浮選的基本原理

1、編輯ppt1浮選的基本原理浮選的基本原理第四節(jié)第四節(jié) 煤泥可浮性的評(píng)定煤泥可浮性的評(píng)定第一節(jié)第一節(jié) 浮選的依據(jù)浮選的依據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 氣泡的礦化過程氣泡的礦化過程第三節(jié)第三節(jié) 影響煤泥可浮性的主要因素影響煤泥可浮性的主要因素第一節(jié)第一節(jié) 浮選的依據(jù)浮選的依據(jù) 煤泥浮選是依據(jù)煤和矸石表明潤濕性的煤泥浮選是依據(jù)煤和矸石表明潤濕性的差異進(jìn)行分選的，其實(shí)質(zhì)是疏水的煤粒粘附差異進(jìn)行分選的，其實(shí)質(zhì)是疏水的煤粒粘附在氣泡上，親水的矸石顆粒滯留在煤漿中，在氣泡上，親水的矸石顆粒滯留在煤漿中，從而實(shí)線彼此分離。從而實(shí)線彼此分離。 一、礦物表面的潤濕現(xiàn)象一、礦物表面的潤濕現(xiàn)象 潤濕現(xiàn)象：當(dāng)三相接觸時(shí)，液相在固相表

2、面展?jié)櫇瘳F(xiàn)象：當(dāng)三相接觸時(shí)，液相在固相表面展開，排斥氣相而占據(jù)固相表面的現(xiàn)象。開，排斥氣相而占據(jù)固相表面的現(xiàn)象。 潤濕是自然界常見的現(xiàn)象。如往干凈的玻璃上潤濕是自然界常見的現(xiàn)象。如往干凈的玻璃上滴一滴水，水會(huì)很快地沿玻璃表面展開，成為平面滴一滴水，水會(huì)很快地沿玻璃表面展開，成為平面凸鏡的形狀。但若往石蠟表面滴一滴水，水則力圖凸鏡的形狀。但若往石蠟表面滴一滴水，水則力圖保持球形，但因重力的影響，水滴在石蠟上形成一保持球形，但因重力的影響，水滴在石蠟上形成一橢圓球狀而不展開。橢圓球狀而不展開。 人們把易被水潤濕的表面稱為親水人們把易被水潤濕的表面稱為親水表面，把不易被水潤濕的表面稱為疏表面，把不易

3、被水潤濕的表面稱為疏水表面，相應(yīng)的礦物分別稱為親水礦水表面，相應(yīng)的礦物分別稱為親水礦物和疏水礦物。物和疏水礦物。 在一浸于水中的礦物表面上附著一個(gè)氣泡，當(dāng)達(dá)在一浸于水中的礦物表面上附著一個(gè)氣泡，當(dāng)達(dá)平衡時(shí)氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊，稱為三平衡時(shí)氣泡在礦物表面形成一定的接觸周邊，稱為三相潤濕周邊。在任意二相界面都存在著界面自由能相潤濕周邊。在任意二相界面都存在著界面自由能 。固固水與水水與水氣兩個(gè)界面自由能所包之角（包括水相）氣兩個(gè)界面自由能所包之角（包括水相）稱為接觸稱為接觸 角，以角，以表示。表示。 如上圖，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)（潤濕周邊不動(dòng)），作用于如上圖，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)（潤濕周邊不動(dòng)），作用

4、于 潤潤濕周邊上的三個(gè)表面張力在水平方向的分力必為零。于是其濕周邊上的三個(gè)表面張力在水平方向的分力必為零。于是其平衡狀態(tài)方程為平衡狀態(tài)方程為 ： SG=SL+LGcos cos=(SG-SL)/LG 式中，式中，SG、SL和和LG分別為固分別為固氣、固氣、固液和液液和液氣界面自由能。氣界面自由能。 上式表明了平衡接觸角與三個(gè)相界面之間表面張力的關(guān)上式表明了平衡接觸角與三個(gè)相界面之間表面張力的關(guān)系，平衡接觸角是三個(gè)相界面張力的函數(shù)。接觸角的大小不系，平衡接觸角是三個(gè)相界面張力的函數(shù)。接觸角的大小不僅與礦物表面性質(zhì)有關(guān)，而且與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。僅與礦物表面性質(zhì)有關(guān)，而且與液相、氣相的界面性

5、質(zhì)有關(guān)。凡能引起任何兩相界面張力改變的因素都可能影響礦物表面凡能引起任何兩相界面張力改變的因素都可能影響礦物表面的潤濕性。的潤濕性。 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，時(shí)，SLSG，礦物表面不易被水潤濕，稱，礦物表面不易被水潤濕，稱為疏水表面；為疏水表面； 當(dāng)當(dāng)90時(shí)，時(shí)，SLSG，礦物表面易被水潤濕，稱為，礦物表面易被水潤濕，稱為親水表面親水表面 。 原則上，取原則上，取=90為分界線，為分界線，=090時(shí)稱親水性時(shí)稱親水性表面，表面，=90180時(shí)稱疏水性時(shí)稱疏水性 二、礦物表面和水的作用二、礦物表面和水的作用 礦物表面和水的相互作用的結(jié)果礦物表面和水的相互作用的結(jié)果是礦物被水化，這種水化作用的產(chǎn)生是礦物被水化

6、，這種水化作用的產(chǎn)生是由于水分子本身的性質(zhì)決定的。而是由于水分子本身的性質(zhì)決定的。而某一種礦物表面水化作用的強(qiáng)弱，則某一種礦物表面水化作用的強(qiáng)弱，則取決于礦物本身的性質(zhì)。取決于礦物本身的性質(zhì)。編輯ppt10水化層示意圖 當(dāng)水中出現(xiàn)帶電顆粒時(shí)，在電場(chǎng)作用下，當(dāng)水中出現(xiàn)帶電顆粒時(shí)，在電場(chǎng)作用下，顆粒周圍便立即生成極性水分子包圍層，這就顆粒周圍便立即生成極性水分子包圍層，這就是水化層。是水化層。 礦物表面是親水還是疏水，取決于其表面礦物表面是親水還是疏水，取決于其表面分子與水分子相互作用強(qiáng)度，即水化作用的強(qiáng)分子與水分子相互作用強(qiáng)度，即水化作用的強(qiáng)弱。弱。三、煤的表面性質(zhì)三、煤的表面性質(zhì) 煤是一種由復(fù)

7、雜的有機(jī)質(zhì)和多種無機(jī)礦物煤是一種由復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)和多種無機(jī)礦物組成的具有一定熱值非均相的固體可燃礦物。組成的具有一定熱值非均相的固體可燃礦物。 煤中有機(jī)質(zhì)的主體是三維空間聚合物結(jié)構(gòu)，煤中有機(jī)質(zhì)的主體是三維空間聚合物結(jié)構(gòu)，其模型如下圖。其模型如下圖。編輯ppt13煤的結(jié)構(gòu)模型煤的疏水性與其組成和結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系，如下。煤的疏水性與其組成和結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系，如下。1、煤的主體是芳香核，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，化學(xué)性質(zhì)不活潑，具有疏水、煤的主體是芳香核，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，化學(xué)性質(zhì)不活潑，具有疏水性。因此煤的主要表面是疏水的。性。因此煤的主要表面是疏水的。2、在芳香核的碳網(wǎng)上，有各種側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)，它們構(gòu)成了、在芳香核的碳

8、網(wǎng)上，有各種側(cè)鏈和含氧官能團(tuán)，它們構(gòu)成了煤的少部分極性表面，使煤的某些部位具有親水性。煤的少部分極性表面，使煤的某些部位具有親水性。3、面網(wǎng)間的斷口也是親水的。、面網(wǎng)間的斷口也是親水的。4、煤的結(jié)構(gòu)中混入一定數(shù)量的礦物雜質(zhì)，多數(shù)礦物雜質(zhì)具有一、煤的結(jié)構(gòu)中混入一定數(shù)量的礦物雜質(zhì)，多數(shù)礦物雜質(zhì)具有一定的極性，使煤部分表面具有親水性。定的極性，使煤部分表面具有親水性。5、煤表面上的含氧官能團(tuán)和礦物雜質(zhì)雖然親水，但有些極性表面、煤表面上的含氧官能團(tuán)和礦物雜質(zhì)雖然親水，但有些極性表面也具有較高的化學(xué)活性，能與雜極性的浮選劑分子產(chǎn)生吸附，非極也具有較高的化學(xué)活性，能與雜極性的浮選劑分子產(chǎn)生吸附，非極性基向

9、外，使煤粒表面的極性區(qū)轉(zhuǎn)化為非極性區(qū)，即親水區(qū)轉(zhuǎn)化為性基向外，使煤粒表面的極性區(qū)轉(zhuǎn)化為非極性區(qū)，即親水區(qū)轉(zhuǎn)化為疏水區(qū)。疏水區(qū)。6、煤的變質(zhì)程度對(duì)疏水性的影響很大。、煤的變質(zhì)程度對(duì)疏水性的影響很大。第二節(jié)第二節(jié) 氣泡的礦化過程氣泡的礦化過程 浮選過程中浮選過程中，礦粒有選擇性地，礦粒有選擇性地附著于氣泡上的附著于氣泡上的過程稱為氣泡的礦化。過程稱為氣泡的礦化。 如圖礦化氣泡的三種形式如圖礦化氣泡的三種形式 礦粒附著于由碰撞和攪拌切割而成的氣泡上，形成礦化氣礦粒附著于由碰撞和攪拌切割而成的氣泡上，形成礦化氣泡，氣泡運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘附的礦粒群往往聚集于氣泡尾部，形成所泡，氣泡運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘附的礦粒群往往聚集于

10、氣泡尾部，形成所謂礦化尾殼謂礦化尾殼 空氣在水中由過飽和析出在顆粒的疏水性表面，增長和兼空氣在水中由過飽和析出在顆粒的疏水性表面，增長和兼并，析出顆粒并，析出顆粒微泡聯(lián)合體微泡聯(lián)合體 由若干微小氣泡和許多細(xì)小顆粒構(gòu)成氣絮團(tuán)由若干微小氣泡和許多細(xì)小顆粒構(gòu)成氣絮團(tuán) 1、煤粒與氣泡的碰撞附著、煤粒與氣泡的碰撞附著 煤粒與氣泡的碰撞附著與浮選機(jī)中流體的流動(dòng)煤粒與氣泡的碰撞附著與浮選機(jī)中流體的流動(dòng)狀態(tài)、氣泡和顆粒的大小及二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡等狀態(tài)、氣泡和顆粒的大小及二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡等有關(guān)。粗粒與氣泡附著有碰撞、水化層減薄、水化有關(guān)。粗粒與氣泡附著有碰撞、水化層減薄、水化層破裂和接觸周邊展開四個(gè)階段。微細(xì)

11、顆粒與氣泡層破裂和接觸周邊展開四個(gè)階段。微細(xì)顆粒與氣泡附著方式有兩種：一是水化層破裂，形成三相接觸附著方式有兩種：一是水化層破裂，形成三相接觸周邊；二是水化層不破裂，只要煤粒與氣泡之間距周邊；二是水化層不破裂，只要煤粒與氣泡之間距離小到一定程度，在一些復(fù)雜因素影響下，也可以離小到一定程度，在一些復(fù)雜因素影響下，也可以相互粘附。相互粘附。一、煤粒與氣泡的接觸方式一、煤粒與氣泡的接觸方式 2、湍流中顆粒所受到的脫落力、湍流中顆粒所受到的脫落力 引起顆粒脫離氣泡的脫落力主要有顆粒在引起顆粒脫離氣泡的脫落力主要有顆粒在煤漿中所受到的重力、渦流引起的離心力、流煤漿中所受到的重力、渦流引起的離心力、流體的

12、剪切力、顆粒間的沖擊力和氣泡滑行過程體的剪切力、顆粒間的沖擊力和氣泡滑行過程中的慣性力。中的慣性力。 氣體在液體中的溶解度與壓強(qiáng)成正比，若煤漿氣體在液體中的溶解度與壓強(qiáng)成正比，若煤漿的壓強(qiáng)突然減小，氣體的溶解度也隨之下降，于是的壓強(qiáng)突然減小，氣體的溶解度也隨之下降，于是氣體在煤漿中呈過飽和狀態(tài)，它們就以微泡形式析氣體在煤漿中呈過飽和狀態(tài)，它們就以微泡形式析離出來。離出來。二、析出微泡與煤粒附著二、析出微泡與煤粒附著1 1、微泡的析出過程、微泡的析出過程 微泡析出取決于以下三個(gè)因素：一是煤漿中初微泡析出取決于以下三個(gè)因素：一是煤漿中初始的空氣溶解度；二是煤漿降壓程度；三是是否具始的空氣溶解度；二

13、是煤漿降壓程度；三是是否具有疏水性較強(qiáng)的固液界面。有疏水性較強(qiáng)的固液界面。2 2、微泡有利于礦化、微泡有利于礦化（1 1）加快一般尺寸氣泡與煤粒粘附的速度。）加快一般尺寸氣泡與煤粒粘附的速度。（2 2）微泡在疏水性良好的煤粒表面析出，增加了）微泡在疏水性良好的煤粒表面析出，增加了固、液、氣三相接觸周邊的總長度，提高了煤粒固、液、氣三相接觸周邊的總長度，提高了煤粒與氣泡粘附的牢固性。與氣泡粘附的牢固性。（3 3）幾十個(gè)甚至上百個(gè)微泡有選擇性地在粗粒煤）幾十個(gè)甚至上百個(gè)微泡有選擇性地在粗粒煤表面生成，增加了它們的上浮能力，這必然導(dǎo)致表面生成，增加了它們的上浮能力，這必然導(dǎo)致低灰分的粗粒煤的浮選速度

14、提高。低灰分的粗粒煤的浮選速度提高。（4 4）加快了微細(xì)煤粒的浮選速度。）加快了微細(xì)煤粒的浮選速度。3 3、礦化泡沫層、礦化泡沫層 礦化泡沫層是氣泡、夾水層、煤粒形成的三礦化泡沫層是氣泡、夾水層、煤粒形成的三相泡沫。礦化氣泡浮至浮選機(jī)液面聚集為礦化泡相泡沫。礦化氣泡浮至浮選機(jī)液面聚集為礦化泡沫層（簡稱泡沫層）。沫層（簡稱泡沫層）。 浮選過程分為四個(gè)階段：第一階段為碰撞階段，浮選過程分為四個(gè)階段：第一階段為碰撞階段，懸浮在煤漿中的煤粒與氣泡接近并進(jìn)行碰撞；第二懸浮在煤漿中的煤粒與氣泡接近并進(jìn)行碰撞；第二階段為附著階段，煤粒與氣泡碰撞后，疏水顆粒與階段為附著階段，煤粒與氣泡碰撞后，疏水顆粒與氣泡之

15、間的水化層變薄、破裂，實(shí)現(xiàn)煤粒與氣泡的氣泡之間的水化層變薄、破裂，實(shí)現(xiàn)煤粒與氣泡的附著，或者通過微泡析出，實(shí)現(xiàn)煤粒與氣泡的附著；附著，或者通過微泡析出，實(shí)現(xiàn)煤粒與氣泡的附著；第三階段為升浮階段，由礦化氣泡形成的煤粒氣泡第三階段為升浮階段，由礦化氣泡形成的煤粒氣泡聯(lián)合體在浮力作用下，上升到液面；第四階段為泡聯(lián)合體在浮力作用下，上升到液面；第四階段為泡沫層形成階段，升浮到液面的泡沫形成較穩(wěn)定的泡沫層形成階段，升浮到液面的泡沫形成較穩(wěn)定的泡沫層。沫層。4 4、浮選過程、浮選過程第三節(jié)第三節(jié) 影響煤泥可浮性的主要因素影響煤泥可浮性的主要因素 煤泥的可浮性是指通過浮選提高煤粉（泥）質(zhì)煤泥的可浮性是指通過

16、浮選提高煤粉（泥）質(zhì)量的難易程度。量的難易程度。一、各種煤巖成分的浮選性質(zhì)。一、各種煤巖成分的浮選性質(zhì)。 從煤巖的組成上看，煤可分為鏡煤、亮煤、暗煤從煤巖的組成上看，煤可分為鏡煤、亮煤、暗煤和絲煤。和絲煤。 鏡煤和亮煤的可浮性好，暗煤可浮性居中，絲煤鏡煤和亮煤的可浮性好，暗煤可浮性居中，絲煤的可浮性最差。的可浮性最差。二、煤的變質(zhì)程度。二、煤的變質(zhì)程度。按煤的變質(zhì)程度把煤分為褐煤、煙煤和無煙煤。隨按煤的變質(zhì)程度把煤分為褐煤、煙煤和無煙煤。隨著煤變質(zhì)程度的加深，性質(zhì)不活潑的部分不斷增加，著煤變質(zhì)程度的加深，性質(zhì)不活潑的部分不斷增加，即碳含量相對(duì)增加，氫氧等官能團(tuán)支鏈隨著煤分子即碳含量相對(duì)增加，氫

17、氧等官能團(tuán)支鏈隨著煤分子排列的規(guī)則化增強(qiáng)而減少，即氫含量相對(duì)減少，使排列的規(guī)則化增強(qiáng)而減少，即氫含量相對(duì)減少，使煤的表面疏水性遞增，煤的可浮性變好。但是，中煤的表面疏水性遞增，煤的可浮性變好。但是，中等變質(zhì)程度的煤表面疏水性最高。原因是當(dāng)煤變質(zhì)等變質(zhì)程度的煤表面疏水性最高。原因是當(dāng)煤變質(zhì)程度進(jìn)一步增高至無煙煤階段，官能團(tuán)支鏈顯著減程度進(jìn)一步增高至無煙煤階段，官能團(tuán)支鏈顯著減少，芳香核環(huán)縮合程度增高，相應(yīng)的煤核結(jié)構(gòu)單元少，芳香核環(huán)縮合程度增高，相應(yīng)的煤核結(jié)構(gòu)單元的尺寸減小，而網(wǎng)面間距增大。的尺寸減小，而網(wǎng)面間距增大。因?yàn)槊汉藢用鏋槭杷?，而網(wǎng)面斷口為親水，所以無因?yàn)槊汉藢用鏋槭杷W(wǎng)面斷口為親水

18、，所以無煙煤的表面疏水性低于中等變質(zhì)程度的煙煤。煙煤的表面疏水性低于中等變質(zhì)程度的煙煤。三、煤表面的氧化程度。三、煤表面的氧化程度。 煤表面發(fā)生氧化后，增加了煤表面的親水性，煤表面發(fā)生氧化后，增加了煤表面的親水性，使煤泥可浮性降低。使煤泥可浮性降低。四、礦物雜質(zhì)和嵌布特性。四、礦物雜質(zhì)和嵌布特性。1 1、礦物雜質(zhì)、礦物雜質(zhì) 煤中礦物雜質(zhì)分為粘土礦物、氧化物和氫氧化煤中礦物雜質(zhì)分為粘土礦物、氧化物和氫氧化合物礦物、硫化物礦物、碳酸鹽礦物、石膏和其他合物礦物、硫化物礦物、碳酸鹽礦物、石膏和其他礦物。煤中礦物雜質(zhì)是煤的組成部分，它們不僅影礦物。煤中礦物雜質(zhì)是煤的組成部分，它們不僅影響煤的發(fā)熱量，而且影響煤的表面化學(xué)性質(zhì)。響煤的發(fā)熱量，而且影響煤的表面化學(xué)性質(zhì)。 按礦物雜質(zhì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生的影響，將它們歸類按礦物雜質(zhì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生的影響，將它們歸類如下：（如下：（1)1)易泥化的礦物雜質(zhì)（易泥化的礦物雜質(zhì)（