矿物浮选第3章浮选的基本原理(2)

1、浮选的基本原理（浮选的基本原理（2）矿物表面电性矿物表面电性浮选课程浮选课程1 矿物表面电性起源矿物表面电性起源l离子的优先溶解离子的优先溶解 FOHHOHFOHCaHFOHCaCaFCaFCaFCa22222222l 离子的吸附或解离离子的吸附或解离 CaWO4CaWO4Ca Ca 2+2+1 矿物表面电性起源矿物表面电性起源晶格离子取代晶格离子取代 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 双电层紧密层双电层紧密层:配衡离子受配衡离子受定位离子的静电作用定位离子的静电作用,在矿在矿物表面形成的单层吸附层物表面形成的单层吸附层定位离子定位离子:在两相间可以自在两相间可

2、以自由转移由转移,并决定矿物表面电并决定矿物表面电荷的离子荷的离子配衡离子配衡离子:溶液中起电平衡溶液中起电平衡作用的反号离子作用的反号离子2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 双电层电位双电层电位l表面电位（表面电位（0）-颗粒表面颗粒表面与溶液之间的电位差。与溶液之间的电位差。 l斯特恩电位（斯特恩电位（）-紧密紧密面与溶液之间的电位差。面与溶液之间的电位差。 l动电位（动电位（ ）-矿粒沿滑移面矿粒沿滑移面与溶液作相对运动时与溶液作相对运动时, 矿粒与矿粒与溶液之间的电位差溶液之间的电位差,滑移面上的滑移面上的电位称为动电位。电位称为动电位。2 双电层结构及电

3、位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 表面电位（表面电位（0）-颗粒表面与溶液之间的电位差。颗粒表面与溶液之间的电位差。荷电的矿物表面与溶液之荷电的矿物表面与溶液之间的电位差。对于导体与半导体，制成电极可以测定。间的电位差。对于导体与半导体，制成电极可以测定。,bsbbbssosnFaRTnFaRT,0,lnlnbbbssosnFxaRTnFxaRT0,0,0,lnln)(00bsbsxxx,0,0,lnln)(asbbbsaaRTaaRTxnFnF 设矿物设矿物MA在水溶液中处于平衡，各组分在表面与溶液的化学在水溶液中处于平衡，各组分在表面与溶液的化学位应相等，对于正定位离子有：位

4、应相等，对于正定位离子有： 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 l表面电位（表面电位（0）-颗粒表面与溶液之间的电位差。颗粒表面与溶液之间的电位差。 ,0,0,0lnlnssbbaanFRTaanFRT0,0lnbbaanFRT0,0lnbbaanFRT2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 )(303. 2ln00pHpHRTFaaFRTpzcHH)(059. 00pHpHpzc 当矿物表面电位为零时，定位离子浓度的负对数，叫当矿物表面电位为零时，定位离子浓度的负对数，叫“零电零电点点”，用，用pzc表示。对于定位离子是表示。对于定位离

5、子是H+、OH-的氧化矿，的氧化矿，0为为 25时，时，式中：式中：pHPZC为零电点的为零电点的pH值，即值，即0 =0的的pH值。值。动电位（动电位（ ）与）与“等电点等电点” 电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值，称为等电点，用IEP表示。此时,溶液中的pH被定义为“等电点” pH, pH IEP 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 已知石英的已知石英的pHPZC=1.8，计算计算pH=1.0和和7.0时，表面电位大小。时，表面电位大小。解：由（解：由（6-22）式，当）式，当pH=1.0时，时， mVV47047. 00 . 18 . 1059. 0

6、0当当pH=7.0时，时， mVVo305305. 00 . 78 . 1059. 0计算结果表明，在定位离子是计算结果表明，在定位离子是H+和和OH的情况下，当的情况下，当pHPZC时，时，0 0时，矿物表面荷负电；当时，矿物表面荷负电；当pH0时，矿物时，矿物表面荷正电；表面荷正电； 例例1：2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 动电位（动电位（ ）与）与“等电点等电点” 电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值，称为等电点，用IEP表示溶液中的pH被定义为“等电点” 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，而导致溶液中某种离子在

7、固体表面的由于一些特殊作用力，而导致溶液中某种离子在固体表面的吸附，称为特性吸附。吸附，称为特性吸附。l等电点等电点 电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值。电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值。 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.1 双电层结构双电层结构 l动电位（动电位（）：当矿物）：当矿物-溶液两相在外力（电场、机械力）作用溶液两相在外力（电场、机械力）作用下发生相对运动紧密层的配衡离子吸附牢固随矿物一起移动，而下发生相对运动紧密层的配衡离子吸附牢固随矿物一起移动，而扩散层沿滑移面移动，滑移面上的电位为动电

8、位（扩散层沿滑移面移动，滑移面上的电位为动电位（）。）。l零电点：荷电矿物表面与溶液之间的电位差为零时，零电点：荷电矿物表面与溶液之间的电位差为零时，0=0，溶，溶液中定位离子活度的负对数值定义为液中定位离子活度的负对数值定义为PZC(Point of zero charge)。l等电点：无特性吸附时，动电位（等电点：无特性吸附时，动电位（）为零时，溶液中定位离子）为零时，溶液中定位离子活度的负对数值定义为活度的负对数值定义为IEP（Isoelectric point)。l动电位（动电位（）容易测定，在浮选中很重要，无特性吸附时，）容易测定，在浮选中很重要，无特性吸附时， 0=0时，时， =0

9、，所以用测定，所以用测定IEP来确定来确定PZC。2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.2 矿物颗粒表面电性与浮选行为矿物颗粒表面电性与浮选行为pHPZC时，矿物表面带负电，阳离子捕收剂吸附。时，矿物表面带负电，阳离子捕收剂吸附。pHPZC时，矿物表面带正电，阴离子捕收剂吸附。时，矿物表面带正电，阴离子捕收剂吸附。蓝晶石蓝晶石 针铁矿针铁矿2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.2 矿物颗粒表面电性与浮选行为矿物颗粒表面电性与浮选行为24681012-60-40-20020406080 一水硬铝石一水硬铝石 一水硬铝石一水硬铝石+0.2mM DDA 一水硬铝石一水硬铝石+0.2mM CTBA

10、 Zeta 电位电位 / mVpH24681012-60-40-20020406080 一水硬铝石一水硬铝石 一水硬铝石一水硬铝石+0.2mM NaOl 一水硬铝石一水硬铝石+0.2mM SDSZeta 电位电位 / mVpH在阳离子捕收剂溶液中一水硬在阳离子捕收剂溶液中一水硬铝石的铝石的Zeta电位电位pH值关系值关系 在阴离子捕收剂溶液中一水硬在阴离子捕收剂溶液中一水硬铝石的铝石的Zeta电位电位pH值关系图值关系图 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.2 矿物颗粒表面电性与浮选行为矿物颗粒表面电性与浮选行为 在一定浓度的捕收剂作用下一水硬铝石的浮选回收率与在一定浓度的捕收剂作用下一水

11、硬铝石的浮选回收率与pH值关系值关系1. 十二胺（十二胺（2104 M）；）； 2. 十六烷基三甲基溴化铵（十六烷基三甲基溴化铵（2104 M）；）；3.油酸钠（油酸钠（2104 M）；）； 4. 十二烷基黄酸钠（十二烷基黄酸钠（2104 M）2468101220406080100 1 2 3 4Recovery (%)pH2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.2 矿物颗粒表面电性与浮选行为矿物颗粒表面电性与浮选行为pH IEPIEP24681012020406080100 kaolin illite pyrophyllite Recovery (%)pH十二烷基胺醋酸盐为捕收剂时矿物十二烷

12、基胺醋酸盐为捕收剂时矿物的浮选回收率与的浮选回收率与pH的关系的关系24681012-50-40-30-20-10010 Kaolin(Ka-JX) illite(Il-OHL) pyrophyllite(Py-QT)Zeta Potential (mV)pH在蒸馏水中三种矿物的在蒸馏水中三种矿物的Zeta电位与电位与pH值关系图值关系图2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.3表面电性在表面科学中的应用表面电性在表面科学中的应用纳米纳米ZrO2粉的表面电性粉的表面电性ZrO2陶瓷在结构、功能、生物及涂料、远红外等多种领域的陶瓷在结构、功能、生物及涂料、远红外等多种领域的广泛应用，电解质溶液及

13、分散剂对广泛应用，电解质溶液及分散剂对ZrO2悬浮液电性的影响。悬浮液电性的影响。2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.3表面电性在表面科学中的应用表面电性在表面科学中的应用l分散染料主要用于涤纶及其纺织品的染色（印花），随分散染料主要用于涤纶及其纺织品的染色（印花），随着电子计算机技术的飞速发展。人们将纸张喷墨打印技术着电子计算机技术的飞速发展。人们将纸张喷墨打印技术应用于纺织品印花，广告喷绘，服装等应用于纺织品印花，广告喷绘，服装等l解决分散染料墨水的堵塞和储存稳定，两大关键问题解决分散染料墨水的堵塞和储存稳定，两大关键问题 l将原染料加水打浆，将分散剂，助剂混合到一起加入到将原染料加水

14、打浆，将分散剂，助剂混合到一起加入到原染料浆液中，加入溶剂（或助溶剂），稳定剂。如果在原染料浆液中，加入溶剂（或助溶剂），稳定剂。如果在水中的固体表面带正电，则阴离子表面活性剂比阳离子表水中的固体表面带正电，则阴离子表面活性剂比阳离子表面活性剂更易吸附。面活性剂更易吸附。2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.3表面电性在表面科学中的应用表面电性在表面科学中的应用二氧化硅包覆制备环保水性型铝粉颜料二氧化硅包覆制备环保水性型铝粉颜料 环保水性铝粉颜料是水性金属涂料的重要原料。由于铝粉颜环保水性铝粉颜料是水性金属涂料的重要原料。由于铝粉颜料与水接触会发生析氢反应，导致表面金属光泽降低等应用性能料与

15、水接触会发生析氢反应，导致表面金属光泽降低等应用性能的下降。通过水解反应法，将的下降。通过水解反应法，将SiO2在铝金属颜料表面形成纳米厚在铝金属颜料表面形成纳米厚度的包覆膜层，隔断与外界水的直接接触。度的包覆膜层，隔断与外界水的直接接触。 SiO2SiO2 铝粉硅酸钠和硅的有机化合物，在合硅酸钠和硅的有机化合物，在合适的条件下，会析出硅的氧化物和氢适的条件下，会析出硅的氧化物和氢氧化物等胶体，根据胶体的表面电性，氧化物等胶体，根据胶体的表面电性，以及铝粉表面的电性，控制适宜的反以及铝粉表面的电性，控制适宜的反应条件，使析出的硅胶体能够在铝粉应条件，使析出的硅胶体能够在铝粉表面产生沉淀反应。表面产生沉淀反应。 2 双电层结构及电位双电层结构及电位2.3表面电性在表面科学中的应用表面电性在表面科学中的应用l超细重钙用于橡胶制品超细重钙用于橡胶制品超细重钙由于比表面积较大，表面能高，超细重钙由于比表面积较大，表面能高，存在粒子团聚问题，直接应用效果不好，因此，存在粒子团聚问题，直接应用效果不好，因此，在实际应用前需对其表面进行处理，以改善其在实际应用前需对其表面进行处理，以改善其分散性分散性 l油田污水处理油田污水处理通过中和表面电性起到使水中固体悬通过中和表面电性起到使水中固体悬浮物凝聚，达到净化水质的目的。浮物凝聚，达到净化水质的目的。 2 双电层结构及电