性質。分別在此兩種不同條件下浮選錫石時，如何選擇捕收劑？【解】pH=4 時錫石表面電位選擇陰離子性捕收劑pH=8 時錫石表面電位選擇陽離子性捕收劑11.簡述半膠束吸附現(xiàn)象，及其在浮選中的應用?！窘狻慨旉庪x子表面活性劑濃度較低時，離子完全靠靜電力吸附在雙電層外層，起配衡離子作用，因此又稱為 “配衡離子吸附 ”。在濃度較高時，表面活性劑離子的烴鏈相互作用，形成半膠束狀態(tài)，產生半膠束吸附。 這種吸附是在靜電力吸附基礎上，又加上分子烴鏈間的范德華力的作用。半膠束吸附有利于增強礦物表面的疏水性，強化藥劑對礦物的捕收能力。 . 礦物溶解對浮選過程

11、有何影響？【解】 礦物溶解對浮選過程在以下幾個方面存在影響。（ 1）礦漿 pH 值及其緩沖性質硫化物礦物溶解后對溶液pH 值一般無影響。 氧化物礦物溶解后， 對溶液 pH 值的影響也不大。鹽類礦物的礦漿pH 值一般維持在某一狹小范圍，這就是鹽類礦物礦漿的緩沖性質。這意味著，無論礦漿的初始pH 值是多大，經(jīng)過一定時間平衡后，鹽類礦物礦漿的pH 值最終會趨于某一狹小范圍。（ 2）可浮性水化能大的，其溶解度大，礦物親水性大，可浮性差。因此，較難溶的純凈的硫化礦表現(xiàn)出一定的天然可浮性，而溶解度較大的氧化礦是親水的，沒有天然可浮性。（ 3）礦物溶解離子的活化作用由于礦物的溶解，使礦漿中溶入了各種離子，這

12、些離子會對礦物的浮選產生重要影響。例如溶解的 Cu2+會使閃鋅礦、黃鐵礦的浮選明顯改善，這時，我們稱Cu2+起了活化作用。 . 簡述硫化礦物表面靜電位與硫基捕收劑在礦物表面吸附的關系。【解】 當電極上沒有凈電流通過（即開路條件）時所測得的電極電位被稱為靜電位。捕收劑只在那些礦物的靜電位大于相應的二硫化物生成的可逆電位時，才氧化成二硫化物。對于那些靜電位低于可逆電位的硫化物，使生成金屬捕收劑鹽。 . 簡述硫化礦可浮性大小與容度積判據(jù)意義。【解】用藥劑與硫化礦金屬離子反應產物的溶度積大小衡量藥劑對硫化礦的作用能力，溶度積小時，藥劑對礦物的捕收能力強，反之則弱。例如按照乙基黃原酸鹽溶度積依次增大的順

13、序排列，常見硫化礦金屬離子順序如下（用當量溶度積K sp1/m 比較）：Au +，Cu+， Hg2+，Ag +，Bi 3+，Pb2+，Ni 2+，Zn2+，F(xiàn)e2+這也大體上是這些金屬硫化礦，用乙黃藥浮選時，可浮性依次降低的順序。 . 根據(jù)硫化礦浮選電化學原理。如何強化浮選過程中硫化礦的浮選和抑制行為？【解】 根據(jù)硫化物礦物與巰基類捕收劑相互作用的電化學機理和混合電位模型，硫化物礦物、捕收劑、氧氣三者的相互作用如圖所示。曲線 O 代表陽極過程；捕收劑離子X - 與礦物作用或捕收劑離子X - 的自身氧化。曲線 R 表示陰極過程：氧的還原。圖中 A 處于表示實際的混合電位，此時陽極電流和陰極電流大

14、小相等，方向相反。根據(jù)硫化礦浮選電位學理論，可以從以下五個方面強化或抑制浮選。（ 1）當加入還原劑，如亞硫酸鹽、 SO2 氣體等，或減少懸浮液中的氧含量時，氧的還原電流降低， R 曲線變?yōu)?R，混合電位由 A 處移至 B 處。表明氧化反應（ O 線表示）難以進行，即捕收劑不能在礦物表面形成疏水產物，浮選受到抑制；（ 2）若增大捕收劑濃度，或者加入長烴鏈的同系列捕收劑（較短鏈同系捕收劑易氧化），氧化電流（ O 線）增大至 O線，從圖可知在 B 處仍有捕收劑與硫化物礦物的作用，表明浮選加強；（ 3）提高捕收劑與礦物作用的氧化電位（如降低捕收劑濃度），使捕收劑的氧化需要更高的電位，即將 O 線移至

15、O線，則浮選難以進行，礦物受到了抑制；（ 4）浮選過程中加入比捕收劑更易氧化的藥劑，與 O2 形成共軛反應，消耗氧，也可以實現(xiàn)浮選的抑制；（ 5）硫化礦表面預先氧化形成親水物質，捕收劑難以吸附，浮選受到抑制 . 晶體的分類，結構和性質以及礦物的晶格結構與極性對礦物可浮性的影響？【解】 礦物表面潤濕性，實際上反映了水化作用的強弱，其中價鍵性質是水化作用能的主要影響因素， 因而礦物價鍵與其表面潤濕性直接相關，依據(jù)價鍵特性， 可以把礦物的自然潤濕性分為 4 個類型，即強親水性、弱親水疏水性、疏水性、強疏水性。界面類型表面不飽E/E接觸角 ( )水結代表性礦和鍵性質構類物W型石英、云離子鍵母、錫石、強親水共價鍵1無A 型 剛玉、高金屬鍵嶺石、方解石等弱親水離子共價鍵 ( 部