辉钼矿浮选体系中的界面相互作用研究

1、辉钼矿浮选体系中的界面相互作用研究 中南大学 硕士学位论文 姓名：陈立 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：王晖 20070514 硕士学位论文摘要 摘要 论文以天然疏水性矿物辉钼矿、石英、方解石、云母、滑石和农用煤油、柴油、三种捕收剂为研究对象，采用接触角测量法，获得了上述物质的表面能参数，包括分量、酸分量和碱分量。通过辉钼矿浮选体系中矿物与水、捕收剂与水、矿物与气泡、矿物与捕收剂等界面相互作用自由能的计算，对各界面之间的范德华力、疏水引力、水化斥力等界面相互作用进行了系统研究。 辉钼矿和脉石矿物与水之间界面相互作用自由能的计算结果表明，在水介质中，辉钼矿及脉石矿物与水分子之间均存

2、在范德华引力和疏水引力，其中辉钼矿与水之间的疏水引力显著低于脉石矿物与水之间的疏水引力，由此决定了辉钼矿表面形成的水化膜较薄。水介质中辉钼矿与气泡之间存在较强的疏水引力，辉钼矿由此具备天然可浮性。 捕收剂与水介质之间的界面相互作用研究表明，农用煤油、柴油、三种捕收剂与水之间存在范德华引力和疏水引力，其中范德华引力较小，起主要作用的是相互作用导致的疏水引力，其决定了捕收剂在水介质中的分散能力。 捕收剂与矿物之间的界面相互作用研究表明，辉钼矿与捕收剂之间发生吸附的主要作用力是疏水引力，其大小明显大于捕收剂与脉石矿物之间的相互作用。由此可知，捕收剂与脉石矿物之间的疏水引力大小是衡量辉钼矿浮选体系中脉

3、石夹杂的重要指标。 论文选取两个矿山的实际矿石进行浮选实验。结果表明，鉴于辉钼矿表面的良好疏水性，各捕收剂与辉钼矿表面之间的疏水引力均能胜任辉钼矿的浮选要求，捕收剂在矿物表面的吸附强度并不是影响辉钼矿浮选指标的决定性因素，衡量辉钼矿捕收剂性能优劣的重要指标是捕收剂在矿浆中的分散性，即捕收剂与水介质之间界面相互作用自由能的大小可以作为衡量捕收剂性能优劣的重要判据。关键词辉钼矿，浮选，界面相互作用，接触角，表面能 硕士学位论文 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ：， ， ， 。 ， ， ， （ ）， ， ， ， ， 硕士学位论文 ， ：， ， ， 硕士学位论文 符号说明 符号说明 （按符号出现的

4、先后顺序排列） 一表面内能。 ，一离子相互作用。，一非色散成分的总和。 一两物质之间相互作用总的自 由能。 品度。 一体积。一面积。 熵。 ” 用自由能。 相互作 组分的单位表面内能。 组分的摩尔数。 ”、）， 能。 相互作用自由 卜表面张力。 守一固体的表面自由能。 一表面能分 量。 与物质性质有关的变量。，。一固，气界面张力。儿一，一固气界面张力。所一。一液气界面张力。粘附功。 所浸润功（润湿能、粘附张力）。铺展系数。 ，”“、酸碱分量。 广酸分量。，一丽碱分量。 几一固体表面能。 ，。一液体表面能。 尥，一固液界面相互作用自由能。砖”一固体表面能 分量。 缈一分子体系和分子间相互作用力性

5、 质有关的常数。 。一极性分量。儿一色散分量。 平衡浓度为时的吸附量。 龙”一液体表面能 分量。 力一国体、酸一碱分量。 矿物粒子问相互作用总能量。为范德华力作用能。 ，夕一液体酸一碱分量。 露一固体酸分量。巧一固体碱分量。 庀一液体酸分量。圪液体碱分量。 ：一静电力作用能。一水化相互作用排斥能。、，姒一疏水相互作用吸引能。一空间稳定化作用能。 磁吸引势能。 孑一固液 互作用自由能。 相 一色散力。矿一氢键。，一金属键。，。一电子相互作用。 岔一固液丽 自由能。 相互作用 一物质与物质通过水之间的 相互作用自由能。 硕士学位论文符号说明 儡一物质与物质通过水之间的 用自由能。 相互作 。一辉钼

6、矿与矿柴油界面作用自 由能。 。，一物质与物质通过水之间 的相互作用自 一辉钼矿与界面作用 自由能。 由能。 。，固液界面相互作用自由能。一石英与农用煤油界面作用自 碟一固液界面 相互作用自由能。作用自由能。 由能。 。一石英与柴油界面作用自由 能。 矿一回很彳卜叫相互 一石英与界面作用自由 能。 旺平衡接触角。 兀固体表面膜压。 乙。一方解石与农用煤油界面作用 自由能。 。，。物质在介质中的有效哈马克常 数。 乙。一方解石与“柴油界面作用自 由能。 。物质本身在真空中的哈马克常 数。 乙一方解石与界面作用 自由能。 ，一介质本身在真空中的哈马克常 数。 。一云母与农用煤油界面作用自 由能。

7、，一辉钼矿与水界面作用自由 能。 一云母与柴油界面作用自由 能。 。，一石英与水界面作用自由能。一方解石与水界面作用自由能。一云母与水界面作用自由能。，一滑石与水界面作用自由能。，一农用煤油与水界面作用自由 能。 。，柴油与水界面作用自由能。 能。 脚一云母与界面作用自由 能。 。一滑石与农用煤油界面作用自 由能。 。一滑石与柴油界面作用自由 一滑石与界面作用自由 能。 与水界面作用自由能。 。一辉钼矿与农用煤油界面作用 自由能。 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

8、撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 名：阻眺 关于学位论文使用授权说明年上月上日 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：名逸嗍母也华日 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 前言 浮选法【】包括泡沫浮选、油团浮选、表层浮选和沉淀浮选等。由于泡沫浮选已被广泛用于分选各种细粒矿物和细粒煤，所

9、以通常所说的浮选法即指泡沫浮选。浮选法除广泛用于分选金属矿物、非金属矿物和能源矿物之外，还大量应用于工厂废水净化和造纸工业中，尤其是近年来采用浮选法分离微观尺寸的粒子，如各种微观有机体、蛋白质的分离；将洗涤剂分子从水溶液中分离出来的胶体浮选和分子浮选；将、及氰化物等从溶液中分离出来的离子浮选和吸附胶体浮选；分离氢氧化铁的沉淀浮选等等都在研究中，并且其中某些浮选法已经获得工业应用。 浮选是细粒矿物分选的重要方式。矿物浮选【】的特点是矿粒的分选和富集是在复杂的三相运动过程中实现，其原理是利用矿物间表面润湿性差异进行浮游分离。目前矿物表面湿润性或可浮性采用人工添加浮选药剂来灵活调节，大大提高了分选效

10、果。成功的浮选分离取决于在液体介质中固体颗粒与气泡间的互相作用，而通过添加适当的浮选药剂和调整剂来改变矿物表面的疏水亲水性是实现从大量的复杂矿石资源中选择性地分离有用矿物的关键。 论文主要研究的内容为辉钼矿浮选体系中的界面相互作用，研究界面相互作用的有力工具是扩展的理论【。该理论认为，两物质（组分）之间相互作用总的自由能（）应包括静电相互作用自由能（“）、相互作用自由能（“）以及界面极性相互作用自由能（）等，函盖静电力、力、疏水引力及水化斥力等作用力，其中“由双电层理论描述；”与物质表面自由能分量（色散分量）有关；则是物质表面自由能极性分量的函数，是电子接受体（）和电子给予体（）相互作用，或（

11、）相互作用。 矿物表面能、表面自由能及其影响因素分析 矿物表面能和表面自由能 固体和液体都有表面（或界面），因而也具有表面能（或界面能）。但是通常情况下，由于固体具有非流动性的性质而使得固体表面比液体表面要复杂的多：首先，固体表面一般都是各向异性，固体的实际外形与其周围的环境有关。 硕士学位论文第一章文献综述除了少数理想状态之外，固体表面是处于热力学非平衡状态的。在一般条件下，固体表面趋向于热力学平衡态的速度极其缓慢。正是这种动力学上的原因，固体才能被加工成各种形状，而且在我们可以设想的时间间隔内，一般不易观察到自发的变化；其次，固体表面相还存在各种类型的缺陷以及弹性形变，这些都将对固体表面性

12、质产生很大的影响。 固体表面自由能是描述和决定固体表面性质的一个重要物理量，但是到目前为止，还没有一种能直接测量固体表自由能或表面张力的可靠的实验方法，这给固体表面热力学的研究造成了很大的困难，也是热力学在研究固体表面问题上还未能发挥更大作用的原因【。 我们知道，表面自由能和表面张力是表征物体表面性质的重要物理量。对于大部分矿物而言，组成它的原子（分子、离子）间的相互作用力相对较强，并在空间上按一定的周期性排列，形成具有一定对称性的晶格。即使对于许多无定形的矿物也是如此，只是这种周期形的晶格衍生的范围小得多。矿物晶体连续结构的断裂使表面原子（离子）受到一种不对称力场的作用，产生与其晶格结合能相

13、当的过剩能。破碎晶体时产生新鲜表面需要做功，在恒温恒压的条件下，产生单位新表面所作的可逆功就是固体的表面自由能。如果不考虑晶体破裂的同时可能产生的拉伸张力，可把固体的表面自由能（）与表面张力（）等同起来【】。 应用热力学第一定律和第二定律于两相平衡体系，设体系在此过程中，除膨胀功、化学功外，还有表面功，则有： ，（； 根据式可得表面自由能为：（） ，：型， （） ， 再根据自由能的含义可得： ，：竺 （） ，。 式为表面自由能的定义式。 在通常条件下，矿物中的原子、离子彼此日的相互运动较为困难，这就带来了一系列后果：首先，矿物在表面原子总数保持不变的条件下，可以由于弹性形变而使表面积增加，也就

14、是说，矿物的表面自由能中包含了弹性能，表面张力在数值上不等于表面自由能：其次，由于矿物表面上的原子组成和排列的各向异性，矿物的表面张力也是各向异性的，不同晶面的表面自由能也是不同的。 硕士学位论文第一章文献综述表面自由能的影响因素分析 （）表面温度对表面自由能的影响 表面自由能由于表面原子的热运动而降低，这种效应体现在表面自由能与表面温度的关系上，以等表示。 选取，作为系统的自变量，在系统总体积不变的情况下，考虑表面自由能随温度的变化规律。由热力学公式可以导出表面自由能与温度的关系。 根据吉布斯亥姆霍兹方程： ：堡（）卯 如以表示单位面积的表面自由能，则有： 牛等， 根据自由能定义，有，因为恒

15、为正，所以恒成立，由此可知等一喜（，）恒成立。这说明表面自由能随着温度的升高而降低。（）晶面取向对表面自由能的影响 晶体的不同晶面取向具有不同的表面自由能，这是因为晶体表面积增加的机制不同于液体。晶体要形成新的表面，无论是颗粒的粉碎还是晶体的劈裂，都需要破坏原子间的结合能键能。表面原子的数目决定了表面上键能的总值，同时也影响表面自由能的总值。晶体中取向不同的晶面，其原子面的密度和解离时每个原子形成的键均不同，因而贡献于增加表面的能量也不相同，这就是晶体表面自由能区别于液体表面自由能的基本原因。 （）表面形状对表面自由能的影响 表面自由能因晶体表面的取向不同而不同，说明表面自由能具有方向性，即表

16、面自由能与晶体的结构有密切的关系。正是由于表面自由能的方向性，使得晶体的平衡形状不是球形，而是具有一定对称性的几何结构，由不同取向的晶面构成。 （）表面状况对表面自由能的影响 一般表面自由能是指处于稀薄气体的固态表面自由能，而忽略了表面环境中异质原子及异相作用的影响。实际上，固体表面常常处于异质原子气氛和液相接触或圃相接触中，成为“相界面”。此时表面自由能发生变化，属于界面能。而固，气两相之间存在吸附作用将降低界面能。 硕士学位论文第一章文献综述接触角及其在矿物浮选中的应用 接触角的物理意义 矿粒表面同水分子的作用虽有强弱之分，究其实质毕竟都是对不饱和键的一种补偿。如果我们能定量的确定各种矿物

17、表面同水分子的作用能，大体上就可以准确的估算矿物表面的润湿性，但是矿物表面同水分子的作用能多为未知或是不可知，界面水结构变化熵值的减少更是无法得至。 将一液体滴到平滑均匀的固体表面上，若不铺展，则将形成一个平衡液滴，其形状由固液气三相交界处任意两相间之夹角所决定，通常规定在三相交界处自固液界面经液滴内部至液气界面之夹角为平衡接触角，以口表示，口一般被当作疏水性的一种度量标准】。臼与三个界面张力之间的关系可以用方程来表征： 们 由上式知，只有一。，。一，。时，才有明确的三交界线，即有一定的口值；而乃一以一“时，口为零；，一，“时，不存在平衡接触角。方程也称为润湿方程，它是界面化学基本方程之一。将

18、方程与三个润湿过程的定义相结合，得到判断润湿过程的几个公式： 沾湿，一一以（） （）（） （）浸湿聊以一“铺展以一一以一，（） 由上三式可知，口越小（越大），相应的耽、越大，即润湿性越好。因而口可作为润湿性能的度量标准。 影响接触角大小的一些因素 接触角难以测准，常需多次测量取其平均值。这不仅是由于测量方法上的固有困难（如常需人为作切线等），而且影响接触角大小的因素，有的甚至是难以预料和控制的。 （）物质的本性 根据方程可知，接触角口由固气、固液和液，气界面张力所决定。在干净的空气中，对于指定的固体，液体的表面张力越小，其在固体上形成的液滴的口越小；对于同一种液体，固体的表面能越大，目越小。

19、（）吸附作用 硕士学位论文第一章文献综述 固体，特别是高表面能固体可自发的自气相或溶液中吸附某些组份以降低表面能，这就导致了三个界面张力的变化，从而影响口的大小。这种影响有的可作定量的处理，有的则难以预料。实验结果表明，水在金表面上的口可因气相成分不同而有几十度的变化；某种阳离子表面活性剂水溶液在石英上的口可随表面活性剂浓度增加由增至，又减至。，可以用一定的吸附模型对此结果作定量讨论。 （）表面不均匀性 如果固体表面由不同表面能的区域构成（如混合表面），某液体在其上的接触角与其组成有关。设固体表面由、二组份构成，它们占据的面积分数为石、厶，某液体在纯和纯组份物质表面上的接触角为口和口，在混合表

20、面上的接触角满足下式： ，岛 式得到一些实验结果证实。 （）表面粗糙性（） 粗糙因子是表征固体表面平整程度的参数，它等于固体真实表面积与表观表面积之比，常以表示，显然，越大表面越粗糙。某液体在某固体平滑表面上的接触角为口和在粗糙因子为的同种固体上的接触角为口，它们之间服从方程【】： （） 由于，总是大于的，故由上式可知，粗糙表面的接触角余弦的绝对值总是大于平滑表面上的。因而，当。时越大接触角将变大；而则相反。接触角在矿物浮选中的应用 （）矿物表面的润湿性质与接触角 一般来说矿物表面能越高越易被液体润湿，液体在矿物表面上的接触角越小，润湿性能越好。根据式式可知，为使阡台、孵和大于零，口应茎，。和

21、。习惯上规定。为不润湿，为润湿，这种规定是指铺展、浸湿和部分沾湿过程。 （）矿物的表面能与接触角 迄今尚无准确的实验测定固体表面能的方法【。根据吸附量的结果并应用吸附公式可以了解吸附前后表面能的变化。而利用接触角的测量可以得到低能固体表面润湿临界表面张力和估测矿物的表面能。【卸发现同系列有机液体在同一固体表面上的接触角的余弦与这些液体的表面张力间有线性关系，此线外延至处相应之液体表面张力值是为该固体的（润湿）临界表面张 硕士学位论文第一章文献综述力，常以，。表示。对于非同系物液体与液体表面张力的关系常为一窄带，窄带外延至口时下限亦为，。以的物理意义是，表面张力低于以的液体可以在此矿物上铺展。显

22、然，。越低能在其上铺展的液体越少。以是低能矿物表面性质的重要参数，在研究聚合物矿物表面粘附、吸附、润湿、涂布、摩擦及润滑等实际应用中有重要价值【】。 和在研究液液界面张力时提出以下的关系式： 以儿一（儿）（） 式中、表示两种不相混溶的液体。认为液体表面张力可以分解为极性分量，和色散分量乃两大部分，而且。与儿、儿服从几何平均关系。因而上述方程可表示为： 三三 儿几一（形托）（彤） 将式应用于固，液界面则有： 三三（） 以一以一。，一。一（璧。）（尼。彪） 式中下标一，、，一分别表示固液、固气和液，气界面。（?） 当矿物与液体之间只有色散力的作用，并根据万，以九。和假设在低能表面上万。，可得： 一

23、（；）（王。）乃一。（） 式均为直线方程，故可用一系列已知表面张力及它们的色散分量和极性分量的液体测定其在某矿物上的接触角，由相应的直线关系求出该矿物的，？和：丽：。 （）低能矿物表面的吸附量与接触角】 可溶性物质（特别是两种亲表面活性物质）在气液界面上的吸附量可通过测定不同浓度时表面张力的变化，再应用吸附公式计算得到。大表面积高能矿物自溶液中的吸附量可通过吸附前后溶液浓度的变化测定。小表面积低能矿物（如有机聚合物矿物板材）自溶液中的吸附量难以用上述方法得到。根据表面压的定义可知，对于固液界面： ，二，一，“（） 店，和，。分别为矿物与溶剂和矿物与溶液间的界面张力，亦即万是固液界面吸附前后界面

24、张力之差。吸附公式也适用于固液界面的吸附。将式代入公式得： ：一上鱼：上鱼（）。 硕士学位论文第一章文献综述 因此，只要设法得到随浓度的变化即可计算吸附量。对于低能矿物，溶质又非易挥发物质，可以为，乙。因而 万门一尼。（?） 这样式可写成： ：上塑！竺尘（）足 通过测定不同浓度时力。直月上式即可计算吸附量。因此，在润湿作用的各种实际应用中（如防水作用、洗涤作用、矿物浮选、农药喷洒、颜料在介质中的分散、摩擦与润滑、染色与涂布等等），通过测量接触角的变化可对其应用机制给出定性的以至定量的说明、解释或预测。 扩展的理论（理论） 浮选是在固液气三相界面分选矿物的科学技术。细粒浮选过程中，矿粒表面间及矿

25、粒和气泡间相互作用力对细粒矿物选择性聚集或分散以及与气泡的碰撞、粘附，进而对细粒矿物的选择性浮选分离，起着决定性作用。由于浮选过程中，捕收剂、活化剂、抑制剂、絮凝剂、分散剂、起泡剂的加入及矿浆中不可避免地存在各种无机离子，使得浮选体系中，矿粒与矿粒或与气泡表面间的相互作用，远比普通胶体化学体系复杂。 经典理论可以解释一些矿物离子在水中的凝聚行为，但不能圆满解释有浮选剂存在条件下矿物离子的凝聚行为，甚至常常得出一些相反的结论。近二十年来，在胶体分散体系及其稳定性的研究中，人们已经发现，由于亲水胶体之间的水化斥力，疏水胶体之间的疏水力及大分子化合物产生的空间斥力，经典的理论已经不能圆满解释胶体粒子

26、间的凝聚行为，从而提出了扩展的理论。扩展的理论是进行界面相互作用研究的有力工具，该理论认为，分散体系中，在粒子间相互作用的理论所涉及的范德华力和静电力的基础上加上其他相互作用力，即浮选体系中矿粒表面或与气泡表面间相互作用力主要包括：范德华力、静电力、水化力、疏水力、空间稳定化力、磁力等【“。于是矿物粒子间相互作用总能量由式给出： 垆手咯手手手手 式中：。为范德华力作用能；） 为静电力作用能； 、，为水化相互作用排斥能； 。为疏水相互作用吸引能； 硕士学位论文第一章文献综述 。为空间稳定化作用能； 为磁吸引势能。 对于亲水体系则有：； 对于疏水体系则有：。 范德华力（能） 我们知道，在所有多相体

27、系中，范德华力总是存在并施加主要影响，无论对远还是近距离的相互作用都是如此。这类相互作用，包括多原子集合体（非极性和极性分子）向固体表面以及向液气或液液界面的吸附。同样，泡沫系统的脱水以及絮凝是胶体粒子的聚合过程中发生的液膜的薄化，也涉及到大部分是由范德华力引起的相互作用。 分子间相互作用的范德华力又可分为取向力、诱导力和色散力三部分。取向力是极性分子与极性分子之间，偶极定向排列产生的作用力，它随分子偶极矩的增大而急剧增大，随温度的升高而减小，也随分子间距的增大而急剧减小。诱导力是诱导偶极与极性分子的固有偶极相吸引产生的作用力，它存在于极性分子和非极性分子之间，它随分子偶极矩和变形极化率的增大

28、而增大，而随分子间距的增大而急剧减小。当非极性分子在一起时，非极性分子的偶极矩虽然为零，但是在分子中电荷的分配不是很均匀的，在运动中可以产生瞬时偶极矩，瞬时偶极矩之间的相互作用力叫色散力，它也存在于极性分子中，它随分子量的增大和分子接触表面增大而增大，随极化率的增大而增大，也随分子间距的增大而急剧减小。这三种力，对大多数分子来说，色散力是主要的，只有强极性分子，取向力才占较大比重，诱导力通常很小。 在浮选体系中，矿粒与矿粒间及矿粒与气泡问的相互作用具有重要的作用。在无浮选药剂存在时，矿粒间及矿粒与气泡表面间范德华相互作用力的计算比较简单，一般都是排斥的。但是在实际浮选体系中，矿粒与气泡表面均有

29、吸附剂的吸附，范德华相互作用就变得较为复杂。 静电力（能） 任何矿物表面总带有电荷，有的带正电荷，有的带负电荷。矿物表面电荷的主要来源有三种： （）离子的吸附或离解一些氧化物和硅酸盐矿物表面与水分子作用生成羟基化表面，吸附或离解出电荷。 （）晶格取代粘土、云母等硅酸盐类矿物是由铝氧八面体和硅氧四面体的品格组成，当这些矿物置于水溶液中时，一些、离子因水化而进入 硕士学位论文第一章文献综述溶液，使这些矿物表面带荷电。 （）离子的优先溶解构成矿物晶格的阳离子与阴离子的溶解是不等量的，使矿物表面带有电荷。矿物表面晶格离子的溶解，一方面取决于晶格离子之间的吸附力，即取决于晶格能的大小，另一方面取决于气态

30、离子水化能的正负。水化力（能） 当矿物表面吸附阳离子，或含有亲水基团的有机物，或由于矿物表面极性区对邻近水分子的极化作用，就会形成水化力。当两矿物离子接近时，产生很强的水化斥力，其强度取决于破坏水分子的有序结构，使吸附阳离子或有机物极性基去水化所需的能量。 浮选体系中，亲水性矿物表面，或吸附有抑制剂的矿物表面，或者难免离子（、）在矿物表面的吸附，都不可避免的使矿物表面产生水化斥力。疏水力（能） 疏水矿物包括天然疏水性矿物和诱导疏水性矿物。疏水表面间，甚至于疏水表面和亲水表面间，都存在一种相互吸引力，即疏水相互作用力。对于疏水相互作用的起因，至今仍争论不休，大体上可以归纳以下几种： （）疏水引力

31、很强，从而形成了疏水键； （）疏水效应是体系的熵变，起因于疏水表面分子的结构重排，当两表面接近时，水分子进一步结构重排导致疏水相互作用，作用范围比任何键都大； （）疏水相互作用是一种短程力，主要是氢键作用； （）宏观物体疏水相互作用归因于疏水表面水化膜的亚稳定性； （）疏水相互作用本质仍是范德华力。 空间稳定化力（能） 吸附有大分子的矿粒表面的排斥作用，可使矿粒分散体系更为稳定，不发生絮凝，这是大分子药剂的空间稳定作用。因为大分子药剂吸附在矿粒表面上，形成一层大分子保护膜，包围了矿粒表面，把亲水基团伸向水中，并具有一定厚度，所以当矿物在相互接近时的吸引力就大为削弱，排斥力增强，增加了矿粒的稳定

32、性。 磁引力（能） 在外磁场作用下，磁性或弱磁性矿粒在水溶液中磁性相互作用力，一般为弓 硕士学位论文第一章文献综述力，产生磁絮凝。 矿物浮选体系中界面极性相互作用理论 矿物表面极性、荷电性、酸性 矿物表面金属原子的电负性和它所处的配位环境的不同导致其表面悬键电荷也不同，因此其表面羟基的极性也不同。即使是同种矿物，不同晶面的羟基，由于配位环境的差别，其极性也是不同的。极性是由矿物表面悬键电荷数量所决定的。 理论是描述矿物表面酸碱性的重要理论。理论的酸性（路易斯酸）是指能接受电子对的分子、离子或原子团，所以酸又称为电子对接受体，处于表面的“裸露”的金属原子具有与电子配对的能力，因而被称为酸位。表面

33、活化处理能增加矿物表面酸位浓度，也就是增加矿物表面质子给予体或电子接收体的能力。这二者都是催化反应的基础。矿物表面羟基还可与水溶液中质子发生配合反应，通常被称为质子化反应，质子化过程产生的矿物表面电荷被称为表面质子电荷。 矿物表面的极性、荷电性和酸碱性决定了矿物表面与溶液之中溶质和溶剂分子之间的作用力酸与碱反应形成强共价键的表面络合物或配位体。表面络离子与溶液中离子或偶极子之间作用，类似于偶极子与偶极子之间作用，相对弱性。除这些强作用外，就是弱作用，以及基于水溶液环境的非极性溶剂之间憎水性作用【、】。水又是最常见的碱。水可与矿物表面大多数显酸性的醇基（羟基）反应。这就是大多数矿物亲水性的原因【

34、】。 理论及其在表面自由能研究中的应用 要分析界面的能量，必须讨论各种分子间的作用力。年，范德华（）首次提出了在中性原子间普遍存在着一种吸引作用一范德华作用的概念。后来，、和分别独立地提出了色散作用、偶极作用和诱导作用，它们共同构成了范德华作用。进一步提出，在大部分矿物中，不同类型的相互作用在起着作用，任一界面张力都可以写成这些不同类型的相互作用引起的各种贡献之和： ，“，（） 显然，并非所有这些贡献项在各种矿物中都存在。在一切分子、原子间确实起作用的成分只有色散成分，其他贡献项（广）是各物质所特有的。 硕士学位论文第一章文献综述于年发展了宏观物体间的范德华一色散作用理论，并指出这种作用具有加

35、合性，因而具有长程性【”。 在经典理论中，两个宏观物体间的范德华力是通过把遍及整个物体的所有成对相互作用加和而成的。严格地讲，这只适用极稀薄的气体或处于理想状态的固、液体。因为在凝聚相中，相互作用对的势能己被邻近分子所畸变，而在经典理论中没有考虑这一效应【。 根据理论，对于完全非极性的物质和，界面张力可以写成： 砭卯以一（一乃）（卯一）（） 在真空中两物质相互作用自由能为： ，一，一 一墨（刀刀） 物质浸在液体中相互作用自由能为：（） 一品砖 物质和物质浸在液体中范德华作用自由能可表达为：（） 砭一砖一见（） （）：（，？一刀）（一一程） 还是排斥，取决于他们表面张力的色散成分的相对大小。由式

36、可知：物质和物质浸在液体中的相互作用的范德华力是吸引 等人曾计算了水和烷烃表面自由能。对于烷烃表面能的计算值与实测值相当一致，水的计算值约为?，此计算值实际上是范德华作用的贡献部分，这与实验方面得到的范德华作用的贡献分量?基本一致。水的计算值与实验值间差异是由于水存在氢键而导致的，但研究表明，理论不适用于氢键类相互作用。 总体上来讲，范德华力是宏观物体问相互作用是最重要的一种力，它存在于一切分子、原子、离子之间【。最早提出了把各种作用对粘附功、表面张力的贡献分量分离出来，并把范德华作用中的色散部分与其他两个部分偶极与诱导分离开来；大约年后，等人又指出以前所说的色散分量，应该是范德华作用分量，因

37、为根据理论这个作用可以统一起来。等人口把这种范德华作用称作作用（以下简称作用）。由此，粘附功、表面张力存在着以下关系： 矿形”矿舻（） 硕士学位论文第一章文献综述 ”（） 其中上标和分别代表作用分量和酸碱作用分量。 等人和分别提出了几何方程和调和方程，这两个方程的基本出发点都是从孤立分子的色散力、诱导力、偶极力公式出发，分别采用几何和调和近似方法得到的，同时把诱导、偶极作用与氢键三种作用合并起来，称之为“极性”作用。到了年代，等人用理论验证他本人于年代提出来的几何方程，该方程对于作用的解释是比较合理的。若采用几何近似原理，则粘附功的作用分量彬可表达为：嘭”，： （”）”（，”）“（） 理论及其

38、在表面自由能研究中的应用 酸碱作用广泛地存在于分子作用之中。由于化合物中存在着具有不同电子亲和性的因素，从而在分子中形成不对称电荷分布。这种不对称的电荷分布就是形成酸碱作用的根本原因。酸碱作用并非简单地依赖于分子的极性，因此其强度并不一定与偶极矩大小有关。根据物质接受电子和提供电子的性质最早提出了广义酸、碱概念。则更进一步地阐明了酸碱作用的含义，为此获得了诺贝尔化学奖眵。等人【认为极性物质表面存在电子接收体和电子给予体，界面极性相互作用就是电子接收体与电子给予体的相互作用，即路易斯酸碱（）相互作用，极性相互作用必须考虑到非对称性。物质的表面能的极性分量用，尸表示，其中电子接收体（路易斯酸）表面能分量用斤表示，电子给予体（路易斯碱）表面能分量用丌表示。考虑到物质的电子接收体与物质的电子给予体的相互作用，或是物质的电子给予体与物质的电子接收体的相互作用，物质和相互作用的自由能分量由式给出： 一（丌托庀“） 物质表面能的极性分量为： 土（）（疗）（） 则物质内聚自由能的极性分量为：