礦物浮選第3章浮選的基本原理(1)

1、浮選的基本原理（浮選的基本原理（1）礦物表面潤(rùn)濕性與浮選礦物表面潤(rùn)濕性與浮選浮選課程浮選課程1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 潤(rùn)濕理論潤(rùn)濕理論l浮選是利用各種礦物表面潤(rùn)濕性的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)的；浮選是利用各種礦物表面潤(rùn)濕性的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)的；l潤(rùn)濕涉及三個(gè)相，而且其中兩個(gè)相為流體；潤(rùn)濕涉及三個(gè)相，而且其中兩個(gè)相為流體；l礦物表面潤(rùn)濕性可以通過(guò)藥劑作用來(lái)調(diào)節(jié)的。礦物表面潤(rùn)濕性可以通過(guò)藥劑作用來(lái)調(diào)節(jié)的。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 上式中 SG 固體 - 空氣界面自由能;LG 水 - 空氣界面自由能;SL 固體 - 水界面自由能。楊氏（

2、Young）方程1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 三種基本的潤(rùn)濕現(xiàn)象三種基本的潤(rùn)濕現(xiàn)象(a) 沾濕； (b) 鋪展； (c) 浸濕1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 系統(tǒng)消失了固系統(tǒng)消失了固-氣界面和水氣界面和水-氣界面，新生成了固氣界面，新生成了固-水界面單位水界面單位面積上位能降低為：面積上位能降低為：W SL = SG + LG - SL = - G (1)上式中上式中 SG 固體固體 - 空氣界面自由能空氣界面自由能; LG 水水 - 空氣界面自由能空氣界面自由能; SL 固體固體 - 水界面自由能。水界面自由能。如果如

3、果 SG + LG SL ，則位能的降低是正值，沾濕將會(huì)發(fā)生。，則位能的降低是正值，沾濕將會(huì)發(fā)生。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 系統(tǒng)消失了固系統(tǒng)消失了固-氣界面，新生成了固氣界面，新生成了固-水界面和水水界面和水-氣界面單氣界面單位面積上位面積上 ： W= SG- SL- LG=- G （2） 若若 SG SL + LG，水將排開(kāi)空氣而鋪展，為了達(dá)到很好的，水將排開(kāi)空氣而鋪展，為了達(dá)到很好的潤(rùn)濕潤(rùn)濕, 須使須使 LG和和 SL降低，而不降低降低，而不降低 SG。 1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 系統(tǒng)消失了固系統(tǒng)消失了固-

4、氣界面，新生成了固氣界面，新生成了固-水界面，單位面水界面，單位面積上積上 W = SG - SL （6-3）因此，自發(fā)浸沒(méi)的必要條件是因此，自發(fā)浸沒(méi)的必要條件是 SG SL，但這還不充，但這還不充分。因?yàn)楣腆w進(jìn)入水中必需通過(guò)氣分。因?yàn)楣腆w進(jìn)入水中必需通過(guò)氣-水界面，這樣就水界面，這樣就必須滿足其他有關(guān)的條件。必須滿足其他有關(guān)的條件。 c 浸沒(méi)浸沒(méi)1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.1 潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕現(xiàn)象與潤(rùn)濕過(guò)程 c 浸沒(méi)浸沒(méi) 使每個(gè)連續(xù)階段成為可能的必要條件是：使每個(gè)連續(xù)階段成為可能的必要條件是： 由階段由階段到階段到階段 SG + LG SL 由階段由階段到階段到階段 SG SL 由階段

5、由階段到階段到階段 SG LG + SL如果第三階段是可能的，則其他階段亦皆可能。因此如果第三階段是可能的，則其他階段亦皆可能。因此浸沒(méi)潤(rùn)濕的主要條件是：浸沒(méi)潤(rùn)濕的主要條件是： SG - SL LG所以浸沒(méi)潤(rùn)濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。所以浸沒(méi)潤(rùn)濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量 接觸角可以標(biāo)志固體表面的潤(rùn)濕性。如果固體表面形成接觸角可以標(biāo)志固體表面的潤(rùn)濕性。如果固體表面形成的的角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)角較大，則稱角較大，則稱其疏水性表面。其疏水性表面。角越大說(shuō)明固體表面疏水性越強(qiáng)；

6、角越大說(shuō)明固體表面疏水性越強(qiáng)；角越小，角越小，則固體表面親水性越強(qiáng)。則固體表面親水性越強(qiáng)。 1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量 l圖圖a表示可以被水完全潤(rùn)濕的固體，水滴可沿整個(gè)表面展開(kāi)表示可以被水完全潤(rùn)濕的固體，水滴可沿整個(gè)表面展開(kāi)，值近于零。值近于零。l圖圖b表示，當(dāng)表示，當(dāng) SL ，則位能的降低是正值，沾濕將會(huì)發(fā)生。潤(rùn)濕功亦可定義為：將固潤(rùn)濕功亦可定義為：將固-液接觸自交界處拉開(kāi)所需做的最液接觸自交界處拉開(kāi)所需做的最小功。顯然，小功。顯然，W SL越大，即越大，即cos越大，則固越大，則固-液界面結(jié)合越牢，液界面結(jié)合越牢，固體表面親水性越強(qiáng)。浮選

7、中常將固體表面親水性越強(qiáng)。浮選中常將cos稱為稱為“潤(rùn)濕性潤(rùn)濕性”。 cosSGSLLG楊氏（楊氏（Young）方程）方程 1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量 u潤(rùn)濕功與潤(rùn)濕性潤(rùn)濕功與潤(rùn)濕性浮選涉及的基本現(xiàn)象是浮選涉及的基本現(xiàn)象是, ,礦粒粘附在空氣泡上并被攜帶上浮。礦粒粘附在空氣泡上并被攜帶上浮。礦粒向氣泡附著的過(guò)程是系統(tǒng)消失了固礦粒向氣泡附著的過(guò)程是系統(tǒng)消失了固- -水界面和水水界面和水- -氣界面，氣界面，新生成了固新生成了固- -氣界面，即為鋪展?jié)櫇竦哪孢^(guò)程。氣界面，即為鋪展?jié)櫇竦哪孢^(guò)程。該過(guò)程體系對(duì)外所做的最大功為粘著功該過(guò)程體系對(duì)外所做的

8、最大功為粘著功WSG，則，則WSG = LG + SL - SG = - G W SG = LG（1- cos）W SG表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，W SG越大，即越大，即（1-cos）越大，固體表面疏水性越強(qiáng)。越大，固體表面疏水性越強(qiáng)。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量 浮選涉及的基本現(xiàn)象是浮選涉及的基本現(xiàn)象是, ,礦粒粘附在空氣泡上并被攜帶上浮。礦粒粘附在空氣泡上并被攜帶上浮。礦粒向氣泡附著的過(guò)程是系統(tǒng)消失了固礦粒向氣泡附著的過(guò)程是系統(tǒng)消失了固- -水界面和水水界面和水- -氣界面，氣界面，新生成了

9、固新生成了固- -氣界面，即為鋪展?jié)櫇竦哪孢^(guò)程。氣界面，即為鋪展?jié)櫇竦哪孢^(guò)程。該過(guò)程體系對(duì)外所做的最大功為粘著功該過(guò)程體系對(duì)外所做的最大功為粘著功WSG，則，則WSG = LG + SL - SG = - G W SG = LG（1- cos）W SG表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，W SG越大，即越大，即（1-cos）越大，固體表面疏水性越強(qiáng)。越大，固體表面疏水性越強(qiáng)。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量 u粘著功與可浮性粘著功與可浮性 lW SG表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，表征著礦粒與氣泡粘著的

10、牢固程度。顯然，W SG越大，越大，即即（1-cos）越大，則固越大，則固-氣界面結(jié)合越牢，固體表面疏水性越氣界面結(jié)合越牢，固體表面疏水性越強(qiáng)。因此，浮選中常將強(qiáng)。因此，浮選中常將（1-cos）稱為稱為“可浮性可浮性”。l接觸角接觸角、潤(rùn)濕性、潤(rùn)濕性cos、可浮性、可浮性（1-cos）均可用于度量固體均可用于度量固體顆粒表面的潤(rùn)濕性，且三者彼此之間是互相關(guān)連的。顆粒表面的潤(rùn)濕性，且三者彼此之間是互相關(guān)連的。l當(dāng)?shù)V物完全親水時(shí)，當(dāng)?shù)V物完全親水時(shí)，=0，潤(rùn)濕性，潤(rùn)濕性cos=1，可浮性（，可浮性（1-cos）= 0。此時(shí)礦粒不會(huì)附著氣泡上浮。當(dāng)?shù)V物疏水性增加時(shí)，接觸。此時(shí)礦粒不會(huì)附著氣泡上浮。當(dāng)?shù)V

11、物疏水性增加時(shí)，接觸角角增大，潤(rùn)濕性增大，潤(rùn)濕性cos減小，可浮性（減小，可浮性（1-cos）增大。）增大。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.3潤(rùn)濕性與可浮性潤(rùn)濕性與可浮性l改變固體間表面潤(rùn)濕性差異的方法改變固體間表面潤(rùn)濕性差異的方法添加特定浮選藥劑的方法來(lái)擴(kuò)大物料間潤(rùn)汲性的差別。添加特定浮選藥劑的方法來(lái)擴(kuò)大物料間潤(rùn)汲性的差別。 l捕收劑捕收劑：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：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。泡附著。l起泡劑起泡劑：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：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。

12、作用。l調(diào)整劑調(diào)整劑：主要用于調(diào)整捕收劑的作用及介質(zhì)條件，其中促進(jìn)目的礦物與：主要用于調(diào)整捕收劑的作用及介質(zhì)條件，其中促進(jìn)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；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；l調(diào)整介質(zhì)調(diào)整介質(zhì)pH的為的為pH調(diào)整劑調(diào)整劑。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.3潤(rùn)濕性與可浮性潤(rùn)濕性與可浮性 泡沫浮選泡沫浮選氣泡礦化過(guò)程氣泡礦化過(guò)程 氣泡礦化的必要條件：氣泡礦化的必要條件：(1-cos)0 ()sin2LGVgrrR沾附氣泡的礦粒上浮的條件應(yīng)沾附氣泡的礦粒上浮的條件應(yīng)是其上浮力大于或等于下沉力是其上浮力大于或等于下沉力 1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性

13、理論1.3潤(rùn)濕性與可浮性潤(rùn)濕性與可浮性因因01無(wú)無(wú)A型型石英、云母、石英、云母、錫石、剛玉、錫石、剛玉、高嶺石、方解高嶺石、方解石等石等弱親水弱親水弱疏水弱疏水離子離子-共價(jià)鍵共價(jià)鍵(部分自部分自身閉合身閉合) 1左右，左右，無(wú)，或無(wú)，或很小很小A型型 為主為主方鉛礦、輝銅方鉛礦、輝銅礦、閃鋅礦等礦、閃鋅礦等疏水疏水 分子鍵為主（層面分子鍵為主（層面間），離子，共價(jià)間），離子，共價(jià)鍵為輔（層端斷面）鍵為輔（層端斷面）1中等中等，4090B型型 為主為主滑石、石墨、滑石、石墨、輝鉬礦、葉臘輝鉬礦、葉臘石等石等強(qiáng)疏水強(qiáng)疏水 色散作用為主的分色散作用為主的分子鍵子鍵1大大， 90110B型型自然硫、

14、石臘自然硫、石臘備注：備注：E為表面同水的作用能；為表面同水的作用能；Ew為水分子間締合能。為水分子間締合能。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.5礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性（2）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 l浮選所遇到的礦物斷裂面，具有不飽和的鍵能，能與水偶極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。的作用，將決定礦物的天然可浮性。l沿較弱的分子鍵層面斷裂的礦物，其表面是弱的分子鍵，對(duì)沿較弱的分子鍵層面斷裂的礦物，其表面是弱的分子鍵，對(duì)水分子引力小，為非極性礦物，可浮性好；水分子引力小，為非極性礦物，可浮性好；l內(nèi)部

15、結(jié)構(gòu)屬于離子晶格或共價(jià)晶格的礦物，礦物斷裂面呈現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于離子晶格或共價(jià)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，因而親水，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??；可浮性小；l實(shí)現(xiàn)礦物的浮選依靠人為改變礦物的可浮性。實(shí)現(xiàn)礦物的浮選依靠人為改變礦物的可浮性。1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.5礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性（3）礦物表面的不均勻性與可浮性）礦物表面的不均勻性與可浮性 浮選所遇到的同一類礦物的天然可浮性相差很大，是由于不浮選所遇到的同一類礦物的天然可浮性相差很大，是由于不同產(chǎn)地礦物的物理不均勻、化學(xué)不均勻，導(dǎo)致其表面的不均勻

16、同產(chǎn)地礦物的物理不均勻、化學(xué)不均勻，導(dǎo)致其表面的不均勻性而形成的。性而形成的。u 物理不均勻物理不均勻l礦物表面的宏觀不均勻性（礦物破碎解離時(shí)形成）礦物表面的宏觀不均勻性（礦物破碎解離時(shí)形成）l缺陷（間隙離子與空位）：間隙離子缺陷：某些離子進(jìn)入晶缺陷（間隙離子與空位）：間隙離子缺陷：某些離子進(jìn)入晶格的間隙，而正常完整的位置空缺格的間隙，而正常完整的位置空缺l位錯(cuò)與鑲嵌結(jié)構(gòu)位錯(cuò)與鑲嵌結(jié)構(gòu)1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.5礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性l非化學(xué)計(jì)量組成特性非化學(xué)計(jì)量組成特性閃鋅礦（閃鋅礦（ZnS）：）：金屬過(guò)量、帶陰離子空位金屬過(guò)量、帶陰離子空位金屬過(guò)量、帶間隙陽(yáng)離子金屬過(guò)量

17、、帶間隙陽(yáng)離子非金屬過(guò)量、帶間隙陰離子非金屬過(guò)量、帶間隙陰離子金屬過(guò)量、帶陽(yáng)離子空位金屬過(guò)量、帶陽(yáng)離子空位l雜質(zhì)雜質(zhì)閃鋅礦（閃鋅礦（ZnS）：）：雜質(zhì)元素單一同晶形置換鋅雜質(zhì)元素單一同晶形置換鋅雜質(zhì)元素在雜質(zhì)元素在ZnS中形成機(jī)械中形成機(jī)械夾雜夾雜雜質(zhì)元素單一同晶形置換鋅雜質(zhì)元素單一同晶形置換鋅和雜質(zhì)元素在和雜質(zhì)元素在ZnS中形成機(jī)械中形成機(jī)械夾雜的復(fù)合形式。夾雜的復(fù)合形式。u化學(xué)不均勻化學(xué)不均勻u半導(dǎo)性半導(dǎo)性l晶格缺陷與半導(dǎo)性關(guān)系晶格缺陷與半導(dǎo)性關(guān)系l雜質(zhì)對(duì)礦物半導(dǎo)性的影響雜質(zhì)對(duì)礦物半導(dǎo)性的影響1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.5礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性三種二八面體型層狀硅酸鹽礦物

18、層三種二八面體型層狀硅酸鹽礦物層間斷裂鍵的特征間斷裂鍵的特征礦物礦物晶體化學(xué)式晶體化學(xué)式層間化層間化學(xué)鍵學(xué)鍵層間靜電能層間靜電能（kJ/mol）高嶺高嶺石石Al4Si4O10(OH)8氫鍵氫鍵146.54伊利伊利石石K1-x(H2O)xAl2AlSi3O10(OH)2-x(H2O)x離子鍵離子鍵133.98葉蠟葉蠟石石Al2Si4O10(OH)2分子鍵分子鍵27.22468101201020304050 diaspore kaolinite illite pyrophylliteContact Angle (o )pH鋁硅酸鹽礦物在蒸餾水中的鋁硅酸鹽礦物在蒸餾水中的接觸角與接觸角與pH值的關(guān)系值的關(guān)系 1 潤(rùn)濕性理論潤(rùn)濕性理論1.5礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性高嶺石各晶面上單位面積的斷裂鍵數(shù)和鍵的類型高嶺石各晶面上單位面積