矿浆矿化过程及矿化基本原理

1、矿浆矿化过程及矿化基本原理一、矿化的通用定义浮选工艺中的一项重要作业，即在浮选前，向矿浆中添加必要的 调整剂、抑制剂、硫化剂、分散剂、活化剂及捕收剂等浮选药剂，分 阶段进行搅拌，依次调节矿浆的酸碱度或药剂的抑制、活化、捕收作 用等，以使矿浆达到适合浮选要求的状态，称为矿化。矿物颗粒附着在气泡上的现象称为气泡的矿化，附着颗粒的气泡 称为矿化气泡。二、矿化的作用过程1、气泡矿化过程气泡矿化过程是指矿浆中被浮目的矿物有选择地向气泡粘附，形 成矿粒一气泡集合体的一种过程。实际气泡矿化浮选过程的四个阶段：接触阶段，矿粒和气泡碰撞接触阶段，即矿粒在矿浆搅拌过程 中与气泡发生碰撞接触的过程。Q矿粒和气泡粘着

2、阶段，此阶段是矿粒和气泡碰撞之后，疏水性 矿粒进一步与气泡水化层接触，使它变薄、破裂的过程，此时形成固、 液、气三相体系。Q气一固联合体上浮阶段，经过部分矿粒和气泡附着之后，相聚 形成矿粒气泡的联合体，在气泡的浮力作用下携带矿粒进入泡沫层。Q形成稳定泡沫层阶段，镜框里气泡之间多次粘附，易脱落的矿 粒进入下次的矿化过程，而粘附较牢固的矿粒由气泡带入稳定泡沫层。此四个阶段中，前两者为气泡矿化的过程。方式有碰撞矿化和所 出矿化。前两者可能同时发和，形成联合的气泡矿化方式。2、气泡矿化形式浮选过程中气泡矿化是由大量气泡和矿粒共同作用的结果，气泡 和矿粒之间粘着过程存在三种形式：（1）在浮选充气搅拌过程

3、中，微细矿粒群附着在气泡底部，形 成“矿化尾壳”。（2）多个小气泡共同携带一个粗矿粒，形成矿粒一微泡联合体。（3）若干微细矿粒和多个小气泡共同粘着形成絮团。这种形式 中气泡和矿粒之间附着的接触表面积大，而且它们之间没有残余水化 层的气固直接接触。气泡矿化形式与浮选设备及充气搅拌方式有密切关系，在浮选过 程中这三种矿化形式并存，只是各自所占比例不同，而大多数浮选过 程中以第一种形式为主。三、矿化基本原理1、矿化原理矿浆矿化是由固相、液相、气相三者组成的三相体系，而浮选时 各种矿粒对气泡选择性粘附是由固液气三相所组成的三相界面间的 物理化学性质作用的。在矿化过程中，矿粒经过药剂作用，疏水性矿 粒优

4、先附着在气泡上，从而形成气固联合体；亲水性矿粒很难附着于 气泡上，因此，气泡矿化过程具有选择性。2、气泡矿化途径碰撞矿化、析出矿化。3、调浆矿化影响因素及作用矿浆的搅拌按浮选工艺要求，按顺序、分阶段添加各种适量药剂时进行的搅 拌，目的是使矿粒和药剂呈悬浮状态，能很快发生作用，提高药剂作 用效果。通常在浮选前均需将药剂同矿浆搅拌一定时间，短的1一 3min，长的可达1 2h。搅拌时间的长短主要与药剂的溶解度有关， 需要根据选矿试验结果确定。有的药剂需要强烈搅拌，要求有特殊结 构的搅拌槽；也有的将药剂加在球磨机或浮选机中进行搅拌，以提高 药剂的效果。酸碱度调节矿浆pH值是浮选过程中的一个重要因素。

5、它一方面影响矿物表 面浮选性质，另一方面又影响各种浮选药剂的作用。各种矿物在浮选 时都有各自比较合适的pH值范围。浮选前要加入适当的药剂将矿浆 pH值调节到适宜的范围。充气调浆硫化矿浮选时，有时不加药剂预先充气调浆，能改善分离效果。 利用各种硫化矿在充气搅拌时，表面氧化程度的不同，扩大它们可浮 性的差别，有利于下一步的分选。加温调浆一般条件下，可浮性相近的两种以上的矿物难以分离。利用矿物 随浮选矿浆温度的变化，表面氧化速度不同，可浮性差别扩大的特性， 对难分选的矿物，如磁铁矿、黄铁矿与闪锌矿的分离，采用加温调浆 有明显的效果。（5）难免离子和矿泥的调节矿浆中对浮选分离产生严重影响的难免离子，如

6、SO42-或Cu2+ 等离子较多时，应在磨矿过程中加硫化钠或碱等，使之呈沉淀或络合 物析出。若矿浆中含泥较多，会影响分选效果并消耗大量药剂，可加 入矿泥分散机，减少其影响。（6）分级调浆对于矿物嵌布粒度粗、细不均匀的矿石，不同粒级要求不同的矿 浆条件，有时将矿浆分级成粗细两支或者粗中细三支进行调浆。分级 粒度界限，可以通过试验方法确定。分两支调浆时，药剂只加到粗粒 部分，粗粒调浆以后，细泥部分并入粗粒与之一起浮选。这种条将适 用于细粒的浮选活度比粗粒高，粗粒需提高药量或补加其他强力捕收 剂的情况。这样处理使得粗细颗粒的可浮性由差别较大趋向于均一 化。当粗粒、中粒和矿粒的可浮性相差较大时，采用三

7、支调浆有利。 一般中粒级可浮性较好，而粗粒和细粒都要求特殊调浆。4、气泡矿化的影响因素浮选气泡矿化中，矿粒向气泡选择性附着的过程受多种因素的影 响和制约，其中热力学和动力学因素起决定性作用。（1）热力学因素Q矿粒表面润湿性表面润湿现象的产生，是由水分子结构的偶极现象及矿物晶格构 造不同引起的。矿物表面润湿性越差，说明天然可浮性越好，气泡越 易于排开矿物表面的水化膜，矿粒在气泡表面的附着也越稳定，因而 易于被气泡矿化。润湿过程包括沾湿、浸湿和铺展三个阶段，这一过程也是矿粒表 面的水代替气泡的过程。在恒温恒压环境下，矿粒和水接触的过程中 体系单位面积表面张力变化由公式(1)表示：。LG=。SL+。

8、LGC0S 0(1)式中，。瞄为气液界面上的表面张力；0为气固表面接触角。cos0值大，说明矿粒表面有较强的润湿性(亲水性)因此矿粒 难附着于气泡上，气泡矿化过程不易进行，反之，cos0值小，说明 矿粒表面亲水性较弱(疏水性较强)，矿粒可以附着在气泡上，气泡 矿化过程能够进行。界面自由能矿粒向气泡前后附着，其系统自由能发生很大变化，可以通过讨 论气液固三相接触过程中自由能的变化来判断气泡矿化的难易程度。 附着前系统自由能E为： Q TOC o 1-5 h z Eq=Slglg+S/sl(2)附着后系统自由能为：E= (S -1)。+(S -1)。+。(3)H LGLG SLSL SG附着前后自

9、由能变化AE为AE=o lg+ o sl-。sg(4)将式(1)带入(4)可得 E二。(1-cos 0)(5)LG在常温常压下，0LG接近常数（72达因/cm），因此，自由能的变 化只和接触角0有关。当矿粒表面完全亲水时，0=0，则 E=0,矿 粒不能附着在气泡上，气泡矿化过程不能发生；当矿粒表面疏水性增 加时0增加，AE也就增大,AE。，矿粒可自发附着在气泡上，气 泡矿化可顺利进行，随着建值增加，矿粒附着在气泡上的可能性就 越大，气泡矿化过程也就越易完成。2、动力学因素（1）水化层矿粒与气泡碰撞附着过程中，矿粒先与气泡相互接近，逐渐基础 两者之间的普通水，当矿粒与气泡之间进一步接触时，矿粒表

10、面的水 化膜变薄，此时水化膜自由能增大，固体为亲水性表面时，当颗粒与 气泡越来越近，水化层表面能不断升高。除非有外加的大能量，否则 水化层不会自发薄化。活化疏水性表面的水化层比较脆弱，有部分自 发破裂，此时自由能降低。但很接近表面的一层水化层，却是很难排 除的。（2）层流碰撞和紊流碰撞将雷诺数小于103的流动称之为层流。在浮选过程中，层流产生 的区域与浮选设备、充气搅拌形式、矿粒和气泡相对运动轨迹等因素 有关。气液固三相激烈混合后，在分离区和矿浆运输区，气泡随矿浆 流动靠浮力向上运动，在此区域内进行层流碰撞。将雷诺数为103105的流动称之为紊流。在浮选的混合区内，由 于搅拌剧烈，气泡和矿粒的

11、运动方向无规律，碰撞过程也是随机的。 此过程中颗粒与气泡碰撞的几率与紊流强度、矿浆浓度、气泡数量以 及矿粒大小和数目等因素有关。矿粒的浮力和脱落力在静水环境中，要使矿粒上浮必须有2nrosin0m (6-A) g(6)在紊流环境中，要使颗粒上浮必须有2nrosinOm(6-A)W2R(7)式中，6、A分别为液体和矿粒的密度；g为重力加速度；W2R 为离心力场加速度；r为溶湿周边半径(假设矿粒为圆柱体)。矿粒需要附着于气泡并上浮至泡沫层，其附着力必须大于脱落力 (重力)，而这些因素的变化时通过调整充气搅拌参数和添加不同性 质的浮选药剂来实现的。气泡停留时间气泡停留时间的分布决定着矿浆与气泡物质转移的驱动力，决定 着从捕收区向泡沫区输送物质的能力，因此对浮选的回收率是非常重 要的。气泡的停留时间分为感应时间(tG )和接触时间(tL )两部分。 感应时间是从碰撞到颗粒稳定附着