表面物理化學(xué)分選資源加工學(xué)

表面物理化學(xué)分選資源加工學(xué)第1頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四固體顆粒間的分選與其表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。利用物料顆粒間的表面物理化學(xué)性質(zhì)差異來進(jìn)行分選，稱為表面物理化學(xué)分選，也稱界面分選

第2頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1顆粒表面潤(rùn)濕性與浮選浮選

利用礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)差異，(特別是表面潤(rùn)濕性)在固—液-氣三相界面，有選擇性富集一種或幾種目的礦物，實(shí)現(xiàn)不同礦物間分離的一種選別技術(shù)。6.1.1潤(rùn)濕過程沾濕鋪展浸沒第3頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四系統(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：WSL=SG+LG-SL=-?G(6-1)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。如果SG+LG>SL，則位能的降低是正值，沾濕將會(huì)發(fā)生。a沾濕第4頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四系統(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=SG-SL-LG=-?G

（6-2）若SG>SL+LG，水將排開空氣而鋪展，為了達(dá)到很好的潤(rùn)濕,須使LG和SL降低，而不降低SG。b鋪展第5頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四系統(tǒng)消失了固-氣界面，新生成了固-水界面，單位面積上

W=SG-SL

（6-3）因此，自發(fā)浸沒的必要條件是SG>SL，但這還不充分。因?yàn)楣腆w進(jìn)入水中必需通過氣-水界面，這樣就必須滿足其他有關(guān)的條件。

c浸沒第6頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四使每個(gè)連續(xù)階段成為可能的必要條件是：由階段Ⅰ到階段ⅡSG+LG>SL由階段Ⅱ到階段ⅢSG>SL由階段Ⅲ到階段ⅣSG>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(rùn)濕的主要條件是：

SG-SL>LG所以浸沒潤(rùn)濕與鋪展?jié)櫇竦臈l件相同。c浸沒第7頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四接觸角可以標(biāo)志固體表面的潤(rùn)濕性。如果固體表面形成的θ角很小，則稱其為親水性表面；反之，當(dāng)θ角較大，則稱其疏水性表面。θ角越大說明固體表面疏水性越強(qiáng)；θ角越小，則固體表面親水性越強(qiáng)。

6.1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量

第8頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖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，θ值近于零。圖b表示，當(dāng)θ<90°時(shí)，可被水潤(rùn)濕，屬親水性固體。圖c、d，當(dāng)θ≥90°時(shí)，此固體表面不易被水潤(rùn)濕，屬于蔬水性固體。圖e所示當(dāng)θ=180°，說明此固體表面不被水潤(rùn)濕，是絕對(duì)疏水的固體。6.1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量

第9頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四潤(rùn)濕功與潤(rùn)濕性水在固體表面粘附潤(rùn)濕過程體系對(duì)外所能做的最大功，稱為潤(rùn)濕功WSL，亦稱為粘附功

潤(rùn)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，WSL越大，即cosθ越大，則固-液界面結(jié)合越牢，固體表面親水性越強(qiáng)。浮選中常將cosθ稱為“潤(rùn)濕性”。

楊氏（Young）方程

WSL=SG+LG-SL=LG(1+cos?)=-?G

6.1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量

第10頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四粘著功與可浮性

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。礦粒向氣泡附著的過程是系統(tǒng)消失了固-水界面和水-氣界面，新生成了固-氣界面，即為鋪展?jié)櫇竦哪孢^程WSG=LG+SL-SG=-?G

WSG=LG（1-cosθ）

6.1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量

第11頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四WSG表征著礦粒與氣泡粘著的牢固程度。顯然，WSG越大，即（1-cosθ）越大，則固-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（1-cosθ）稱為“可浮性”。接觸角θ、潤(rùn)濕性cosθ、可浮性（1-cosθ）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。當(dāng)?shù)V物完全親水時(shí)，θ=0°，潤(rùn)濕性cosθ=1，可浮性（1-cosθ）=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)，接觸角θ增大，潤(rùn)濕性cosθ減小，可浮性（1-cosθ）增大。粘著功與可浮性

6.1.2固體顆粒表面潤(rùn)濕性的度量

第12頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.3礦物表面水化作用與潤(rùn)濕性6.1.3.1水化作用

水分子間的締合能EwEw＝146x10-3J／m2

礦物顆粒表面與水分子作用獲得的補(bǔ)償能EE=Ecom+Ea+Ehy+Em水分子與礦粒表面的作用強(qiáng)烈；水分子與礦粒表面的作用弱于水分子之間的作用第13頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.3.2水化膜結(jié)構(gòu)特性圖6-6水化膜示意圖a—疏水性礦物（如輝鉬礦），表面呈弱鍵，水化膜薄；b—親水性礦物（如石英），表面呈強(qiáng)鍵，水化膜厚第14頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.3.3礦物價(jià)鍵特性與潤(rùn)濕性表6-1礦物表面潤(rùn)濕性的分類類型表面不飽和鍵性質(zhì)E/EW接觸角(θ)界面水結(jié)構(gòu)類型代表性礦物強(qiáng)親水離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵>>1無A型石英、云母、錫石、剛玉、、高嶺石、方解石等弱親水弱疏水離子—共價(jià)鍵(部分自身閉合)1左右，無，或θ很小A型為主方鉛礦、輝銅礦、閃鋅礦等疏水分子鍵為主（層面間），離子，共價(jià)鍵為輔（層端斷面）<1中等θ，40°~90°B型為主滑石、石墨、輝鉬礦、葉臘石等強(qiáng)疏水色散作用為主的分子鍵<<1大θ，90°~110°B型自然硫、石臘備注：E為表面同水的作用能；Ew為水分子間締合能。第15頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.4潤(rùn)濕與浮選6.1.4.1固體間表面潤(rùn)濕性差異改變添加特定浮選藥劑的方法來擴(kuò)大物料間潤(rùn)濕性的差別。各種藥劑主要作用

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(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(diào)整介質(zhì)pH的為pH調(diào)整劑。第16頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.4.2泡沫浮選氣泡礦化過程

氣泡礦化的必要條件：(1-cosθ)>0

△礦化=SG-SL-LG≤0

△礦化=-LG（1-cosθ）≤0

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第17頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.4.2泡沫浮選第18頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.1.4.3表層浮選與粒浮因0<sinθ≤1，只要有足夠大的接觸角及液氣表面張力LG，就能使顆粒浮起。顆粒越粗（l大）要求的θ及LG越大。表層浮選

粒浮

l3δg≤l3ρg＋4LGsinθ

l3δg≤l2hg+4lLGcos(180°-θ)=l2hg-4lLGcosθ第19頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.2.1雙電層結(jié)構(gòu)雙電層緊密層:配衡離子受定位離子的靜電作用,在礦物表面形成的單層吸附層定位離子:在兩相間可以自由轉(zhuǎn)移,并決定礦物表面電荷的離子配衡離子:溶液中起電平衡作用的反號(hào)離子圖6-11礦物表面雙電層示意圖A—內(nèi)層（定位離子層）；B—緊密層(Stern層)；C—滑移面；D—擴(kuò)散層（Guoy層）；ψ0—表面總電位；ψδ—斯特恩層的電位；ζ—?jiǎng)与娢?；δ—緊密層的厚度6.2雙電層結(jié)構(gòu)及電位第20頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖6-11礦物表面雙電層示意圖A—內(nèi)層（定位離子層）；B—緊密層(Stern層)；C—滑移面；D—擴(kuò)散層（Guoy層）；ψ0—表面總電位；ψδ—斯特恩層的電位；ζ—?jiǎng)与娢唬沪摹o密層的厚度6.2.1.2雙電層電位表面電位（ψ0）斯特恩電位（ψδ）緊密面與溶液之間的電位差。動(dòng)電位（）滑移面上的電位稱為動(dòng)電位。等電點(diǎn)定義、等電點(diǎn)和零電點(diǎn)的關(guān)系。第21頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四半導(dǎo)體礦物和導(dǎo)體礦物可將礦物制成礦物電極測(cè)出0，稱為電極電位。非導(dǎo)體礦物0為零時(shí)定位離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值，稱為零電點(diǎn)。用PZC表示。表面電位：荷電的礦物表面與溶液之間的電位差。6.2.1.2雙電層電位第22頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.2.1.3零電點(diǎn)和等電點(diǎn)已知礦物的零電點(diǎn)，可求出在其他定位離子活度條件下的0對(duì)于硅酸鹽和氧化礦對(duì)于離子型礦物（1）零電點(diǎn)當(dāng)ψ0為零（或表面凈電荷為零）時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值被定義為“零電點(diǎn)”第23頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四已知石英的pHPZC=1.8，計(jì)算pH=1.0和7.0時(shí)，表面電位大小。解：由（6-22）式，當(dāng)pH=1.0時(shí)，當(dāng)pH=7.0時(shí)，計(jì)算結(jié)果表明，在定位離子是H+和OH—的情況下，當(dāng)pH>PZC時(shí)，ψ0<0時(shí)，礦物表面荷負(fù)電；當(dāng)pH<PZC時(shí)，ψ0>0時(shí)，礦物表面荷正電；

例6-1：第24頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)于離子型礦物pMPZC——以定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值表示的零電點(diǎn)（1）零電點(diǎn)6.2.1.3零電點(diǎn)和等電點(diǎn)第25頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）等電點(diǎn)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固體表面的吸附，稱為特性吸附。等電點(diǎn)

ζ電位等于零時(shí)，溶液中定位離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)值。在沒有特性吸附的情況下，當(dāng)Ψ0=0時(shí)，ζ＝0，即PZC=IEP6.2.1.3零電點(diǎn)和等電點(diǎn)第26頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.2.2動(dòng)電現(xiàn)象

6.2.2.1電滲電滲

在外加電場(chǎng)作用下，液相沿著固相(毛細(xì)管、多孔隔膜、多孔塞、粉末等)移動(dòng)。動(dòng)電位測(cè)定測(cè)出電摻電流和液體的電滲流出體積第27頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四電滲是指在電場(chǎng)作用下，分散介質(zhì)通過多孔膜或極細(xì)的毛細(xì)管而定向移動(dòng)的現(xiàn)象。沉降電位是指在外力作用下，是分散相粒子（膠粒）在分散介質(zhì)中迅速下降，而在液體的表面層與底層之間所產(chǎn)生的電位差。第28頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.2.2.2電泳在外電場(chǎng)作用下，分散在液相中的固體粒子的移動(dòng)。動(dòng)電位測(cè)定第29頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.2.3顆粒表面電性與浮選藥劑吸附浮選藥劑以靜電力吸附于顆粒表面的條件pH>PZC時(shí)，礦物表面帶負(fù)電，陽(yáng)離子捕收劑吸附pH<PZC時(shí)，礦物表面帶正電，陰離子捕收劑吸附。第30頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四用十二烷基硫酸鈉SDS，及十二烷基氯化銨DAC浮選藍(lán)晶石時(shí)，以PZC為分界，在礦物表面荷正電時(shí)，SDS能吸附并浮選藍(lán)晶石，達(dá)到PZC時(shí)，SDS的吸附劑礦物浮選回收率顯著下降。pH>PZC后，DAC在藍(lán)晶石上發(fā)生吸附，礦物浮選回收率增大，如圖6-9所示。用SDS及DAC浮選一些硅酸鹽礦物與零電點(diǎn)pH值的關(guān)系與藍(lán)晶石浮選相似，SDS在pH-PZC<0浮選，DAC在pH－pHPZC>0浮選。

第31頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四半膠束吸附當(dāng)表面活性劑濃度較低時(shí)，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(shí)，表面活性劑離子的烴鏈相互作用，形成半膠束狀態(tài)，產(chǎn)生半膠束吸附。這種吸附是在靜電力吸附基礎(chǔ)上，又加上分子烴鏈間的范德華力的作用。第32頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）藥劑濃度很低時(shí)，表面活性劑僅為配衡離子吸附，只有靜電力吸附自由能；（2）若濃度已達(dá)到半膠束濃度程度，還應(yīng)包括烴鏈間的分子鍵合自由能；（3）若表面活性劑與氧化物間有化學(xué)活性，還應(yīng)包括化學(xué)吸附自由能。

半膠束吸附第33頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.3礦物溶解對(duì)浮選過程的影響6.3.1礦漿pH值及其緩沖性質(zhì)氧化物礦物、硫化物礦物溶解后溶液pH值一般無影響大多數(shù)鹽類礦物的溶解使溶液pH值發(fā)生變化。6.3.2礦物溶解度大小與可浮性水化能大的，其溶解度大，礦物親水性大，可浮性差。硫化礦，溶解度小，具有天然可浮性；氧化礦，溶解度大，沒有天然可浮性。第34頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.3.3礦物溶解離子的活化作用2、金屬離子對(duì)黃鐵礦的活化1、金屬離子對(duì)閃鋅礦的活化Cu2+、Ag+離子的活化作用強(qiáng)，Pb2+、Cd2+離子的活化作用小。Cu、Pb、Cd、Ag等硫化物溶解產(chǎn)生的金屬離子能活化閃鋅礦。

第35頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.3.4礦物溶解離子對(duì)捕收劑作用的影響(1)競(jìng)爭(zhēng)吸附礦物溶解離子與同電性捕收劑離子在礦物表面會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附。競(jìng)爭(zhēng)吸附不利于捕收劑在礦物表面的吸附。（2）沉淀捕收劑溶解的礦物陽(yáng)離子在溶液中可以同捕收劑陰離子形成鹽沉淀。消耗捕收劑，增大藥劑用量。第36頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.5硫化物固體顆粒表面的

氧化還原反應(yīng)與浮選6.5.1硫化礦顆粒表面的氧化1、pH的影響2、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的影響3、表面氧化程度的影響第37頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1pH的影響在酸性水溶液中硫化礦在水溶液中的氧化反應(yīng)通式在中性或堿性水溶液中在酸性條件下，硫化物的氧化總是生成可溶的金屬離子和疏水的元素硫；在中性和堿性條件下氧化，則硫化物表面會(huì)生成親水的金屬氫氧化物以及元素硫或硫氧根離子。第38頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的影響（1）硫化礦自然氧化速度在堿性條件下，黃鐵礦、毒砂比黃銅礦，方鉛礦氧化速度大，這表明黃鐵礦與毒砂不僅在熱力學(xué)上易發(fā)生氧化，而且在動(dòng)力學(xué)上，它們的氧化反應(yīng)也以較大的速度進(jìn)行。表6-4在pH緩沖溶液中，硫化礦物的靜電位與自然氧化速率（15℃）pH靜電位和氧化速率黃銅礦方鉛礦黃鐵礦毒砂4.0Ecorr（mV）59.01-162.64218176.0Icorr(μA／cm2)7.7×10－20.1460.250.33336.86Ecorr（mV）-11-1801216.41Icorr(μA／cm2)2.78×10－23.16×10－24.44×10－23.78×10－29.18Ecorr（mV）-83-23024-53Icorr(μA／cm2)7.7×10－20.1460.5560.41611.0Ecorr（mV）-188-255-47-125Icorr(μA／cm2)8.3×10－20.26831.131.17第39頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①在中性pH（pH=6.86），硫化礦物的氧化速度最?。虎邳S銅礦與其它三種硫化物礦物相比，有兩個(gè)特點(diǎn)，一是氧化速度較?。ㄔ?0－2μA／cm2數(shù)量級(jí)內(nèi)），二是受pH的影響較小。③在堿性（pH9.18）和強(qiáng)堿性（pH11時(shí)），毒砂與黃鐵礦的氧化速度明顯增大，同時(shí)，方鉛礦與黃銅礦的氧化速度差也增大。2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的影響表6－4數(shù)據(jù)可以看出：④按照Icorr的數(shù)值,在不同的pH下,硫化礦物氧化速度的順序是：pH4、pH11：FeAsS>FeS2>PbS>CuFeS2；pH9.18、pH6.86：FeS2>FeAsS>PbS>CuFeS2。第40頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的影響在pH9.18、pH11時(shí)，盡管黃鐵礦、毒砂的氧化速度較大，但兩者的差別不大。但是加入Na2CO3后，如表6-5，黃鐵礦和毒砂氧化速度（IcorrμA／cm2）的差別增大，并且隨Na2CO3濃度增大，△Icorr增大，即在Na2CO3介質(zhì)中毒砂以較大的速度氧化。因此，可以利用此特性在Na2CO3介質(zhì)中抑制毒砂，浮選分離出黃鐵礦。第41頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)氧化動(dòng)力學(xué)因素的影響氧化動(dòng)力學(xué)因素決定硫化礦的氧化反應(yīng)和氧化產(chǎn)物。方鉛礦在中性和堿性介質(zhì)中的氧化反應(yīng)對(duì)方鉛礦可能發(fā)生的氧化反應(yīng)是反應(yīng)式(6.38)、(6.41)，氧化產(chǎn)物是s0和s2032-。

PbS+H2O=PbO+S0+2H++2eE0=0.750V(6-38)

PbS+2H2O=HpbO2-+S0+3H++2eE0=0.841V(6-39)

PbS+5H2O=PbO+SO42-+10H++8eE0=0.45V(6-40）

PbS+5H2O=PbO+S2O32-+10H++8eE0=0.614V(6-41)6.4.1.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的影響第42頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.4.1.3表面氧化程度的影響（1）表面上存在元素硫，則有助于增強(qiáng)硫化礦各關(guān)面的疏水。（2）元素硫被進(jìn)一步氧化為SO32-、SO42-，使硫化礦物表面形成更多的親水物質(zhì)，就會(huì)惡化其浮選行為。1、表面氧化程度的影響2、影響元素硫存在的因素（1）礦漿電位(環(huán)境)（2）存在時(shí)間第43頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.5.2巰基浮選捕收劑在硫化物上的電化學(xué)反應(yīng)1、巰基浮選捕收劑與硫化物表面的疏水現(xiàn)象2、巰基浮選捕收劑與礦物作用的“化學(xué)反應(yīng)假說”3、硫化礦可浮性大小的溶度積判據(jù)4、硫化礦浮選的電化學(xué)第44頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1巰基浮選捕收劑與硫化物表面的疏水現(xiàn)象(1)巰基浮選捕收劑的結(jié)構(gòu)R——C(s)SH(2)巰基浮選捕收劑在硫化礦表面的吸附（1）極性親固基團(tuán)吸附在硫化礦物表面；（2）非極性的疏水基團(tuán)在礦物表面向外排列。硫化礦物第45頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2巰基浮選捕收劑與礦物作用的“化學(xué)反應(yīng)假說”藥劑與礦物金屬離子化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的溶度積越小，作用能力越強(qiáng)。K為Barsky常數(shù)，反映了藥劑離子與羥基的競(jìng)爭(zhēng)作用，0H-濃度大時(shí)，pH大，所需捕收劑濃度也要大。第46頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2巰基浮選捕收劑與礦物作用的“化學(xué)反應(yīng)假說”第47頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四巰基浮選捕收劑與礦物作用時(shí)氧的作用第48頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3硫化礦可浮性大小的溶度積判據(jù)用藥劑與硫化礦金屬離子反應(yīng)產(chǎn)物的溶度積大小衡量藥劑對(duì)硫化礦的作用能力。乙基黃原酸鹽溶度積依次增大順序排列，常見硫化礦金屬離子順序Au+，Cu+，Hg2+，Ag+，Bi3+，Pb2+，Ni2+，Zn2+，F(xiàn)e2+第49頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4硫化礦浮選的電化學(xué)（1）巰基捕收劑---硫化礦礦物體系的氧化還原反應(yīng)（2）靜電位對(duì)巰基捕收劑電化學(xué)反應(yīng)的影響（3）懸浮液電位對(duì)硫化物礦物浮選的影響硫化礦浮選電化學(xué)主要研究礦物(電極)----電解質(zhì)溶液界面電化學(xué)反應(yīng)的一般規(guī)律.第50頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）巰基捕收劑---硫化礦礦物體系的氧化還原反應(yīng)陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)第51頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方鉛礦陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)黃鐵礦陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)（1）巰基捕收劑---硫化礦礦物體系的氧化還原反應(yīng)FeS22e第52頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）靜電位對(duì)巰基捕收劑電化學(xué)反應(yīng)的影響概念電極電位、硫化礦靜電位（EMS)一個(gè)氧化還原電對(duì)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的熱力學(xué)可逆電位。在電極上沒有凈電流通過時(shí)，硫化礦物電極相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電位。靜電位第53頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硫化礦物靜電位EMS與捕收劑氧化還原反應(yīng)的關(guān)系[][]2222X/XMSX/XMS22X/X0X/X2EEEEXXlnF2RTEEX2e2X----<>-=?--（液）（液）＋（2）靜電位對(duì)巰基捕收劑電化學(xué)反應(yīng)的影響捕收劑被氧化,在礦物表面優(yōu)先以雙黃藥存在捕收劑不氧化,捕收劑以離子形式存在于溶液中,在礦物表面以金屬鹽的形式存在.第54頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例6-2計(jì)算乙雙黃藥在濃度為6.25×10-4mol/L（在25℃pH=7）的還原電位。解：乙黃藥取平衡數(shù)據(jù)E°=-0.06V。代入式（6-58），得第55頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表6-7巰基類捕收劑與硫化物礦物作用表面靜電位和反應(yīng)產(chǎn)物乙基黃原酸鉀（6.25×10-4mol/L，pH為7）氧化成雙黃藥可逆電位為0.13V二乙基二硫代氨基甲酸鈉氧化成二硫化物可逆電位為0.176V礦物靜電位（V）反應(yīng)產(chǎn)物靜電位（V）反應(yīng)產(chǎn)物黃鐵礦0.22雙黃藥0.475二硫化物砷黃鐵礦0.22雙黃藥磁黃鐵礦0.21雙黃藥黃銅礦0.14雙黃藥0.095金屬二硫代氨基甲酸鹽銅藍(lán)0.05雙黃藥0.115金屬二硫代氨基甲酸鹽斑銅礦0.06黃原酸鹽-0.045金屬二硫代氨基甲酸鹽輝銅礦0.06黃原酸鹽-0.155金屬二硫代氨基甲酸鹽方鉛礦0.06黃原酸鹽-0.035金屬二硫代氨基甲酸鹽（2）靜電位對(duì)巰基捕收劑電化學(xué)反應(yīng)的影響第56頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四各種硫化礦的靜電位和表面產(chǎn)物列于表6-7。由表看出，一般來說，捕收劑只在那些礦物的靜電位大于相應(yīng)的二硫化物生成的可逆電位時(shí)，才氧化成二硫化物（例如黃鐵礦、毒砂與黃藥溶液）。對(duì)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（例如方鉛礦、輝銅礦等，銅藍(lán)是一個(gè)例外，可能是由于銅藍(lán)所釋放出來的Cu2+將黃原酸鹽離子氧化成雙黃藥所致）。（2）靜電位對(duì)巰基捕收劑電化學(xué)反應(yīng)的影響至于是否生成二硫化物，或者是生成金屬化合物，不僅與礦物種類有關(guān)，而且也與所用的捕收劑種類有關(guān)。第57頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）懸浮液電位對(duì)硫化物礦物浮選的影響懸浮液電位在浮選懸浮液中，一般把用鉑電極做指示電極測(cè)得的“平衡電位“，即相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的鉑電極電位。懸浮液電位的作用調(diào)節(jié)懸浮液電位的方法來控制硫化物礦物表面的氧化還原性質(zhì)，改變礦物的親水疏水性，達(dá)到改變礦物可浮性的目的。第58頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硫化物礦物無捕收劑浮選與礦漿電位的關(guān)系乙黃藥浮選硫化物礦物與礦漿電位的關(guān)系乙黃藥濃度為2×10-5mol/L

（3）懸浮液電位對(duì)硫化物礦物浮選的影響第59頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方鉛礦浮選與礦漿電位的關(guān)系

（3）懸浮液電位對(duì)硫化物礦物浮選的影響乙黃藥浮選硫化物礦物與礦漿電位的關(guān)系乙黃藥濃度為2×10-5mol/L

第60頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5硫化礦浮選抑制的電化學(xué)陽(yáng)極過程陰極過程浮選體系電化學(xué)過程硫化礦抑制劑還原劑氧化劑硫化物浮選和抑制的電化學(xué)相互作用示意圖第61頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）當(dāng)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(shí)，氧的還原電流降低，R曲線變?yōu)镽ˊ，混合電位由A處移至B處。表明氧化反應(yīng)（O線表示）難以進(jìn)行，即捕收劑不能在礦物表面形成疏水產(chǎn)物，浮選受到抑制；（2）若增大捕收劑濃度，或者加入長(zhǎng)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Oˊ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(qiáng)；5硫化礦浮選抑制的電化學(xué)第62頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（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，如圖中，將O線移至O″線，則浮選難以進(jìn)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(yīng)，消耗氧，也可以實(shí)現(xiàn)浮選的抑制；（5）硫化礦表面預(yù)先氧化形成親水物質(zhì)，捕收劑難以吸附，浮選受到抑制。石灰、氰化物、HS-等均可以作為硫化礦浮選的抑制劑。pH值的升高，可以加速黃鐵礦、磁黃鐵礦等礦物的表面氧化，使得其浮選得到抑制。5硫化礦浮選抑制的電化學(xué)第63頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硫化礦物混合精礦的浮選分離第一類：還原劑在還原條件下，使表面疏水產(chǎn)物還原脫附解吸，抑制礦物浮選第二類：氧化劑使預(yù)先吸附在表面的捕收劑金屬鹽在氧化條件下下解吸第64頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.6凝聚與分散1、基本行為2、微粒間相互作用的DLVO理論3、擴(kuò)展的DLVO理論第65頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.5.1基本行為1微細(xì)粒子的分散和聚集狀態(tài)分散狀態(tài)懸浮液中微細(xì)粒子呈懸浮狀態(tài)，且各個(gè)顆?？勺杂蛇\(yùn)動(dòng)。聚集狀態(tài)懸浮液中微細(xì)粒子相互粘附團(tuán)聚，團(tuán)粒尺寸變大聚集狀態(tài)作用機(jī)理凝結(jié)在某些無機(jī)鹽的作用下，懸浮液中的微細(xì)粒子形成凝塊的現(xiàn)象。主要機(jī)理是外加電解質(zhì)消除了表面電荷、壓縮雙電層的結(jié)果。第66頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四絮凝主要是用高分子絮凝劑通過橋聯(lián)作用，把微粒聯(lián)結(jié)成一種松散蜘網(wǎng)絡(luò)狀的聚集狀態(tài)。6.5.1基本行為1微細(xì)粒子的分散和聚集狀態(tài)第67頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.5.1基本行為1微細(xì)粒子的分散和聚集狀態(tài)團(tuán)聚懸浮液中加入非極性油后，促使粒子聚集于油相中形成團(tuán)，或者由于大小氣泡拱抬，使粒子聚集成團(tuán)的現(xiàn)象。第68頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2絮凝與橋聯(lián)作用橋聯(lián)作用高分子絮凝劑以自己的活性基團(tuán)與粒子起作用，象架橋一樣，搭在兩個(gè)或多個(gè)粒子上，并從而將粒子聯(lián)接形成絮凝團(tuán)。絮凝劑的鍵合作用方式1、靜電鍵合2、氫健健合3、共價(jià)鍵合第69頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3選擇性絮凝在含有兩種或多種礦物組分的懸浮液中加入絮凝劑，由于各種礦物對(duì)絮凝劑的作用不同，絮凝劑將選擇性地吸附于某種組分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其余礦物仍保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)，從而達(dá)到分離的目的。6.5.1基本行為第70頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四礦物選擇性絮凝的五個(gè)階段:6.5.1基本行為加絮凝劑之前懸浮液中各礦物組分必須充分分散加入絮凝劑并使其充分混勻彌散絮凝劑吸附藥劑性質(zhì)加藥方式攪拌強(qiáng)度懸浮液濃度避免夾雜根據(jù)需要控制合適的沉降時(shí)間后進(jìn)行固液分離第71頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四選擇性絮凝的分離形式（在礦物加工中的應(yīng)用）1、浮選選擇性絮凝，脫除細(xì)粒脈石,絮凝沉淀物進(jìn)行浮選分離-----絮凝脫泥浮選2、選擇性絮凝后用浮選法浮去被絮凝的無用脈石礦物，然后再浮選呈分散狀態(tài)的有用礦物----預(yù)先絮凝浮選脫泥3、在浮選過程中用絮凝劑絮凝脈石，然后浮選有用礦物4、在浮選前進(jìn)行粗細(xì)粒分級(jí)，粗粒浮選，細(xì)粒進(jìn)行選擇性絮凝。3選擇性絮凝第72頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6.5.2微粒間相互作用的DLVO理論顆粒間的作用力范德華力VWA誘導(dǎo)作用、定向作用、色散作用。靜電力VERDLVO理論VT=VER+VWAVT>0，膠體或顆粒以分散(穩(wěn)定)狀態(tài)存在；VT<0，膠體或顆粒相互凝聚。第73頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DLVO理論（Derjagin、Landau、Verwey、Overbeek四人提出），是目前對(duì)膠體穩(wěn)定性解釋得比較完善的理論。該理論以溶膠粒子間的相互吸引力和相互排斥力為基礎(chǔ)，認(rèn)為當(dāng)粒子相互接近時(shí)，這兩種相反的作用力決定了溶膠的穩(wěn)定性。6.5.2微粒間相互作用的DLVO理論第74頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DLVO理論認(rèn)為：1.溶膠粒子間的相互吸引力是范得華力，主要為色散力。膠粒中含有大量分子，所以膠粒間的引力是各分子所貢獻(xiàn)的總和，這種引力與距離的三次方成反比，是一種遠(yuǎn)程作用力。2.溶膠粒子間的排斥是由于帶電膠粒所具有的相同電荷之間的斥力，其大小取決于粒子電荷數(shù)目和相互距離。3.溶膠的穩(wěn)定性取決于膠粒間吸引能和排斥能的總效應(yīng)。當(dāng)粒子相互靠近時(shí)，如果粒子間的引力大于粒子間的排斥力，則溶膠發(fā)生聚沉，是不穩(wěn)定的；反之，溶膠是穩(wěn)定的。當(dāng)粒子相互聚集在一起時(shí)，必須克服一定的能壘。6.5.2微粒間相互作用的DLVO理論第75頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四同相凝聚當(dāng)粒子的表面電位符號(hào)和大小都相同，即Ψ1=Ψ2=Ψ時(shí)所產(chǎn)生的凝聚現(xiàn)象6.5.2微粒間相互作用的DLVO理論第76頁(yè)，共85頁(yè)，2023年，2月20日，星期四異相凝聚表面電位不同(符號(hào)或數(shù)值不同)的異類粒子的凝聚

6.5.2微粒間相