礦物加工工程浮選2(雙語,2016版)

1、 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2. Fundamentals of flotation Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.1 礦物表面的潤濕性與可浮性2.2 可浮性指數(shù)(粘附功)2.3 礦物表面能和極化作用2.4 礦物表面的水化作用2.5 礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與自然可浮性2.6 礦物在水中的溶解與氧化2.7 兩相界面雙電層2.8 礦物表面的吸附2.9 實際礦物的晶體特征 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.1 礦物表面的潤濕性與可浮性1）潤濕性(

2、Wettability)和潤濕過程水水水水潤濕不潤濕石英是親水性(hydrophilic)物質(zhì),輝鉬礦是疏水性(hydrophobic)物質(zhì)。潤濕現(xiàn)象決定礦粒與氣泡發(fā)生碰撞時能否附著于其上，并被浮游。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: Prof. Yin Wanzhong telEmail:潤濕過程潤濕過程 W固氣水氣固水W固 氣固 水W固氣固水水氣 Prof. Yin Wanzhong telEmail:a 沾濕沾濕 Prof. Yin Wanzhong telEm

3、ail:b 鋪展鋪展 Prof. Yin Wanzhong telEmail:c 浸沒浸沒 Prof. Yin Wanzhong telEmail:使每個連續(xù)階段成為可能的必要條件是：由階段到階段 SG + LG SL 由階段到階段 SG SL 由階段到階段 SG LG + SL如果第三階段是可能的，則其他階段亦皆可能。因此浸沒潤濕的主要條件是： SG -SL LG所以浸沒潤濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:Importance of wettability: For

4、the solid particles to float, their surface must be hydrophobic, i.e., wetted only partially by water. The contact angle is a good measure of the surface hydrophobicity. Prof. Yin Wanzhong telEmail:2）潤濕性的評價(Appreciation of wettability)The contact angle can be related with the interfacia

5、l tensions at the solid-air( SA),solid-water ( SW) and water-air( WA) interfaces at equilibrium as in figure: SA= SW+ WACOS (Youngs equation)OrThe force required to break the particle bubble interface is called the work of adhesion, WSA,and is equal to the work required to separated the solid-air in

6、terface and produce separate air-water and solid water interfaces, i.e. WSA= WA+ SW- SACombining with the young equation gives WSA= WA(1-COS )WASWSAcos Prof. Yin Wanzhong telEmail:水水氣氣固固水氣固水固氣評價方法：接觸角（或cos ）三相接觸點(diǎn)：固體表面被潤濕過程中，液、氣、固三相都存在的點(diǎn)。潤濕周邊：固體表面被潤濕過程中，液、氣、固三相接觸線。接觸角 ：規(guī)定固水與水氣二個界面張力所包的角。

7、平衡時：固氣= 固水+ 水氣cos水氣固水固氣cos楊氏方程 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 0Fy(1) 0Fx由（2）得： sl+ glcos- sg0(2)glslsgcoslsgXM sg gl sl Prof. Yin Wanzhong telEmail:氣體液體LG固體SG氣體液體LG固體SG氣體液體LG固體SG氣體液體LG固體SG氣體液體LG固體SG Prof. Yin Wanzhong telEmail:3）接觸角的常用測定方法躺滴法和氣泡法躺滴法和氣泡法 粉末潤濕性測定粉末

8、潤濕性測定 Prof. Yin Wanzhong telEmail:4）接觸角與潤濕性和浮選的關(guān)系：(Relation of contact angle, wettability and flotation) 接觸角是反映礦物表面親水性與疏水性強(qiáng)弱程度的一個物理量，接觸角越大，礦物表面親水性越弱，氣泡越易排開礦物表面的水化膜，礦物在氣泡表面的附著穩(wěn)固，因而越易浮選。The contact angle increased with the degree of hydrophobicityParticles of higher hydrophobicity are mor

9、e readily picked up bystatic bubbles. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 潤濕性指標(biāo)(Wettability index)：cos 可浮性指標(biāo)(Flotability index) ：1-cos 接觸角 越大，潤濕性指標(biāo)cos 越小，即潤濕性越小，可浮性指標(biāo)1-cos 越大，即礦物可浮性越好。 如輝鉬礦(molybdenite) 60 方鉛礦(gelena) 47 方解石(calcite) 20 云 母(mica) 0 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 圖圖a

10、 a表示可以被水完全潤濕的固體，水滴可沿整個表面展開，表示可以被水完全潤濕的固體，水滴可沿整個表面展開， 值近于零。值近于零。 圖圖b b表示，當(dāng)表示，當(dāng) 90W2，即粘著過程體系自由能是降低的，即礦物粒在氣泡上的粘著是一個自發(fā)過程，且W越大，附著的可能性越大； 2）上式未考慮礦粒附著于氣泡的中間過程，故只能定性分析。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.3 礦物表面能(Surface energy)和極化作用(polarization) Some energy exists at surfaces, it is the unbalanced

11、bond energy. For example, balance of bonding energy inside the phase and at interface. Increasing surface area needs work to be done, i.e., work must be done to break down a solid (to produce some new surface) or to extend a liquid surface. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 礦物實際上都是晶體(crystal

12、)，是原子(atom)、分子(molecule)和離子(ion)在空間以一定鍵聯(lián)系起來，并進(jìn)行排列。礦物內(nèi)部鍵能是平衡的，但表面原子、分子或離子朝向內(nèi)部的一方與內(nèi)層是平衡的，但朝向外部的一方，鍵能沒有得到飽和。故表面不飽和鍵的性質(zhì)決定了礦物的潤濕性，進(jìn)而決定了礦物的可浮性。 礦物表面的離子能發(fā)生極化現(xiàn)象，離子價數(shù)越高，離子半徑越小，極化越難。因此負(fù)離子較易極化，陽離子較難極化。不同礦物表面極性不同，導(dǎo)致與極性水分子(polar water molecule)的作用程度不同，使?jié)櫇裥源嬖诓町悺．?dāng)表面是離子鍵(ionic bond)或共價鍵(coovalent bond)時，由于極性強(qiáng)，易于極性水

13、分子發(fā)生作用，故親水，表面是分子鍵(molecular bond)時，極性小，與極性水分子的作用弱，故表面疏水。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:礦物表面的極性與水分子的作用程度潤濕性舉例強(qiáng)極性的共價鍵和離子鍵極強(qiáng)親水性云母、石英、長石部分補(bǔ)償?shù)墓矁r鍵強(qiáng)弱親水性-弱疏水性方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦弱極性的分子鍵弱疏水性滑石、葉臘石、輝銅礦非極性的分子鍵極弱疏水性自然硫、石蠟Relation between polarity and wettability of minerals surface Prof. Yin Wanzhong tel:1360

14、4920519 Email:極性礦物的分類1組組(弱極性弱極性)2組組3(a)組組4組組5組（強(qiáng)極性）組（強(qiáng)極性）方鉛礦方鉛礦重晶石重晶石白鉛礦白鉛礦赤鐵礦赤鐵礦鋯鋯 石石銅銅 藍(lán)藍(lán)硬石膏硬石膏孔雀石孔雀石磁鐵礦磁鐵礦硅鋅礦硅鋅礦斑銅礦斑銅礦石膏石膏藍(lán)銅礦藍(lán)銅礦針鐵礦針鐵礦異極礦異極礦輝銅礦輝銅礦硫酸鉛礦硫酸鉛礦鉬鉛礦鉬鉛礦鉻鐵礦鉻鐵礦綠柱石綠柱石黃銅礦黃銅礦鈦鐵礦鈦鐵礦長長 石石輝銻礦輝銻礦3(b)組組剛剛 玉玉硅線石硅線石輝銀礦輝銀礦螢螢 石石軟錳礦軟錳礦石榴石石榴石輝鉍礦輝鉍礦方解石方解石褐鐵礦褐鐵礦石石 英英針鎳礦針鎳礦碳酸鋇礦碳酸鋇礦硼硼 砂砂輝鈷礦輝鈷礦菱鎂礦菱鎂礦黑鎢礦黑鎢礦毒毒

15、 砂砂白云石白云石鈮鐵礦鈮鐵礦黃鐵礦黃鐵礦磷灰石磷灰石鉭鐵礦鉭鐵礦閃鋅礦閃鋅礦白鎢礦白鎢礦金紅石金紅石雌雌 黃黃菱鋅礦菱鋅礦錫錫 石石鎳黃鐵礦鎳黃鐵礦菱錳礦菱錳礦雄雄 黃黃菱鐵礦菱鐵礦自然金、鉑、銀、自然金、鉑、銀、銅銅獨(dú)居石獨(dú)居石 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.4 礦物表面的水化作用(Hydration) 礦物在水中，表面與極性水分子(polar water molecule)發(fā)生水化作用(hydration)，使礦物表面不飽和鍵力得到一定補(bǔ)償。 水化作用的強(qiáng)弱與礦物表面不飽和鍵(undersaturation)的性質(zhì)和極性的強(qiáng)弱密切相

16、關(guān)。 放于水中的礦物由于不飽和鍵力或極性的影響吸引偶極(dipole)水分子，使極性水分子在礦物表面產(chǎn)生定向、密集的有序排列，這種界面水就稱為礦物表面的水化膜（水化層）(hydrated layer)。 極性礦物表面，水分子受強(qiáng)靜電(electrostatic)、氫鍵(hydrogen bond)及偶極作用，這種作用遠(yuǎn)超過水分子間的氫鍵作用，迫使部分氫鍵斷開，在礦物表面形成一個水分子的定向、密集的有序排列。這種作用較強(qiáng)，可達(dá)幾千、幾萬個水分子。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 非極性(nonpolar)表面，水分子在礦物表面發(fā)生誘導(dǎo)效應(yīng)(in

17、duction effect)、分散效應(yīng)(dispersion effect) ，這種作用較弱。 水化層性質(zhì)：水分子作定向、密集排布，粘度高，穩(wěn)定性好。 水化層厚度與礦物的潤濕性成正比，親水性礦物水化層的厚度較厚，可達(dá)10-3厘米，疏水性礦物表面水化膜的厚度薄，只有10-610-7厘米。 水化膜示意圖水化膜示意圖a疏水性礦物（如輝鉬礦），表面呈弱鍵，水化膜?。皇杷缘V物（如輝鉬礦），表面呈弱鍵，水化膜?。籦親水性礦物（如石英），表面呈強(qiáng)鍵，水化膜厚親水性礦物（如石英），表面呈強(qiáng)鍵，水化膜厚 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.5 礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

18、(structure)與自然可浮性(nature flotability) 化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)表面極性和不飽和鍵的性質(zhì)表面潤濕性可浮性晶體結(jié)構(gòu)特征斷裂面鍵的特征表面潤濕性代表礦物水中接觸角天然可浮性晶格質(zhì)點(diǎn)間以弱分子鍵相聯(lián)系分子鍵小自然硫Native sulphur78好晶格由原子或離子層構(gòu)成，層間原子間以強(qiáng)鍵結(jié)合，層與層間是分子鍵。以分子鍵為主，同時存在少量強(qiáng)鍵中滑石 talc石墨 graphite輝鉬礦 molybdenite696060中晶格有各種不同的結(jié)構(gòu)，晶格質(zhì)點(diǎn)間以強(qiáng)鍵結(jié)合強(qiáng)鍵（離子鍵、共價鍵和金屬鍵）大方鉛礦 galena螢石 fluorite黃鐵礦 pyrite重晶石 bari

19、te方解石 calcite4741303020差 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 礦物浮選的晶體化學(xué)原理：礦物浮選的晶體化學(xué)原理：是指礦物晶體化學(xué)特征是指礦物晶體化學(xué)特征與表面特性和可浮性之間的關(guān)系。與表面特性和可浮性之間的關(guān)系?；瘜W(xué)組成晶體結(jié)構(gòu)元素賦存狀態(tài)晶格缺陷晶格置換表面電性表面鍵不飽和性表面潤濕性表面自由能表面解離特性自然可浮性藥劑吸附特性礦物交互影響活化、抑制去活、解抑晶格化學(xué)鍵晶體化學(xué)特征表面特性可浮性 Prof. Yin Wanzhong telEmail:礦物的價鍵類型礦物的價鍵類型價鍵類型價鍵類型舉

20、例舉例離子鍵或離子晶格離子鍵或離子晶格螢石、方解石、白鉛礦、鉛礬、螢石、方解石、白鉛礦、鉛礬、孔雀石、閃鋅礦和巖鹽等孔雀石、閃鋅礦和巖鹽等共價鍵或共價晶格共價鍵或共價晶格金剛石、石英、金紅石、錫石等金剛石、石英、金紅石、錫石等分子鍵或分子晶格分子鍵或分子晶格硫、石墨、輝鉬礦等硫、石墨、輝鉬礦等金屬鍵或金屬晶格金屬鍵或金屬晶格自然銅、金等自然銅、金等 Prof. Yin Wanzhong telEmail:Relation between polarity and wettability of minerals surface類類 別別表面性表面性質(zhì)質(zhì)分子鍵，非分子鍵，

21、非極性極性表面表面共價鍵，部分金屬共價鍵，部分金屬鍵和鍵和離子鍵離子鍵離子鍵，極離子鍵，極性性表面表面多種鍵型，極性多種鍵型，極性表面表面氧化易溶，氧化易溶，極性極性表面表面表面極易表面極易溶解溶解潤濕性潤濕性小小較小較小較大較大大大大大大大所包含所包含的主要的主要礦物礦物硫、石墨、硫、石墨、煤、滑石、煤、滑石、輝鉬礦、金、輝鉬礦、金、銀、鉑銀、鉑黃銅礦、輝銅礦、黃銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)、斑銅礦、黝銅藍(lán)、斑銅礦、黝銅礦、斜方硫砷銅銅礦、斜方硫砷銅礦、砷黝銅礦、方礦、砷黝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、鐵礦、磁黃鐵礦、砷黃鐵礦、鎳黃鐵砷黃鐵礦、鎳黃鐵礦、針硫鎳礦、砷礦、針硫鎳

22、礦、砷鎳礦、硫化鈷礦、鎳礦、硫化鈷礦、輝砷鈷礦、雄黃、輝砷鈷礦、雄黃、雌黃、毒砂、輝銻雌黃、毒砂、輝銻礦、輝鉍礦、礦、輝鉍礦、 辰砂辰砂螢石、白鎢螢石、白鎢礦、磷灰石、礦、磷灰石、方解石、白方解石、白云石、重晶云石、重晶石、菱鎂石石、菱鎂石赤鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、軟錳礦、菱錳礦、軟錳礦、菱錳礦、黑鎢礦、鈦鐵礦、黑鎢礦、鈦鐵礦、鉭鐵礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦、鈮鐵礦、金紅石、鋯英石、金紅石、鋯英石、綠柱石、錫石、綠柱石、錫石、鋰輝石、石英、鋰輝石、石英、電氣石、藍(lán)晶石、電氣石、藍(lán)晶石、高嶺石、鋁土礦、高嶺石、鋁土礦、剛玉剛玉孔雀石、藍(lán)孔雀石、藍(lán)銅礦、赤銅銅礦、赤銅

23、礦、硅孔雀礦、硅孔雀石、白鉛礦、石、白鉛礦、鉛釩、鉬鉛鉛釩、鉬鉛礦、菱鋅礦、礦、菱鋅礦、異極礦異極礦硼砂、巖硼砂、巖鹽、鉀鹽鹽、鉀鹽 Prof. Yin Wanzhong telEmail:礦物的表面鍵能與天然可浮性礦物的表面鍵能與天然可浮性 浮選所遇到的礦物斷裂面，具有不飽和的鍵能，能與水浮選所遇到的礦物斷裂面，具有不飽和的鍵能，能與水偶極的作用，將決定礦物的天然可浮性。偶極的作用，將決定礦物的天然可浮性。沿較弱的分子鍵層面斷裂的礦物，其表面是弱的分子鍵沿較弱的分子鍵層面斷裂的礦物，其表面是弱的分子鍵，對水分子引力小，為非極性礦物，可浮性好；，對水分子引力小，為非極

24、性礦物，可浮性好；內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于離子晶格或共價晶格的礦物，礦物斷裂面內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于離子晶格或共價晶格的礦物，礦物斷裂面呈現(xiàn)原子鍵或離子鍵，具有較強(qiáng)的偶極作用或靜電力，呈現(xiàn)原子鍵或離子鍵，具有較強(qiáng)的偶極作用或靜電力，因而親水，可浮性小；因而親水，可浮性?。粚崿F(xiàn)礦物的浮選依靠人為改變礦物的可浮性。實現(xiàn)礦物的浮選依靠人為改變礦物的可浮性。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:天然可浮性天然可浮性 代表性礦物代表性礦物結(jié)晶構(gòu)造結(jié)晶構(gòu)造天然可浮性天然可浮性代表性礦物代表性礦物結(jié)晶構(gòu)造結(jié)晶構(gòu)造好好(1) (1) 石石 蠟蠟分子結(jié)晶分子結(jié)晶差差(7) (7) 自然銅

25、自然銅金屬結(jié)晶金屬結(jié)晶(2) (2) 自然硫自然硫(8) (8) 方鉛礦、黃鐵礦方鉛礦、黃鐵礦共價及金屬結(jié)晶共價及金屬結(jié)晶中中(3) (3) 滑滑 石石離子結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)離子結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)(9) (9) 螢螢 石石離子結(jié)晶離子結(jié)晶(4) (4) 輝鉬礦輝鉬礦共價結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)共價結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)(10) (10) 重晶石重晶石離子結(jié)晶離子結(jié)晶(5) (5) 石石 墨墨片狀結(jié)晶片狀結(jié)晶(11) (11) 石石 英英架狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)(6) (6) 葉蠟石葉蠟石共價結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)共價結(jié)晶及層狀結(jié)構(gòu)(12) (12) 云云 母母層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)礦物天然可浮性分類礦物天然可浮性分類 Prof. Yin W

26、anzhong telEmail:各類結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物晶體化學(xué)特征的比較各類結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物晶體化學(xué)特征的比較 硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)類型類型島狀結(jié)構(gòu)島狀結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)單元基本結(jié)構(gòu)單元SiO44-Si2O76-SiO3n2n-Si2O5n2n (n3)SiO3n2n- (n2)Si4O11n2n (n1)Si2O5n2n- (n2)SiO2(Al,Si)O2結(jié)構(gòu)中共用氧的結(jié)構(gòu)中共用氧的角頂數(shù)角頂數(shù)無共用氧或共無共用氧或共用用1個氧個氧單層環(huán)共用兩氧單層環(huán)共用兩氧雙層環(huán)共用三氧雙層環(huán)共用三氧單鏈共用兩個氧單

27、鏈共用兩個氧雙鏈共用三個氧雙鏈共用三個氧共用三個氧共用三個氧共用四個氧共用四個氧結(jié)構(gòu)中陽離子類結(jié)構(gòu)中陽離子類型型高電價、低配高電價、低配位的陽離子位的陽離子各種離子形式都存在各種離子形式都存在 各種離子形式如存在各種離子形式如存在各種離子形式都各種離子形式都存在存在為低電價、為低電價、高配位的陽高配位的陽離子離子結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)中Al對對Si的取的取代程度代程度 很少取代很少取代部分取代部分取代單鏈部分取代單鏈部分取代雙鏈最多能取代雙鏈最多能取代1/42:1型取代普遍，型取代普遍，最高達(dá)最高達(dá)20%，1:1型取代很少。型取代很少。取代普遍，取代普遍，最高可取代最高可取代50%舉例舉例鐵鋁石榴子石鐵鋁

28、石榴子石綠柱石綠柱石鋰輝石鋰輝石普通角閃石普通角閃石鋰云母鋰云母長石長石 Prof. Yin Wanzhong telEmail:鐵鋁石榴子石鐵鋁石榴子石(島狀島狀)Si-OFe-OAl-OMn+/O2-=1.04:1PZC=46 Prof. Yin Wanzhong telEmail:綠柱石（環(huán)狀）綠柱石（環(huán)狀）Si-OAl-OBe-OMn+/O2-=0.36:1PZC=2.53.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:鋰輝石鋰輝石(單鏈結(jié)構(gòu)單鏈結(jié)構(gòu))Si-OAl-OLi-OMn+/O2-=0.

29、37:1PZC=1.54.0 Prof. Yin Wanzhong telEmail:普通角閃石普通角閃石(雙鏈結(jié)構(gòu)雙鏈結(jié)構(gòu))Si-OAl-OM-OMn+/O2-=0.58:1PZC=3.05.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:鋰云母（層狀）鋰云母（層狀）Si-OAl-OK-OMn+/O2-=0.34:1PZC=0.63.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:高嶺石 葉蠟石 1.00nmcaxis(2 2 X)K + 2 X H2O6 O3 Si + Al(2 2 X)

30、(OH) + 4 O + XH2O(2 2 X)(OH) + 4 O + XH2O4 Al3 Si + Al6 Ob axis 95.5伊利石 礦物礦物種類種類鍵的鍵的類型類型自然自然pH下下接觸角接觸角層間靜電能層間靜電能/kJ/mol） 高嶺石高嶺石氫氫 鍵鍵12o146.54伊利石伊利石離子鍵離子鍵10o133.98葉臘石葉臘石分子鍵分子鍵48o27.21鋁硅酸鹽礦物（鋁硅酸鹽礦物（001001）晶面斷裂鍵型與鍵數(shù)）晶面斷裂鍵型與鍵數(shù)鋁硅酸鹽礦物各晶面斷裂鋁硅酸鹽礦物各晶面斷裂Si-OSi-O鍵數(shù)鍵數(shù)礦物礦物種類種類單位晶面斷裂單位晶面斷裂Si-O鍵數(shù)鍵數(shù)nm-2 010110100高嶺

31、石高嶺石2.732.643.04伊利石伊利石2.902.893.33葉臘石葉臘石4.244.124.82用常規(guī)陽離子捕收劑，不同鋁硅酸鹽礦物表面潤濕性與可浮性差異大用常規(guī)陽離子捕收劑，不同鋁硅酸鹽礦物表面潤濕性與可浮性差異大 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 246810120204060 kaolinite pyrophyllite illiteContact Angle (degree)pH 鋁硅酸鹽礦物表面接觸角與鋁硅酸鹽礦物表面接觸角與pHpH的關(guān)系的關(guān)系 Prof. Yin Wanzhong telEmail

32、:石英（架狀）石英（架狀）Si-OMn+/O2-=0.07:1PZC=1.52.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail:微斜長石（架狀）微斜長石（架狀）Si-OAl-OK-OMn+/O2-=0.28:1PZC=1.52.5 Prof. Yin Wanzhong telEmail: Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.6 礦物在水中的溶解(dissolution)與氧化(oxidation) 礦物在水中要受到氧化和水化作用，導(dǎo)致礦物晶格內(nèi)部鍵能削弱、破壞，從而使表面一些離子溶

33、解下來。這些離子與水中固有的離子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等，統(tǒng)稱為“難免離子” (unavoidable ion) 難免離子對浮選的影響： 使用脂肪酸(fatty acid)類捕收劑時， Ca2+、Mg2+等離子與捕收劑反應(yīng)生成沉淀；多金屬分離時，Cu2+對閃鋅礦的活化；季節(jié)性變化時，一些積雪融化帶來的腐爛植物的分解產(chǎn)物對浮選要產(chǎn)生影響。 消除難免離子影響的方法： 水的軟化；控制充氣氧化條件；控制磨礦時間和細(xì)度；調(diào)節(jié)pH值，使某些難免離子形成不溶性沉淀物。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.7 兩相

34、界面雙電層(Electrical double layer) A mineral particle in aqueous solution invariably has an electrical charge and an electrical double layer if formed at the solid/liquid interface. 浮選主要涉及固液界面，故稱兩相界面。 1）礦物表面荷電起源(Origins of the charge) 礦物表面組分的選擇性解離或溶解作用(Preferential or unequal dissolution of lattice ions

35、)Ca2+Ca2+F-F-F-F-Ca2+Ca2+H2O(H+,OH-)Ca2+Ca2+F-F-F-F-Ca2+Ca2+H2OH+OH- 由于F-的水合自由結(jié)能大于Ca2+，故礦物表面荷正電。 The solubility of cations or anions, which constitute the Crystal lattice, are different to some extent. If: Solubility of cations solubility of anions surface (-) charged Solubility of cations PZCpHPZC時

36、，時， 0 000時，礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)時，礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)pHPZCpH00時，礦物表面荷正電。時，礦物表面荷正電。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: For ionic or slightly soluble minerals: For some sulfides (semiconductors) in 6.2510-4 mol/L ethel-xanthate solution at pH=7.0 mineral 0(V) pyrite 0.22 galena 0.06 chalcopyrite 0.14 為斯特恩層電位(Stern p

37、otential)，即緊密層電位，為緊密層面與溶液之間的電位差，一般假定與電動電位相等。 ( is the potential at the Stern or compact layer relative to bulk solution)(059. 00pMpMnPZC Prof. Yin Wanzhong telEmail:為電動電位(Electrkinetic potential or Zeta potential)，當(dāng)固體與溶液在外力(如電場力、重力、機(jī)械力等)作用下發(fā)生相對運(yùn)動時，滑移面與溶液間產(chǎn)生的電位差。( is the potential of the

38、 slipping plane relative to the bulk solution. The Zeta potential may occur when a particle is moved under the influence of external force (electrical, mechanical or gravitational) with the stern layer and leaving behind the diffuse layer. Zeta potential can be measured experimentally.)等電點(diǎn)(Iso-Elect

39、ro Point)：當(dāng)存在特性吸附的體系中，電動電位為零時電解質(zhì)濃度的負(fù)對數(shù)。常用IEP來表示。即電荷轉(zhuǎn)換點(diǎn)。(It is the negative logarithm of the P.D. activity(or concentration) when = 0=0 in the absence of specific adsorption.)Zeta potential is easy to be measured by electrophoresis or electro-osmosis, it is very important to flotation and water treat

40、ment, it controls the collector adsorption on mineral surface and flocculation of finely dispersed suspension. For example, a suspension would coagulated spontaneously(自發(fā)地) at 10mv approximately. Prof. Yin Wanzhong telEmail:特性吸附：一些電解質(zhì)解離后的離子能克服靜電斥力進(jìn)入緊密層，改變電動電位。這種吸附稱特性吸附，且存在化學(xué)鍵力的作用。注意：當(dāng)不存

41、在特性吸附時，為零時，0也為零，故此時PZC=IEP。Some intermediate form （中間吸附形式） between chemical and physical adsorption involves both chemical and physical mechanism. Characters: High adsorption heat (strength) High selectivityTypical example: Adsorption of hydrogen bonding Adsorption of polyvalent inorganic or organic

42、 electrolytes, such as Na2SO4 or RSO4Na on corundum（剛玉）Al2O3 surface. Prof. Yin Wanzhong telEmail:pHIEP+-PZCIEPFe3+NaOlpHIEP=PZC+-NaCl Prof. Yin Wanzhong telEmail:常見礦物表面零電點(diǎn)或等電點(diǎn)常見礦物表面零電點(diǎn)或等電點(diǎn)礦物礦物pHPZC或或pHIEP礦物礦物pHPZC或或pHIEP赤鐵礦赤鐵礦Fe2O38.0,6,7.8,4孔雀石孔雀石CuCO3Cu(OH)27.9針鐵礦針鐵礦FeOO

43、H7.4,6.7菱錳礦菱錳礦MnCO310.5剛玉剛玉Al2O39.0,9.4菱鐵礦菱鐵礦FeCO311.2錫石錫石SnO24.5,6.6水磷鋁石水磷鋁石AlPO42H2O4.0金紅石金紅石TiO26.2,6.0紅菱鐵礦紅菱鐵礦FePO42H2O2.8軟錳礦軟錳礦MnO25.6,7.4氟磷灰石氟磷灰石 Ca5(PO4)3(F，OH)6.0墨銅礦墨銅礦CuO9.5黑鎢礦（黑鎢礦（MnFe）WO422.8赤銅礦赤銅礦Cu2O9.5高嶺石高嶺石Al3.4鋯石鋯石ZnSiO35.8薔薇輝石薔薇輝石MnSiO32.8鈦鐵礦鈦鐵礦FeTiO28.5鎂橄欖石鎂橄欖石Mg2SiO44.1鉻鐵礦鉻鐵礦FeCr2

44、O45.6,7.2鐵橄欖石鐵橄欖石Fe2SiO45.7磁鐵礦磁鐵礦Fe3O46.5紅柱石紅柱石Al2SiO37.5, 5.2方解石方解石CaCO36.0,8.2,9.5,10.8透輝石透輝石CaMg(SiO3)22.8菱鎂石菱鎂石MgCO368.6滑石滑石3.6菱鋅礦菱鋅礦ZnCO37.4,7.8石英石英SiO21.8,2.2白云石（白云石（Ca，Mg）CO37.0重晶石重晶石BaSO49.5,pBa 3.9-7.0白鎢礦白鎢礦CaWO41.8,pCa 4.0-4.8螢石螢石CaF26.0,pCa 2.6-7.7 Prof. Yin Wanzhong telEmail

45、:動電位的測定方法：1）電滲）電滲 在外加電場作用下，液相沿著固相在外加電場作用下，液相沿著固相(毛細(xì)管、多孔隔膜、毛細(xì)管、多孔隔膜、多孔塞、粉末等多孔塞、粉末等)移動。移動。 動電位測定動電位測定 測出電滲電流和液體的電滲流出體積測出電滲電流和液體的電滲流出體積2）電泳）電泳 在外電場作用下，分散在液相中的固體粒子的移動在外電場作用下，分散在液相中的固體粒子的移動 。4vDI20(300) (fD伏特） Prof. Yin Wanzhong telEmail: 3）影響雙電層的因素(Influencing Factors to electrical double l

46、ayer) 影響因素：pH值，水中離子組成，電解質(zhì)的濃度等。離子吸附對雙電層的影響如下： 定位離子的吸附(Adsorption of P.D. ions) 定位離子主要在雙電層內(nèi)層發(fā)生吸附，故能改變礦物的表面電位，又可以改變電動電位。且吸附具有高度選擇性(Selectivity)，非定位離子不能吸附。(Adsorption of P.D. ions can change surface potential and the sign of the surface potential)D12電位12 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 惰性電解質(zhì)離子

47、(indifferent electrolyte ion)的吸附 惰性離子只起反離子的作用，主要集中在擴(kuò)散層(Diffuse layer)。當(dāng)其濃度增加時，擴(kuò)散層的厚度減小，此時過剩的反離子擠入緊密層(Stern layer)中，導(dǎo)致電動電位減小，但不會變號。這種吸附無選擇性(selectivity)。D電位1212 Prof. Yin Wanzhong telEmail:石英在十二烷基醋酸胺及氯化鈉溶液中的電位 Prof. Yin Wanzhong telEmail:特性吸附離子(Specific adsorption ion)的吸附 一些

48、離子如表面活性劑離子除了能通過靜電力吸附外，還能通過化學(xué)鍵力和分子作用力在雙電層緊密層吸附，從而改變電動電位的大小和符號。但礦物表面電位不會發(fā)生改變。這種吸附具有嚴(yán)格的選擇性(selectivity)。D電位123 Prof. Yin Wanzhong telEmail:油酸鈉溶液中pH對金紅石電動電位的影響 Prof. Yin Wanzhong telEmail:離子在雙電層中吸附位置吸附作用力的類型及屬性被吸附離子的類型及名稱離子吸附對電位的影響吸附進(jìn)行的基本特點(diǎn)固體表面定位離子層(Inner layer)與晶格質(zhì)點(diǎn)的作用力類同定位離子吸

49、附改變0，可使其反號，可改變吸附過程具有高度的選擇性Stern層內(nèi)的配衡離子層(Stern layer)靜電力+化學(xué)鍵力+色散力+氫鍵離子特性吸附（長碳鏈有機(jī)物的半膠束吸附）0不改變，改變，可使其反號吸附過程有較強(qiáng)的選擇性，在一定條件下不受靜電力支配。擴(kuò)散層的配衡離子層(Diffuse layer)靜電力不反應(yīng)離子（惰性離子）的吸附不改變0，僅壓縮擴(kuò)散層，改變，但不能改變其符號吸附過程無選擇性，只要電性符號相反即可吸附雙電層中離子吸附特征及其對電位影響綜合比較雙電層中離子吸附特征及其對電位影響綜合比較 Prof. Yin Wanzhong telEmail:一水硬鋁石

50、表面Zeta電位 pH關(guān)系-60-50-40-30-20-1001020024681012pH動電位 /mv一水硬鋁石十二胺浮選四種礦 物回收率與pH關(guān)系020406080100024681012pH回收率 %十二胺十二烷基磺酸鈉10-4M陰離子捕收劑陰離子捕收劑,pHPZC,pHPZC,pHPZC一水硬鋁石表面帶負(fù)電一水硬鋁石表面帶負(fù)電, ,可浮性較好可浮性較好礦物表面電性與可浮性礦物表面電性與可浮性 Prof. Yin Wanzhong telEmail:2.8 礦物表面的吸附(Adsorption) 特指固液界面的吸附。 吸附(adsorption)定義：固相在

51、水溶液中，或者某種物質(zhì)在任何兩相界面上發(fā)生富集（或相反）的現(xiàn)象。 親水性礦物在捕收劑的作用下表面疏水，使其可浮。疏水性礦物在抑制劑的作用下表面親水，使其浮選被抑制。 吸附本質(zhì)吸附本質(zhì)： 物理吸附(Physical adsorption)：吸附本質(zhì)是物理作用，分子靠范德華力(Van der Waals forces)，離子靠靜電力(electrostatic force)吸附。沒有化學(xué)鍵的生成與破壞，也沒有原子的重新排列。 Prof. Yin Wanzhong telEmail:The driving force of this type of ads：Electros

52、tatic force; Van der Waals forces; hydrophobic forceCharacters: Low heat of adsorption(21KJ/mol) low driving force of adsorption; Reversible, i.e. no essential change of the adsorbate and adsorbent before and after adsorption. Mono-molecular or multi-molecular adsorption layers may occur High rate P

53、rof. Yin Wanzhong telEmail: 化學(xué)吸附(Chemical adsorption)： 吸附本質(zhì)是化學(xué)作用，吸附質(zhì)與吸附劑之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移或共享，形成新的化學(xué)鍵合，與化學(xué)鍵相似。(Chemisorption involves electron transfer between the adsorbate and mineral surface, and forming slightly or hardly soluble and essentially covalent surface compound, but which is not yet

54、 an independent phase.)Characters: High adsorption heat(enthaply).200KJ/mol (40KJ/mol) Monomolecular layer Irreversible essentially Low( usually ) adsorption rateFor example:Sulfhydryl (巰基) collectors adsorption onto sulfides surfaces. Prof. Yin Wanzhong telEmail: 按吸附產(chǎn)物形態(tài)分類：按吸附產(chǎn)物形態(tài)分類： 分

55、子吸附(molecular adsorption)：對分子的吸附，如對弱電解質(zhì)的吸附，非極性油在礦物表面的非極性吸附。 特點(diǎn)：不改變礦物表面電性。 離子吸附(ion adsorption)：對離子的吸附.分交換吸附和定位吸附。 交換吸附(exchange adsorption)：XM1+M2XM2+M1 可發(fā)生在雙電層內(nèi)層，也可發(fā)生在外層。如ZnSZn2+Cu2+ZnSCu2+Zn2+ 定位吸附(potential-determining adsorption)：吸附具有強(qiáng)烈的選擇性，只有定位離子才能產(chǎn)生；吸附的結(jié)果改變了礦物表面的電性（數(shù)量或符號）。 Prof. Yin Wanzhong t

56、elEmail: 按吸附位置進(jìn)行分類：按吸附位置進(jìn)行分類： 雙電層內(nèi)層吸附(inner layer adsorption)定位離子的吸附（又稱一次吸附）。特點(diǎn)：高選擇性，作用速度快，所需活化能小，決定表面電位（進(jìn)入晶格中）。 雙電層外層吸附(external layer adsorption)：分一般二次吸附和特殊二次吸附。 一般二次吸附，即靜電吸附，如NaCl,KCl,KNO3等惰性電解質(zhì)(indifferent electrolyte)的吸附。 特殊二次吸附，即依靠范德華力和化學(xué)鍵力吸附，如多價金屬離子的水合物、多價金屬離子的氫氧絡(luò)合物，某些捕收劑在Stern層內(nèi)

57、的吸附。其特點(diǎn)是選擇性(selective)差，具有可逆性(reversibility)，作用速度快。 Prof. Yin Wanzhong telEmail: 表面活性劑在固液界面的吸附規(guī)律表面活性劑在固液界面的吸附規(guī)律 根據(jù)吸附過程中化學(xué)位的變化，導(dǎo)出如下方程（Stern-Grahame equation）：式中為固液界面對表面活性劑的吸附量(adsorptive capacity), mol/cm2; r為吸附離子的有效半徑(effective radius)； C為表面活性劑在溶液中的濃度(concentration)； R為氣體常數(shù)(gas constant

58、)。 Gads0為標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能(standard adsorption free energy)，即標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1mol物質(zhì)吸附過程自由能的變化。 exp20RTGrcads Prof. Yin Wanzhong telEmail:Gads0表示吸附能力的大小。浮選中表示對有機(jī)捕收劑的吸附。 Gads0可分解為： Gads0=Gelec0+Gchem0+GCH20+GH2O0+ = Gelec0+Gspec0 Gspec0為特性吸附(specific adsorption)自由變量。 當(dāng)吸附只有靜電力時，標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能： Gads0=Gelec0=ZF=ZF Z：離子

59、價數(shù) F：法拉第常數(shù) Stern-Graham equation為： exp2RTZFrc Prof. Yin Wanzhong telEmail: 當(dāng)同時存在靜電力和烴基締合能(hydrocarbyl associated energy)時 GCH20=n 為從水中移去1molCH2的標(biāo)準(zhǔn)自由能，亦稱特殊吸附勢(specific adsorption potential)。約為0.6kcal/molCH2 n為烴鏈中CH2數(shù)目。 Stern-Graham方程為： )(exp2RTnZFrc Prof. Yin Wanzhong telEma

60、il: 半膠束吸附半膠束吸附(hemi-micelle adsorption) 長烴鏈(long hydrocarbon chain)的表面活性劑(surfactant)在固液界面吸附時，當(dāng)其濃度足夠高時，吸附在礦物表面的捕收劑(collector)由于烴鏈間分子的相互作用產(chǎn)生吸引締合(association)，在礦物表面形成二維空間膠束(micelle)的吸附產(chǎn)物，稱半膠束吸附。+ Prof. Yin Wanzhong telEmail:幾點(diǎn)說明：1）當(dāng)有長烴鏈中性分子時(neutral molecular)，會加強(qiáng)烴鏈間的締合作用，使極性端的斥力受到屏蔽，加強(qiáng)分子