礦物浮選第3章浮選的基本原理(2)

1、浮選的基本原理（浮選的基本原理（2）礦物表面電性礦物表面電性浮選課程浮選課程1 礦物表面電性起源礦物表面電性起源l離子的優(yōu)先溶解離子的優(yōu)先溶解 FOHHOHFOHCaHFOHCaCaFCaFCaFCa22222222l 離子的吸附或解離離子的吸附或解離 CaWO4CaWO4Ca Ca 2+2+1 礦物表面電性起源礦物表面電性起源晶格離子取代晶格離子取代 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 雙電層緊密層雙電層緊密層:配衡離子受配衡離子受定位離子的靜電作用定位離子的靜電作用,在礦在礦物表面形成的單層吸附層物表面形成的單層吸附層定位離子定位離子:在兩相間可以自在兩相間可

2、以自由轉(zhuǎn)移由轉(zhuǎn)移,并決定礦物表面電并決定礦物表面電荷的離子荷的離子配衡離子配衡離子:溶液中起電平衡溶液中起電平衡作用的反號(hào)離子作用的反號(hào)離子2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 雙電層電位雙電層電位l表面電位（表面電位（0）-顆粒表面顆粒表面與溶液之間的電位差。與溶液之間的電位差。 l斯特恩電位（斯特恩電位（）-緊密緊密面與溶液之間的電位差。面與溶液之間的電位差。 l動(dòng)電位（動(dòng)電位（ ）-礦粒沿滑移面礦粒沿滑移面與溶液作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)與溶液作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), 礦粒與礦粒與溶液之間的電位差溶液之間的電位差,滑移面上的滑移面上的電位稱為動(dòng)電位。電位稱為動(dòng)電位。2 雙電層結(jié)構(gòu)及電

3、位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 表面電位（表面電位（0）-顆粒表面與溶液之間的電位差。顆粒表面與溶液之間的電位差。荷電的礦物表面與溶液之荷電的礦物表面與溶液之間的電位差。對(duì)于導(dǎo)體與半導(dǎo)體，制成電極可以測定。間的電位差。對(duì)于導(dǎo)體與半導(dǎo)體，制成電極可以測定。,bsbbbssosnFaRTnFaRT,0,lnlnbbbssosnFxaRTnFxaRT0,0,0,lnln)(00bsbsxxx,0,0,lnln)(asbbbsaaRTaaRTxnFnF 設(shè)礦物設(shè)礦物MA在水溶液中處于平衡，各組分在表面與溶液的化學(xué)在水溶液中處于平衡，各組分在表面與溶液的化學(xué)位應(yīng)相等，對(duì)于正定位離子有：位

4、應(yīng)相等，對(duì)于正定位離子有： 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) l表面電位（表面電位（0）-顆粒表面與溶液之間的電位差。顆粒表面與溶液之間的電位差。 ,0,0,0lnlnssbbaanFRTaanFRT0,0lnbbaanFRT0,0lnbbaanFRT2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) )(303. 2ln00pHpHRTFaaFRTpzcHH)(059. 00pHpHpzc 當(dāng)?shù)V物表面電位為零時(shí)，定位離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，叫當(dāng)?shù)V物表面電位為零時(shí)，定位離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，叫“零電零電點(diǎn)點(diǎn)”，用，用pzc表示。對(duì)于定位離子是表示。對(duì)于定位離

5、子是H+、OH-的氧化礦，的氧化礦，0為為 25時(shí)，時(shí)，式中：式中：pHPZC為零電點(diǎn)的為零電點(diǎn)的pH值，即值，即0 =0的的pH值。值。動(dòng)電位（動(dòng)電位（ ）與）與“等電點(diǎn)等電點(diǎn)” 電位等于零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值，稱為等電點(diǎn)，用IEP表示。此時(shí),溶液中的pH被定義為“等電點(diǎn)” pH, pH IEP 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 已知石英的已知石英的pHPZC=1.8，計(jì)算計(jì)算pH=1.0和和7.0時(shí)，表面電位大小。時(shí)，表面電位大小。解：由（解：由（6-22）式，當(dāng)）式，當(dāng)pH=1.0時(shí)，時(shí)， mVV47047. 00 . 18 . 1059. 0

6、0當(dāng)當(dāng)pH=7.0時(shí)，時(shí)， mVVo305305. 00 . 78 . 1059. 0計(jì)算結(jié)果表明，在定位離子是計(jì)算結(jié)果表明，在定位離子是H+和和OH的情況下，當(dāng)?shù)那闆r下，當(dāng)pHPZC時(shí)，時(shí)，0 0時(shí)，礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)時(shí)，礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)pH0時(shí)，礦物時(shí)，礦物表面荷正電；表面荷正電； 例例1：2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 動(dòng)電位（動(dòng)電位（ ）與）與“等電點(diǎn)等電點(diǎn)” 電位等于零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值，稱為等電點(diǎn)，用IEP表示溶液中的pH被定義為“等電點(diǎn)” pH, pH IEP l特性吸附作用特性吸附作用 由于一些特殊作用力，而導(dǎo)致溶液中某種離子在

7、固體表面的由于一些特殊作用力，而導(dǎo)致溶液中某種離子在固體表面的吸附，稱為特性吸附。吸附，稱為特性吸附。l等電點(diǎn)等電點(diǎn) 電位等于零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值。電位等于零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值。 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.1 雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu) l動(dòng)電位（動(dòng)電位（）：當(dāng)?shù)V物）：當(dāng)?shù)V物-溶液兩相在外力（電場、機(jī)械力）作用溶液兩相在外力（電場、機(jī)械力）作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)緊密層的配衡離子吸附牢固隨礦物一起移動(dòng)，而下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)緊密層的配衡離子吸附牢固隨礦物一起移動(dòng)，而擴(kuò)散層沿滑移面移動(dòng)，滑移面上的電位為動(dòng)電

8、位（擴(kuò)散層沿滑移面移動(dòng)，滑移面上的電位為動(dòng)電位（）。）。l零電點(diǎn)：荷電礦物表面與溶液之間的電位差為零時(shí)，零電點(diǎn)：荷電礦物表面與溶液之間的電位差為零時(shí)，0=0，溶，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值定義為液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值定義為PZC(Point of zero charge)。l等電點(diǎn)：無特性吸附時(shí)，動(dòng)電位（等電點(diǎn)：無特性吸附時(shí)，動(dòng)電位（）為零時(shí)，溶液中定位離子）為零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值定義為活度的負(fù)對(duì)數(shù)值定義為IEP（Isoelectric point)。l動(dòng)電位（動(dòng)電位（）容易測定，在浮選中很重要，無特性吸附時(shí)，）容易測定，在浮選中很重要，無特性吸附時(shí)， 0=0時(shí)，時(shí)， =0

9、，所以用測定，所以用測定IEP來確定來確定PZC。2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.2 礦物顆粒表面電性與浮選行為礦物顆粒表面電性與浮選行為pHPZC時(shí)，礦物表面帶負(fù)電，陽離子捕收劑吸附。時(shí)，礦物表面帶負(fù)電，陽離子捕收劑吸附。pHPZC時(shí)，礦物表面帶正電，陰離子捕收劑吸附。時(shí)，礦物表面帶正電，陰離子捕收劑吸附。藍(lán)晶石藍(lán)晶石 針鐵礦針鐵礦2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.2 礦物顆粒表面電性與浮選行為礦物顆粒表面電性與浮選行為24681012-60-40-20020406080 一水硬鋁石一水硬鋁石 一水硬鋁石一水硬鋁石+0.2mM DDA 一水硬鋁石一水硬鋁石+0.2mM CTBA

10、 Zeta 電位電位 / mVpH24681012-60-40-20020406080 一水硬鋁石一水硬鋁石 一水硬鋁石一水硬鋁石+0.2mM NaOl 一水硬鋁石一水硬鋁石+0.2mM SDSZeta 電位電位 / mVpH在陽離子捕收劑溶液中一水硬在陽離子捕收劑溶液中一水硬鋁石的鋁石的Zeta電位電位pH值關(guān)系值關(guān)系 在陰離子捕收劑溶液中一水硬在陰離子捕收劑溶液中一水硬鋁石的鋁石的Zeta電位電位pH值關(guān)系圖值關(guān)系圖 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.2 礦物顆粒表面電性與浮選行為礦物顆粒表面電性與浮選行為 在一定濃度的捕收劑作用下一水硬鋁石的浮選回收率與在一定濃度的捕收劑作用下一水

11、硬鋁石的浮選回收率與pH值關(guān)系值關(guān)系1. 十二胺（十二胺（2104 M）；）； 2. 十六烷基三甲基溴化銨（十六烷基三甲基溴化銨（2104 M）；）；3.油酸鈉（油酸鈉（2104 M）；）； 4. 十二烷基黃酸鈉（十二烷基黃酸鈉（2104 M）2468101220406080100 1 2 3 4Recovery (%)pH2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.2 礦物顆粒表面電性與浮選行為礦物顆粒表面電性與浮選行為pH IEPIEP24681012020406080100 kaolin illite pyrophyllite Recovery (%)pH十二烷基胺醋酸鹽為捕收劑時(shí)礦物十二烷

12、基胺醋酸鹽為捕收劑時(shí)礦物的浮選回收率與的浮選回收率與pH的關(guān)系的關(guān)系24681012-50-40-30-20-10010 Kaolin(Ka-JX) illite(Il-OHL) pyrophyllite(Py-QT)Zeta Potential (mV)pH在蒸餾水中三種礦物的在蒸餾水中三種礦物的Zeta電位與電位與pH值關(guān)系圖值關(guān)系圖2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.3表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用納米納米ZrO2粉的表面電性粉的表面電性ZrO2陶瓷在結(jié)構(gòu)、功能、生物及涂料、遠(yuǎn)紅外等多種領(lǐng)域的陶瓷在結(jié)構(gòu)、功能、生物及涂料、遠(yuǎn)紅外等多種領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電解質(zhì)溶液及

13、分散劑對(duì)廣泛應(yīng)用，電解質(zhì)溶液及分散劑對(duì)ZrO2懸浮液電性的影響。懸浮液電性的影響。2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.3表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用l分散染料主要用于滌綸及其紡織品的染色（印花），隨分散染料主要用于滌綸及其紡織品的染色（印花），隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。人們將紙張噴墨打印技術(shù)著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。人們將紙張噴墨打印技術(shù)應(yīng)用于紡織品印花，廣告噴繪，服裝等應(yīng)用于紡織品印花，廣告噴繪，服裝等l解決分散染料墨水的堵塞和儲(chǔ)存穩(wěn)定，兩大關(guān)鍵問題解決分散染料墨水的堵塞和儲(chǔ)存穩(wěn)定，兩大關(guān)鍵問題 l將原染料加水打漿，將分散劑，助劑混合到一起加入到將原染料加水

14、打漿，將分散劑，助劑混合到一起加入到原染料漿液中，加入溶劑（或助溶劑），穩(wěn)定劑。如果在原染料漿液中，加入溶劑（或助溶劑），穩(wěn)定劑。如果在水中的固體表面帶正電，則陰離子表面活性劑比陽離子表水中的固體表面帶正電，則陰離子表面活性劑比陽離子表面活性劑更易吸附。面活性劑更易吸附。2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.3表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用二氧化硅包覆制備環(huán)保水性型鋁粉顏料二氧化硅包覆制備環(huán)保水性型鋁粉顏料 環(huán)保水性鋁粉顏料是水性金屬涂料的重要原料。由于鋁粉顏環(huán)保水性鋁粉顏料是水性金屬涂料的重要原料。由于鋁粉顏料與水接觸會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，導(dǎo)致表面金屬光澤降低等應(yīng)用性能料與

15、水接觸會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)，導(dǎo)致表面金屬光澤降低等應(yīng)用性能的下降。通過水解反應(yīng)法，將的下降。通過水解反應(yīng)法，將SiO2在鋁金屬顏料表面形成納米厚在鋁金屬顏料表面形成納米厚度的包覆膜層，隔斷與外界水的直接接觸。度的包覆膜層，隔斷與外界水的直接接觸。 SiO2SiO2 鋁粉硅酸鈉和硅的有機(jī)化合物，在合硅酸鈉和硅的有機(jī)化合物，在合適的條件下，會(huì)析出硅的氧化物和氫適的條件下，會(huì)析出硅的氧化物和氫氧化物等膠體，根據(jù)膠體的表面電性，氧化物等膠體，根據(jù)膠體的表面電性，以及鋁粉表面的電性，控制適宜的反以及鋁粉表面的電性，控制適宜的反應(yīng)條件，使析出的硅膠體能夠在鋁粉應(yīng)條件，使析出的硅膠體能夠在鋁粉表面產(chǎn)生沉淀反應(yīng)。表面產(chǎn)生沉淀反應(yīng)。 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電位雙電層結(jié)構(gòu)及電位2.3表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用表面電性在表面科學(xué)中的應(yīng)用l超細(xì)重鈣用于橡膠制品超細(xì)重鈣用于橡膠制品超細(xì)重鈣由于比表面積較大，表面能高，超細(xì)重鈣由于比表面積較大，表面能高，存在粒子團(tuán)聚問題，直接應(yīng)用效果不好，因此，存在粒子團(tuán)聚問題，直接應(yīng)用效果不好，因此，在實(shí)際應(yīng)用前需對(duì)其表面進(jìn)行處理，以改善其在實(shí)際應(yīng)用前需對(duì)其表面進(jìn)行處理，以改善其分散性分散性 l油田污水處理油田污水處理通過中和表面電性起到使水中固體懸通過中和表面電性起到使水中固體懸浮物凝聚，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。浮物凝聚，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。 2 雙電層結(jié)構(gòu)及電