矿物浮选第3章浮选的基本原理(1)

1、浮选的基本原理（浮选的基本原理（1）矿物表面润湿性与浮选矿物表面润湿性与浮选浮选课程浮选课程1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 润湿理论润湿理论l浮选是利用各种矿物表面润湿性的差异来实现的；浮选是利用各种矿物表面润湿性的差异来实现的；l润湿涉及三个相，而且其中两个相为流体；润湿涉及三个相，而且其中两个相为流体；l矿物表面润湿性可以通过药剂作用来调节的。矿物表面润湿性可以通过药剂作用来调节的。1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 上式中 SG 固体 - 空气界面自由能;LG 水 - 空气界面自由能;SL 固体 - 水界面自由能。杨氏（

2、Young）方程1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 三种基本的润湿现象三种基本的润湿现象(a) 沾湿； (b) 铺展； (c) 浸湿1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 系统消失了固系统消失了固-气界面和水气界面和水-气界面，新生成了固气界面，新生成了固-水界面单位水界面单位面积上位能降低为：面积上位能降低为：W SL = SG + LG - SL = - G (1)上式中上式中 SG 固体固体 - 空气界面自由能空气界面自由能; LG 水水 - 空气界面自由能空气界面自由能; SL 固体固体 - 水界面自由能。水界面自由能。如果如

3、果 SG + LG SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 系统消失了固系统消失了固-气界面，新生成了固气界面，新生成了固-水界面和水水界面和水-气界面单气界面单位面积上位面积上 ： W= SG- SL- LG=- G （2） 若若 SG SL + LG，水将排开空气而铺展，为了达到很好的，水将排开空气而铺展，为了达到很好的润湿润湿, 须使须使 LG和和 SL降低，而不降低降低，而不降低 SG。 1 润湿性理论润湿性理论1.1润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 系统消失了固系统消失了固-

4、气界面，新生成了固气界面，新生成了固-水界面，单位面水界面，单位面积上积上 W = SG - SL （6-3）因此，自发浸没的必要条件是因此，自发浸没的必要条件是 SG SL，但这还不充，但这还不充分。因为固体进入水中必需通过气分。因为固体进入水中必需通过气-水界面，这样就水界面，这样就必须满足其他有关的条件。必须满足其他有关的条件。 c 浸没浸没1 润湿性理论润湿性理论1.1 润湿现象与润湿过程润湿现象与润湿过程 c 浸没浸没 使每个连续阶段成为可能的必要条件是：使每个连续阶段成为可能的必要条件是： 由阶段由阶段到阶段到阶段 SG + LG SL 由阶段由阶段到阶段到阶段 SG SL 由阶段

5、由阶段到阶段到阶段 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：浸没润湿的主要条件是： SG - SL LG所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。所以浸没润湿与铺展润湿的条件相同。1 润湿性理论润湿性理论1.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成接触角可以标志固体表面的润湿性。如果固体表面形成的的角很小，则称其为亲水性表面；反之，当角很小，则称其为亲水性表面；反之，当角较大，则称角较大，则称其疏水性表面。其疏水性表面。角越大说明固体表面疏水性越强；

6、角越大说明固体表面疏水性越强；角越小，角越小，则固体表面亲水性越强。则固体表面亲水性越强。 1 润湿性理论润湿性理论1.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 l图图a表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开表示可以被水完全润湿的固体，水滴可沿整个表面展开，值近于零。值近于零。l图图b表示，当表示，当 SL ，则位能的降低是正值，沾湿将会发生。润湿功亦可定义为：将固润湿功亦可定义为：将固-液接触自交界处拉开所需做的最液接触自交界处拉开所需做的最小功。显然，小功。显然，W SL越大，即越大，即cos越大，则固越大，则固-液界面结合越牢，液界面结合越牢，固体表面亲水性越强。浮选

7、中常将固体表面亲水性越强。浮选中常将cos称为称为“润湿性润湿性”。 cosSGSLLG杨氏（杨氏（Young）方程）方程 1 润湿性理论润湿性理论1.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 u润湿功与润湿性润湿功与润湿性浮选涉及的基本现象是浮选涉及的基本现象是, ,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固- -水界面和水水界面和水- -气界面，气界面，新生成了固新生成了固- -气界面，即为铺展润湿的逆过程。气界面，即为铺展润湿的逆过程。该过程体系对外所做的最大功为粘着功该过程体系对外所做的

8、最大功为粘着功WSG，则，则WSG = LG + SL - SG = - G W SG = LG（1- cos）W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即越大，即（1-cos）越大，固体表面疏水性越强。越大，固体表面疏水性越强。1 润湿性理论润湿性理论1.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 浮选涉及的基本现象是浮选涉及的基本现象是, ,矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒粘附在空气泡上并被携带上浮。矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固矿粒向气泡附着的过程是系统消失了固- -水界面和水水界面和水- -气界面，气界面，新生成了

9、固新生成了固- -气界面，即为铺展润湿的逆过程。气界面，即为铺展润湿的逆过程。该过程体系对外所做的最大功为粘着功该过程体系对外所做的最大功为粘着功WSG，则，则WSG = LG + SL - SG = - G W SG = LG（1- cos）W SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，W SG越大，即越大，即（1-cos）越大，固体表面疏水性越强。越大，固体表面疏水性越强。1 润湿性理论润湿性理论1.2固体颗粒表面润湿性的度量固体颗粒表面润湿性的度量 u粘着功与可浮性粘着功与可浮性 lW SG表征着矿粒与气泡粘着的牢固程度。显然，表征着矿粒与气泡粘着的

10、牢固程度。显然，W SG越大，越大，即即（1-cos）越大，则固越大，则固-气界面结合越牢，固体表面疏水性越气界面结合越牢，固体表面疏水性越强。因此，浮选中常将强。因此，浮选中常将（1-cos）称为称为“可浮性可浮性”。l接触角接触角、润湿性、润湿性cos、可浮性、可浮性（1-cos）均可用于度量固体均可用于度量固体颗粒表面的润湿性，且三者彼此之间是互相关连的。颗粒表面的润湿性，且三者彼此之间是互相关连的。l当矿物完全亲水时，当矿物完全亲水时，=0，润湿性，润湿性cos=1，可浮性（，可浮性（1-cos）= 0。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿物疏水性增加时，接触。此时矿粒不会附着气泡上浮。当矿

11、物疏水性增加时，接触角角增大，润湿性增大，润湿性cos减小，可浮性（减小，可浮性（1-cos）增大。）增大。1 润湿性理论润湿性理论1.3润湿性与可浮性润湿性与可浮性l改变固体间表面润湿性差异的方法改变固体间表面润湿性差异的方法添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润汲性的差别。添加特定浮选药剂的方法来扩大物料间润汲性的差别。 l捕收剂捕收剂：主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气：主要作用是使目的矿物表面疏水、增加可浮性，使其易于向气泡附着。泡附着。l起泡剂起泡剂：主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面，与捕收剂也有联合：主要作用是促使泡沫形成，增加分选界面，与捕收剂也有联合作用。

12、作用。l调整剂调整剂：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与：主要用于调整捕收剂的作用及介质条件，其中促进目的矿物与捕收剂作用的为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的为抑制剂；捕收剂作用的为活化剂；抑制非目的矿物可浮性的为抑制剂；l调整介质调整介质pH的为的为pH调整剂调整剂。1 润湿性理论润湿性理论1.3润湿性与可浮性润湿性与可浮性 泡沫浮选泡沫浮选气泡矿化过程气泡矿化过程 气泡矿化的必要条件：气泡矿化的必要条件：(1-cos)0 ()sin2LGVgrrR沾附气泡的矿粒上浮的条件应沾附气泡的矿粒上浮的条件应是其上浮力大于或等于下沉力是其上浮力大于或等于下沉力 1 润湿性理论润湿性

13、理论1.3润湿性与可浮性润湿性与可浮性因因01无无A型型石英、云母、石英、云母、锡石、刚玉、锡石、刚玉、高岭石、方解高岭石、方解石等石等弱亲水弱亲水弱疏水弱疏水离子离子-共价键共价键(部分自部分自身闭合身闭合) 1左右，左右，无，或无，或很小很小A型型 为主为主方铅矿、辉铜方铅矿、辉铜矿、闪锌矿等矿、闪锌矿等疏水疏水 分子键为主（层面分子键为主（层面间），离子，共价间），离子，共价键为辅（层端断面）键为辅（层端断面）1中等中等，4090B型型 为主为主滑石、石墨、滑石、石墨、辉钼矿、叶腊辉钼矿、叶腊石等石等强疏水强疏水 色散作用为主的分色散作用为主的分子键子键1大大， 90110B型型自然硫、

14、石腊自然硫、石腊备注：备注：E为表面同水的作用能；为表面同水的作用能；Ew为水分子间缔合能。为水分子间缔合能。1 润湿性理论润湿性理论1.5矿物价键特性与润湿性矿物价键特性与润湿性（2）矿物的表面键能与天然可浮性）矿物的表面键能与天然可浮性 l浮选所遇到的矿物断裂面，具有不饱和的键能，能与水偶极浮选所遇到的矿物断裂面，具有不饱和的键能，能与水偶极的作用，将决定矿物的天然可浮性。的作用，将决定矿物的天然可浮性。l沿较弱的分子键层面断裂的矿物，其表面是弱的分子键，对沿较弱的分子键层面断裂的矿物，其表面是弱的分子键，对水分子引力小，为非极性矿物，可浮性好；水分子引力小，为非极性矿物，可浮性好；l内部

15、结构属于离子晶格或共价晶格的矿物，矿物断裂面呈现内部结构属于离子晶格或共价晶格的矿物，矿物断裂面呈现原子键或离子键，具有较强的偶极作用或静电力，因而亲水，原子键或离子键，具有较强的偶极作用或静电力，因而亲水，可浮性小；可浮性小；l实现矿物的浮选依靠人为改变矿物的可浮性。实现矿物的浮选依靠人为改变矿物的可浮性。1 润湿性理论润湿性理论1.5矿物价键特性与润湿性矿物价键特性与润湿性（3）矿物表面的不均匀性与可浮性）矿物表面的不均匀性与可浮性 浮选所遇到的同一类矿物的天然可浮性相差很大，是由于不浮选所遇到的同一类矿物的天然可浮性相差很大，是由于不同产地矿物的物理不均匀、化学不均匀，导致其表面的不均匀

16、同产地矿物的物理不均匀、化学不均匀，导致其表面的不均匀性而形成的。性而形成的。u 物理不均匀物理不均匀l矿物表面的宏观不均匀性（矿物破碎解离时形成）矿物表面的宏观不均匀性（矿物破碎解离时形成）l缺陷（间隙离子与空位）：间隙离子缺陷：某些离子进入晶缺陷（间隙离子与空位）：间隙离子缺陷：某些离子进入晶格的间隙，而正常完整的位置空缺格的间隙，而正常完整的位置空缺l位错与镶嵌结构位错与镶嵌结构1 润湿性理论润湿性理论1.5矿物价键特性与润湿性矿物价键特性与润湿性l非化学计量组成特性非化学计量组成特性闪锌矿（闪锌矿（ZnS）：）：金属过量、带阴离子空位金属过量、带阴离子空位金属过量、带间隙阳离子金属过量

17、、带间隙阳离子非金属过量、带间隙阴离子非金属过量、带间隙阴离子金属过量、带阳离子空位金属过量、带阳离子空位l杂质杂质闪锌矿（闪锌矿（ZnS）：）：杂质元素单一同晶形置换锌杂质元素单一同晶形置换锌杂质元素在杂质元素在ZnS中形成机械中形成机械夹杂夹杂杂质元素单一同晶形置换锌杂质元素单一同晶形置换锌和杂质元素在和杂质元素在ZnS中形成机械中形成机械夹杂的复合形式。夹杂的复合形式。u化学不均匀化学不均匀u半导性半导性l晶格缺陷与半导性关系晶格缺陷与半导性关系l杂质对矿物半导性的影响杂质对矿物半导性的影响1 润湿性理论润湿性理论1.5矿物价键特性与润湿性矿物价键特性与润湿性三种二八面体型层状硅酸盐矿物

18、层三种二八面体型层状硅酸盐矿物层间断裂键的特征间断裂键的特征矿物矿物晶体化学式晶体化学式层间化层间化学键学键层间静电能层间静电能（kJ/mol）高岭高岭石石Al4Si4O10(OH)8氢键氢键146.54伊利伊利石石K1-x(H2O)xAl2AlSi3O10(OH)2-x(H2O)x离子键离子键133.98叶蜡叶蜡石石Al2Si4O10(OH)2分子键分子键27.22468101201020304050 diaspore kaolinite illite pyrophylliteContact Angle (o )pH铝硅酸盐矿物在蒸馏水中的铝硅酸盐矿物在蒸馏水中的接触角与接触角与pH值的关系值的关系 1 润湿性理论润湿性理论1.5矿物价键特性与润湿性矿物价键特性与润湿性高岭石各晶面上单位面积的断裂键数和键的类型高岭石各晶面上单位面积