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1、2浮选原理,2.1相界面性质与可浮性 2.1.1 矿物表面的润湿性与可浮性 2.1.2 矿物表面的电性与可浮性 2.1.3矿物表面氧化、溶解与可浮性 2.1.4 药剂在矿物表面的吸附与可浮性 2.2微细矿粒的分散与聚集 2.3气泡矿化 2.4浮选动力学,2.1.1矿物表面的润湿性与可浮性,一、常见的润湿现象 （1）亲水性，如水在干净的玻璃表面形成水膜。 （2）疏水性，如水在干净的石腊表面形成水滴。,2.1 相界面性质与可浮性,二、润湿过程与表面能,三种基本润湿形式：附着润湿、铺展润湿和浸没润湿,系统消失了固-气界面和水-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上位能降低为：,式中：sg 为固体-空
2、气界面自由能; lg为水-空气界面自由能; sl 为固体-水界面自由能。,如果 G sl， 则：位能的降低是正值，附着润湿将会发生。,系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面和水-气界面，单位面积上,若 sg sl + lg，水将排开空气而铺展，为了达到很好的铺展润湿, 须使 lg和 sl降低，而不降低 sg。,系统消失了固-气界面，新生成了固-水界面，单位面积上,因此，自发浸没的必要条件：,但这还不充分。因为固体进入水中必需通过气-水界面，这样就必须满足其他有关的条件。,浸没过程分四个阶段：,使每个连续阶段成为可能的必要条件是： 由阶段到阶段 sg + lg sl 由阶段到阶段 sg sl
3、由阶段到阶段 sg lg + sl 如果第三阶段是可能的，则其他阶段亦皆可能。因此，浸没润湿的主要条件是： sg -sl lg,如果矿物的亲水性强，如脉石矿物，石英、长石，则表面能同时能充分满足三个阶段的条件，而浸入水中； 如果矿物的疏水性强，如石墨，辉钼矿，其表面能只能满足阶段的条件，不能满足的条件，能很好地浮在水面上，这是最好的不加任何浮选药剂的表层浮选； 如果矿物能满足条件，不能满足 的条件，虽然大部分沉在水面下，但不会全部沉下去，这仍然符合表层浮选的要求。,许多学者用润湿过程来说明浮选的原理，认为 （1）表层浮选基本上取决于矿物表面的空气是否能被水所取代，如水不能取代矿物表面的空气，此
4、矿物就将漂浮在水面上； （2）全油浮选是由于被浮矿物表面的亲油性和疏水性所造成的； （3）泡沫浮选是由于被浮矿物经浮选剂处理，造成了表面疏水性而附着于气泡上浮。,（1）全油浮选：添加中性油。 使疏水亲油矿粒穿过油水界面进入油相，形成比水轻的集合体，漂浮于水面或形成质量较大的球团沉在水中而设法分离。 （2）泡沫浮选：加捕收剂、起泡剂和调整剂 扩大目的矿物和非目的矿物间的润湿性差异，增大目的矿物表面的疏水性而附着于气泡上浮。,实际浮选过程，通过加浮选药剂对矿物表面润湿性进行调节，扩大矿物颗粒间的润湿性差异。,矿物表面润湿性及其调节是浮选过程的核心问题。,三、润湿性差异的衡量：接触角,三相润湿周边：
5、固体表面被润湿过程中，液、气、固三相接触线。 三相接触点：固体表面被润湿过程中，液、气、固三相都存在的点。 接触角 ：当润湿周边处于平衡时，在任一三相接触点处，自液气界面做切线经过液体内部到固-液界面的夹角。,角越大说明矿物表面疏水性越强； 角越小，则矿物表面亲水性越强。,cos ，矿表润湿性，疏水性。 cos ，矿表润湿性，疏水性。,当固液气三相界面张力平衡时，在三相接触点处，各张力的合力为零。,当90时，矿物表面不易被水润湿，称为疏水表面 当90对，矿物表面易被水润湿，称为亲水表面。 原则上，取90为分界线， 090时成为亲水性表面， 90180时称为疏水性表面。 实际上，固、水、气三相系
6、统中最大接触角均110 据测定，石蜡所具有的接触角最大，为106,如何调整cos ？或 ？,cos值界于 l 至 1 之间，因此可定义： 润湿性cos 可浮性1-cos。, ， cos ，矿表润湿性，疏水性。,通过测定矿物接触角可大致评价矿物的润湿性和可浮性。,四、润湿阻滞对浮选的影响,润湿过程中，润湿周边展开或移动受到阻碍，使平衡接触角发生改变的现象，称为润湿阻滞。,影响润湿阻滞的主要因素：润湿顺序、矿物表面组成、化学成分、不均匀性、粗糙度及矿物表面润湿性等。,两种阻滞效应：水排气和气排水时的阻滞效应。,（1）水排气时的阻滞效应,水分子与矿物表面之间存在摩擦力1,则：水滴继续扩展，平衡时：,
7、矿粒从气泡上脱落的过程,（2）气排水时的阻滞效应,气泡在浸在水中的矿物表面展开，气体分子与矿物间的摩擦力为2,矿粒向气泡上附着的过程,（3）动态阻滞效应,当平板倾斜使水滴能近于斜面流动，出现前角1，后角 2 2,润湿阻滞对浮选的影响：,浮选过程中，矿粒向气泡附着时，属于气排水，相当于阻滞效应中的后角， 2 。即在矿物本身可浮性不变的情况下，附着过程难，对浮选不利。,而矿粒从气泡上脱落时，属于水排气，相当于阻滞效应中的前角， 1 。使水难以从矿粒表面将气泡排开，防止矿粒从气泡上脱落，对浮选有利。,因此，阻滞现象对浮选过程的进行是有利的,五、接触角的测定,接触角的测定方法有：观察测量法、斜板法、光
8、反射法、长度测量法和浸透测量法等等。 一般测定方法：由于矿物表面的不均匀和污染等原因，要准确测定接触角比较困难，再加上润湿阻滞的影响，难于达到平衡接触角，一般用测量接触前角和后角，再取平均值的方法作为矿物接触角。,(1)躺滴法和气泡法,（2）水平液体表面法,一些矿物的接触角测定值,2.1.2 矿物表面的电性与可浮性,一、矿表表面电性起源：四种类型,（1）优先解离或溶解,离子型矿物在水中，由于表面正负离子的表面结合能及受水偶极的作用力（水化）不同而产生非等当量向水中转移的结果，使矿表荷电。,如：方解石的新鲜破裂面上露出晶格正离子Ca2+及负离子CO32-：,表面阳离子的水合作用：,表面阴离子的反
9、应：,矿物表面离子的水化自由能 Gh：通过矿物离子的表面结合能 Us和气态离子的水化自由能 Fh计算。 对于阳离子Men+有：,对于阴离子X则有：,Gh，表明相应离子的水化程度，该离子将优先进入水溶液，致使颗粒表面因残留有带相反电荷的离子而呈现荷电状态。,对矿物表面上阳离子和阴离子呈相等分布的离子型矿物，如果：,则其表面电荷的符号取决于气态离子的水化自由能的大小：,如：碘银矿（AgI）:,因此Ag+优先进入水中，在水中碘银矿的表面荷负电。,所以，Cl优先溶入水中，在水中钾盐矿的表面荷正电。,如：钾盐矿（KCI）:,对组成和结构复杂的离子型矿物，则表面荷电将取决于表面离子水化作用的全部能量。如，
10、萤石：,表明萤石表面的F比Ca2+更容易溶入水中,重晶石（BaSO4）、铅矾（PbSO4）等与萤石情况相同。 白钨矿（CaWO4）、黑钨矿(Fe，Mn)WO4、方铅矿（PbS）的解离与萤石相反。,（2）优先吸附,通过矿物表面对水溶液中阴、阳离子的吸附而获得电荷。当带某种电荷的离子在矿物表面吸附偏多时，即可引起矿物表面荷电。,白钨矿在自然饱和溶液中，表面钨酸根离子较多而荷负电。如向溶液中添加钙离子Ca2+，因表面优先吸附钙离子Ca2+而荷正电。又如，在用碳酸钠与氯化钙合成碳酸钙时，如果氯化钙过量，则碳酸钙表面荷正电（+3.2mV）。,向溶液中添加NaF，萤石表面会因吸附过多的F而带负电。,（3）
11、吸附和电离,某些难溶极性矿物，如石英，经破碎、磨碎后与水作用，在界面上生成含羟基的两性化合物（酸类化合物），然后，一部分电离、并吸附H+或OH，使矿物表面荷电。,经过破碎、磨碎后的石英表面分别带有负电荷和正电荷。,由于磨碎是在水介质中进行的，带负电荷的石英颗粒表面将吸附水中的H+，而带正电荷的表面则吸引水中的OH，使石英表面生成类似硅酸的表面化合物（H2SixOy）。,刚玉（Al2O3）、赤铁矿（Fe2O3）、锡石（SnO2）、金红石（TiO2）等其他氧化物矿物也有类似情况。改变体系的pH值都会引起这些矿物颗粒表面电荷符号的改变。,氧化矿在水中先与水分子结合，在表面生成羟基基团（-Me-OH）
12、。因羟基基团中金属阳离子的性质不同，向水中选择性地解离H+或OH的数量及条件也各异。,在氧化矿表面可能存在3种表面组分（或显微区），即：,氧化矿中金属离子种类不同，在不同的pH值条件下，3种组分的比例不同，从而决定了其颗粒表面的荷电状态。,（4）晶格取代,粘土矿物、云母等是由铝氧八面体和硅氧四面体的层片状晶格构成的。在铝氧八面体层片中，当Al3+被低价的Mg2+或Ca2+取代时，或在硅氧四面体层片中Si4+被Al3+取代时，都会使晶格带负电。 为了维持电中性，颗粒表面就会吸附某些阳离子（如碱金属离子Na+或+）。将这类矿物置于水中时，碱金属阳离子因水化而从表面进入溶液，从而使颗粒表面荷负电。,
13、（1）双电层结构,矿表在水中荷电后，吸引水中的反号离子（配衡离子），排斥同号离子，使在矿表界面处出现异号电荷而形成双电层（矿物表面及其所联系的一层溶液）。 在浮选过程中，固-液界面的双电层可用斯特恩（Stem）双电层模型表示。,图2-16 矿物表面双电层示意图 A内层（定位离子层）；B紧密层(Stern层) C滑移面；D扩散层（Guoy层）； 0表面总电位；斯特恩层的电位； 动电位；紧密层的厚度,二、矿物表面双电层,双电层包括：内层(A)、外层（紧密层B+扩散层D)。 内层A是矿物表面，即定位离子层：决定固体表面总电位（。）的大小和符号 。 定位离子:在双电层内层吸附的离子。在固液两相间可以自
14、由转移，决定矿物表面电荷(或电位)。 一般，氧化矿和硅酸盐矿物的定位离子是H+和OH- 硫化矿和离子型矿物的定位离子是组成其晶格的同名离子。,图2-16 矿物表面双电层示意图 A内层（定位离子层）；B紧密层(Stern层) C滑移面；D扩散层（Guoy层）； 0表面总电位；斯特恩层的电位； 动电位；紧密层的厚度,外层（紧密层B+扩散层D)。 紧密层B，或称Stern层:配衡离子受定位离子的静电作用，在紧贴矿物表面形成的单吸附层，其厚度约为水化配衡离子的有效半径（）。 配衡离子：在外层吸附的离子。 扩散层D，或称古依(Gouy)层：受定位离子静电引力的作用以及分子热运动的影响，在固-液界面附近呈
15、扩散状分布，随着离开固-液界面距离的增大，配衡离子的浓度逐渐减小，直至为零。,图2-16 矿物表面双电层示意图 A内层（定位离子层）；B紧密层(Stern层) C滑移面；D扩散层（Guoy层）； 0表面总电位；斯特恩层的电位； 动电位；紧密层的厚度,紧密层与扩散层的假想分界面，称为紧密面或Stern层面，也成为亥姆霍兹（Helmholtz）面（OHP)。 双电层在电场作用下，B层(OHP)紧贴在固相表面而不随扩散层移动。 在电场作用下，在扩散层与包括B层在内的固相表面之间有一滑动面C，称为滑移面C 。,图2-16 矿物表面双电层示意图 A内层（定位离子层）；B紧密层(Stern层) C滑移面；
16、D扩散层（Guoy层）； 0表面总电位；斯特恩层的电位； 动电位；紧密层的厚度,（a）表面电位（0）:矿物表面与溶液之间的电位差。热力学电位或可逆电位,R=8.314 J/(mol)；T-绝对温度，；n-定位离子价数；F-法拉第常数；a+、a-：正、负定位离子的活度，当溶液很稀时等于其浓度，mol/L； a+0、a-0：表面电位为零时，正、负定位离子的活度，mol/L。,不导电矿物：,（2）双电层的电位,已知矿物的零电点，可求出在其他定位离子活度条件下的0,零电点：0=0时定位离子浓度的负对数值，用PZC表示。 如果矿物表面定位离子是H+或OH-，则PZC为0=0时的pH值,例：已知石英的pHP
