矿物浮选第4章浮选药剂(2)

1、浮选药剂（浮选药剂（2）浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论浮选课程浮选课程1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论浮选剂基团组装模型通过量子化学及经验公式的计算，定浮选剂基团组装模型通过量子化学及经验公式的计算，定量设计分子结构量设计分子结构1.1 浮选剂分子的化学基团组装模型浮选剂分子的化学基团组装模型1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.1 浮选剂分子的化学基团组装模型浮选剂分子的化学基团组装模型硫化矿浮选药剂的亲矿物基硫化矿浮选药剂的亲矿物基:以巯基以巯基-SH、硫羰基、硫羰基C=S为主，为主，如如-C(S)SH（黄药）、（黄药）、=NC(S)SH（硫氮类）、（硫氮类）、

2、=O2P(S)SH（黑（黑药）、药）、-OC(S)N=（硫氨酯）等。（硫氨酯）等。非硫化矿浮选剂亲矿物基非硫化矿浮选剂亲矿物基以羟基及氨基为主，如以羟基及氨基为主，如-C(O)OH（羧基）、羧基）、-SO3H（磺酸）、（磺酸）、-AsO3H2（胂酸）、（胂酸）、-NH2（胺）、（胺）、-C(OH)NOH（羟肟酸）、（羟肟酸）、-PO3H2（膦酸）等。（膦酸）等。亲水基亲水基:是一些极性较大的基团，常见的如羧基是一些极性较大的基团，常见的如羧基-C(O)OH、羟、羟基基-OH、磺酸基、磺酸基SO3H、醚氧基、醚氧基-O-等。等。烃基烃基:主要有烷基、烯烃基、环烷基、苯基、含杂原子烃基等主要有烷基

3、、烯烃基、环烷基、苯基、含杂原子烃基等。对于硫化矿捕收剂，烃基约有。对于硫化矿捕收剂，烃基约有26个碳原子，并且以烷基为主个碳原子，并且以烷基为主。对于非硫化矿捕收剂，烃基长度达。对于非硫化矿捕收剂，烃基长度达720个碳原子，常用烷基个碳原子，常用烷基和烯烃基。和烯烃基。1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.2 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素亲水亲水疏水因素疏水因素空间因素空间因素 ( (药剂基团与矿物靶药剂基团与矿物靶点的几何大小关系点的几何大小关系) )药剂药剂矿物矿物疏水端疏水端亲水端亲水端浮选剂浮选剂矿物靶点矿物靶点1浮选药剂结构性

4、能理论浮选药剂结构性能理论1.3 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素捕收剂与矿物表面的化学反应，决定矿粒的浮选行为，药剂捕收剂与矿物表面的化学反应，决定矿粒的浮选行为，药剂与矿物金属离子化学反应产物的溶度积越小作用能力越强与矿物金属离子化学反应产物的溶度积越小作用能力越强 按照黄原酸盐溶度积依次增大的顺序排列，常见硫化矿金属离子顺序如下（用当量溶度积L1/m比较）:Au+,Cu+,Hg2+,Ag+,Bi3+,Pb2+,Ni2+,Zn2+,Fe2+这也大体上是可浮性依次降低的顺序，这说明溶度积数据可以作为参考理论判据。(1)溶度积理论溶度积理论1浮选药剂

5、结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.3 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素 金属硫化矿（金属硫化矿（CuFeS2,PbS,ZnS,FeS2）捕收剂）捕收剂 黄药黄药( (烷基二硫代碳酸盐烷基二硫代碳酸盐) )捕收剂的组装捕收剂的组装: : 乙醇基乙醇基+二硫化碳二硫化碳黄原酸黄原酸(钠钠) CH3-CH2-OH+S=C=S CH3CH2-O-C-SH(Na)S 烷基氨基二硫代甲酸（盐）烷基氨基二硫代甲酸（盐）捕收剂的捕收剂的组装组装: : 硫胺酯类硫胺酯类捕收剂的捕收剂的组装组装: :SN-C-SH(Na)CH3CH2CH3CH2 疏水基疏水基 亲矿基

6、亲矿基 疏水基疏水基 亲矿基亲矿基C=SCH3CH2NHCHOCH3CH3(2)诱导和共厄效应诱导和共厄效应1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.3 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素(3)基团电负性基团电负性分子中原子的电负性并不是一个不变的常数，它因为受到相邻原子，甚分子中原子的电负性并不是一个不变的常数，它因为受到相邻原子，甚至间隔原子的影响而发生改变，不同基团中的同一原子，表现的电负性各至间隔原子的影响而发生改变，不同基团中的同一原子，表现的电负性各不相同，由此将电负性的概念扩大到化学基团，设法给各种化学基团以电不相同，由此将电负性的概

7、念扩大到化学基团，设法给各种化学基团以电负性数值，用于表征基团的特性，这就是基团电负性（负性数值，用于表征基团的特性，这就是基团电负性（xg）。基团电负性（）。基团电负性（xg）是表征浮选药剂极性基的简便方式，而浮选剂的极性基主要决定浮选药）是表征浮选药剂极性基的简便方式，而浮选剂的极性基主要决定浮选药剂的价键因素。因此，基团电负性（剂的价键因素。因此，基团电负性（xg）是药剂极性大小的判据，可用于浮）是药剂极性大小的判据，可用于浮选药剂极性基设计。选药剂极性基设计。各种捕收剂的基团电负性范围各种捕收剂的基团电负性范围判据判据硫化矿捕硫化矿捕收剂收剂过渡金属氧化过渡金属氧化矿捕收剂矿捕收剂氧化

8、矿捕氧化矿捕收剂收剂xg2.53.33.73.94.04.21浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.3浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素(3)基团电负性基团电负性合成化合物的基团电负性及与合成化合物的基团电负性及与Al和和Si元素的电负性之差值元素的电负性之差值亲矿物基亲矿物基xgx xAlSi-NH23.72.21.9-NH-4.12.62.3-N(CH3)24.53.02.7药剂极性基团的基团电负性，呈伯胺、仲胺和叔胺顺序递增，药剂极性基团的基团电负性，呈伯胺、仲胺和叔胺顺序递增，亲固能力也按此顺序增强。亲固能力也按此顺序增强。 1浮选药剂结

9、构性能理论浮选药剂结构性能理论1.3 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素铝硅酸盐矿物浮选捕收剂结构模型铝硅酸盐矿物浮选捕收剂结构模型疏疏水水侧侧链链N+HO-AlSiN+O-OOO静静电电作作用用氢氢键键作作用用l与铝硅酸盐矿物表面发生静电作用或氢键与铝硅酸盐矿物表面发生静电作用或氢键 (4) 铝硅酸盐矿物阳离子捕收剂亲固基设计铝硅酸盐矿物阳离子捕收剂亲固基设计 1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.3 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素价键因素价键因素 (4) 铝硅酸盐矿物阳离子捕收剂亲固基设计铝硅酸盐矿物阳离子捕收

10、剂亲固基设计 l 增加具有静电和氢键作用的吸附活性点：增加具有静电和氢键作用的吸附活性点：设计为多胺型或醚胺型。多胺分子中，设计为多胺型或醚胺型。多胺分子中，N原子的加入，将增加捕收剂的吸原子的加入，将增加捕收剂的吸附活性点，增加捕收性，但附活性点，增加捕收性，但N原子数不宜过多，否则，亲水性增强，起到的原子数不宜过多，否则，亲水性增强，起到的是抑制作用。因此，设计为两个氮原子，通常采用是抑制作用。因此，设计为两个氮原子，通常采用1,3-丙二胺型，结构为：丙二胺型，结构为：NH-CH2CH2CH2-NH2醚胺分子中，醚氧键的加入，将增加药剂的分散能力，同时，氧上有孤醚胺分子中，醚氧键的加入，将

11、增加药剂的分散能力，同时，氧上有孤对电子，能吸附氢离子而离子化，将增加捕收剂的静电吸附能力。选用了对电子，能吸附氢离子而离子化，将增加捕收剂的静电吸附能力。选用了3-氧氧-丙胺型，结构为：丙胺型，结构为：O-CH2CH2CH2NH2l 增加亲固基团的电子效应，增强静电作用增加亲固基团的电子效应，增强静电作用：设计为取代胺型。设计为取代胺型。N上引入烷基（特别是甲基），由于烷基的给电子效应上引入烷基（特别是甲基），由于烷基的给电子效应，N上电子云密度将会增加，上电子云密度将会增加，N的碱性增强，夺取氢离子而阳离子化的能力的碱性增强，夺取氢离子而阳离子化的能力增强，吸附在铝硅酸盐矿物表面的能力增强

12、，捕收能力增强。如甲基取代叔增强，吸附在铝硅酸盐矿物表面的能力增强，捕收能力增强。如甲基取代叔胺型，季胺型，结构为：胺型，季胺型，结构为：N（CH3）2 和和 N+（CH3）31浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.4 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素亲水亲水-疏水因素疏水因素(1) 临界胶团浓度临界胶团浓度 在水中，表面活性分子或离子的非极性基烃链间由于范德华力作用而互在水中，表面活性分子或离子的非极性基烃链间由于范德华力作用而互相吸引，引力达到一定大小时克服了分子（或离子）的水化能力及极性基相吸引，引力达到一定大小时克服了分子（或离子）的水化能力及极性基离

13、子间的斥力，而发生非极性基间互相缔合，形成多个分子（离子）有规离子间的斥力，而发生非极性基间互相缔合，形成多个分子（离子）有规则排列的集合体，称为则排列的集合体，称为“胶团胶团”。胶团的形成使得表面活性剂溶液的某些。胶团的形成使得表面活性剂溶液的某些性质在一定浓度范围内发生突变，这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶性质在一定浓度范围内发生突变，这一浓度范围称为表面活性剂的临界胶团区域。将开始形成胶团的浓度称为团区域。将开始形成胶团的浓度称为“临界胶团浓度临界胶团浓度 捕收剂和起泡剂大多为表面活性物质，用捕收剂和起泡剂大多为表面活性物质，用CMC来衡量其疏来衡量其疏水水-亲水性能是合适的。显然，亲

14、水性能是合适的。显然，CMC越小，药剂的疏水性能越小，药剂的疏水性能就越强。就越强。 1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.4 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素亲水亲水-疏水因素疏水因素 HLB1=（亲水基值）（亲水基值）（亲油基值）（亲油基值）+7 或或 HLB2=(2) 亲水亲水疏水平衡值疏水平衡值(HLB)浮选药剂是由异极性物质组成的，在分子中带有极性基和非极性基。极浮选药剂是由异极性物质组成的，在分子中带有极性基和非极性基。极性基呈亲水性，非极性基呈疏水性或亲油性。在表面活性剂的研究使用性基呈亲水性，非极性基呈疏水性或亲油性。在表面活性剂的研究使用中

15、，采用一种表征这种特征的标度，称为中，采用一种表征这种特征的标度，称为“水水油平衡度油平衡度”即亲水即亲水疏疏水平衡值（水平衡值（HLB） k（有机性）（无机性）1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.4 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素亲水亲水-疏水因素疏水因素（3）浮选剂特性指数）浮选剂特性指数n)(2Hgxxi1=药剂的亲水性（药剂的亲水性（x2）与药剂的疏水性（）与药剂的疏水性（n）的对比就成为浮）的对比就成为浮选剂特性指数（选剂特性指数（i） 1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.4 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因

16、素亲水亲水-疏水因素疏水因素是反映化合物在正辛醇有机相和水相中的分配情况，体现了化合物的是反映化合物在正辛醇有机相和水相中的分配情况，体现了化合物的亲水亲水疏水平衡关系，它具有独特的碎片疏水性贡献值线性加和性，疏水平衡关系，它具有独特的碎片疏水性贡献值线性加和性，在使用中非常方便，也常用于判断浮选药剂分子的亲水在使用中非常方便，也常用于判断浮选药剂分子的亲水疏水能力，疏水能力，还可用于大致推算药剂分子相当于直链烷基的碳原子数。还可用于大致推算药剂分子相当于直链烷基的碳原子数。（4）分配系数（）分配系数（P） lgP=jmjiniFf11 fi是碎片是碎片i对化合物疏水性能的影响，对化合物疏水性能的影响，Fi是结构因素对化合物疏水性能的影响。是结构因素对化合物疏水性能的影响。1浮选药剂结构性能理论浮选药剂结构性能理论1.5 浮选剂分子化学基团组装三项因素浮选剂分子化学基团组装三项因素几何因素几何因素 捕收剂极性基的大小捕收剂极性基的大小 一般说来，分子极性基几何大小增大，药剂的选择性增强，浮选活性增强。对DN系列，亲固基